66541

ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІНІЙНОГО РОЗГАЛУЖЕНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Експериментально визначити параметри резистора R, котушки індуктивності (індуктивність L, резистивний опір Rк) та конденсатора С в колі синусоїдного струму. Експериментально дослідити явище резонансу струмів, фазові й енергетичні співвідношення в колі з паралельним з'єднанням котушки індуктивності (з індуктивністю L і резистивним опором

Украинкский

2014-08-22

600 KB

2 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІНІЙНОГО РОЗГАЛУЖЕНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ

Мета роботи

Експериментально визначити параметри резистора R, котушки індуктивності (індуктивність L, резистивний опір Rк) та конденсатора С в колі синусоїдного струму. Експериментально дослідити явище резонансу струмів, фазові й енергетичні співвідношення в колі з паралельним з'єднанням котушки індуктивності (з індуктивністю L і резистивним опором Rк), конденсатора С та резистора R.

1 Основні теоретичні відомості

 

 Розглянемо лінійне електричне коло (рисунок 4.1), яке містить паралельно з’єднані резистивний R, індуктивний L з резистивним опором Rк та ємнісний С елементи. До клем кола прикладена синусоїдна напруга U .

Рисунок 4.1 Електрична схема з паралельним з'єднанням R, L, С

Діючі значення струмів І, ІR, ІС та Ік визначають за формулами:

;        ;       ;       ,

або

I = UY;        IR = UG;        IC = UBC;         Iк = UYк,

де G = 1/R  активна провідність вітки з резистивним елементом R;

Yк = 1/Zк повна провідність вітки з котушкою індуктивності ( з реактивно-індуктивним опором ХL та резистивним опором Rк), ;

BC = ωС = 1/ХС  реактивно-ємнісна провідність вітки з конденсатором;

повна провідність кола;

 активна провідність вітки з котушкою індуктивності;

реактивно-індуктивна провідність вітки з котушкою індуктивності;

В = ВL  ВС реактивна провідність кола.

Зсув фаз між напругою і струмом в нерозгалуженій частині

кола дорівнює:

φ = arctg.

На рисунку 4.2 приведені векторні діаграми напруги і струмів для електричного кола, зображеного на рисунку 4.1 при умові:

а) ВL > ВС;               б) ВL = ВС;              в) ВL < ВС.

 

При ВL > ВС (рисунок 4.2,а) вектор струму ĪL > ĪС і вектор струму Ī відстає за фазою від вектора напруги Ū на кут φ. При ВL = ВС (рисунок 4.2,б) реактивна провідність кола дорівнює нулю (В = ВL  ВС = 0), повна провідність кола Y = G + Gк,  а вектор струму Ī в нерозгалуженій частині кола (Ī = ĪR + Īк) співпадає за фазою з вектором напруги Ū.  В колі виникає явище резонансу струмів, при якому діючі значення струмів ІL та ІС однакові  (ІL = ІС), а струм  І = І0 = U(G + Gк) в нерозгалуженій частині кола буде мінімальним. З умови резонансу струмів ВL = ВС випливає, що дане явище можна отримати, змінюючи частоту прикладеної напруги, індуктивність L або ємність С. При цьому резонансна частота струмів дорівнює:

.

Рисунок 4.2 – Векторні діаграми струмів і напруги для випадків:

а) ВL > ВС;

б) ВL = ВС;

 в) ВL < ВС.

Струми в котушці та конденсаторі при резонансі, можуть значно перевищувати струм в нерозгалуженій частині кола.

При ВL < ВС (рисунок 3.2,в) ĪL < ĪС і вектор струму Ī випереджає вектор напруги Ū на кут φ.

З векторних діаграм (рисунок 3.2) видно, що вектор струму Ī в нерозгалуженій частині кола дорівнює геометричній сумі векторів струмів у вітках:

Ī = ĪR + ĪС + Īк  = ĪR + ĪС + ĪRк + ĪL,

а його діюче значення визначають за формулою:

.

Для електричного кола, зображеного на рисунку 4.1,  активну Р, реактивну Q і повну S потужності, а також коефіцієнт потужності соsφ визначають за формулами:

P = UI cos φ = U 2 (G + G к );

Q  = UI sіn φ = U 2 В;

S = UI = U 2 Y =;

cos φ = P/S = (G + G к )/Y = P/UI .

2 Опис лабораторної установки

Експериментальне дослідження лінійного розгалуженого електричного кола синусоїдного струму виконують  на лабораторній установці (рисунок 4.3) з паралельним з’єднанням резистора R, котушки індуктивності (з індуктивністю L та резистивним опором Rк) повний опір якої  Zк  і конденсатора із змінною ємністю С.

Рисунок 4.3 Електрична схема для експериментального

дослідження лінійного розгалуженого

електричного кола синусоїдного струму

Установка живиться від мережі змінного струму через автоматичний вимикач SF і регульований автотрансформатор (ЛАТР). З допомогою ЛАТРа на затискачах електричного кола, яке досліджується, встановлюють сталу напругу  U (U = 40 80 В), яку контролюють за допомогою вольтметра РV. Амперметрами РА1, РА2, РА3, РА4 вимірюють діючі значення струмів відповідно в нерозгалуженій частині кола, у вітці з резистором, котушкою індуктивності та у вітці з конденсатором. Фазометром φ вимірюють значення кута зсуву фаз між вектором прикладеної до клем кола напруги Ū і вектором струму Ī в нерозгалуженій частині кола. Вимикачі SАІ, SА2 і SА3 використовують для отримання різних за характером навантажень електричних кіл. Частота струму мережі живлення дорівнює 50 Гц.

3 Програма роботи

3.1 Зібрати електричне коло, схема якого зображена на рисунку 3.3.

3.2 Після перевірки схеми викладачем ввімкнути вимикач SF.

3.3 Дослідити  електричне  коло  синусоїдного  струму  з резистором R. Для цього замкнути вимикачі SАІ і SF (вимикачі SА2 і SА3 розімкнуті). З допомогою ЛАТРа встановити задану викладачем напругу U. Записати покази приладів в таблицю 4.1.

3.4 Дослідити електричне коло синусоїдного струму з котушкою індуктивності (з індуктивністю L та резистивним опором Rк). Для цього замкнути вимикачі SА2 і SF (вимикачі SА1 і SА3 розімкнуті). З допомогою ЛАТРа встановити задану викладачем напругу U. Записати покази приладів в таблицю 4.1.

3.5 Дослідити електричне коло синусоїдного струму з  конденсатором ємністю С (значення якої задається викладачем). Для цього замкнути вимикачі SА3 і SF (вимикачі SА1 і SА2 розімкнуті). З допомогою ЛАТРа встановити задану викладачем напругу U. Записати покази приладів в таблицю 4.1.

  1.  Дослідити електричне коло синусоїдного струму з паралельним з’єднанням резистора R, котушки індуктивності (з індуктивністю L та резистивним опором Rк). Для цього замкнути вимикачі SАІ, SА2 і SF (вимикач SА3 розімкнути). З допомогою ЛАТРа встановити задану викладачем вхідну напругу U. Записати покази приладів в таблицю 4.1.

Таблиця 4.1 Результати досліджень та обчислень

п/п

Дослідні дані

Обчислити

Реж. роб. елек. кола

U,В

I,А

, град.

ІR,А

Ік

ІC,А

C,мкФ

Z,Ом

XL,Ом

XС, Ом

R, Ом

Zк,Ом

Rк,Ом

cos

BL,См

BС,См

ІL,А

P,Вт

Q,ВАр

S, ВА

1

R

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2

L, Rк

-

-

-

-

-

-

-

3

С

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

4

R, L

-

-

-

-

5

R, С

-

-

-

-

-

-

6

R,L,С

7

8

9

10

11

12

Рез.

3.7 Дослідити електричне коло синусоїдного струму з паралельним з’єднанням резистора R і конденсатора ємністю С. Для цього замкнути вимикачі SАІ, SА3 і SF (вимикач SА2 розімкнути). З допомогою ЛАТРа встановити задану викладачем вхідну напругу U. Записати покази приладів в таблицю 4.1.

3.8 Дослідити електричне коло синусоїдного струму з паралельним з’єднанням R, L С (рисунок 4.3), при різних значеннях ємності С в межах 0÷64,75 мкФ (провести 6÷8 дослідів). Для цього необхідно замкнути вимикачі SА1,2, SА3 і SF. Експериментальні дані записати в таблицю 4.1.

3.9 Змінюючи ємність конденсатора С отримати явище резонансу струмів. Експериментальні дані записати в таблицю 4.1.

4 Опрацювання результатів дослідів

4.1 Для всіх дослідів обчислити значення величин, винесених в праву частину таблиці 4.1.

4.2 Побудувати в масштабі векторні діаграми напруги і струмів для дослідів п. 3.3÷3.7 та дослідів п.3.8; 3.9 ВL > ВC; ВL = ВC; ВL < ВC  (таблиця 4.1).

4.3 Побудувати в одних координатних осях графіки:

І = f(С); ІC = f(С); ІL=  f(С); = f(С).

4.4 Зробити висновки з проведеної роботи.               

5 Контрольні запитання

5.1 Як визначається повний опір і повна провідність електричного кола з паралельним з’єднанням активного опору R, котушки індуктивності L та конденсатора С ?

  1.  Як розрахувати діюче значення струму в нерозгалуженій частині кола?
    1.  В якому електричному колі та при яких умовах може виникнути явище резонансу струмів?
    2.  Чому дорівнює коефіцієнт потужності електричного кола при резонансі струмів?
    3.  Як аналітично визначають резонансну частоту?
    4.  Чи можуть діючі значення струмів у вітках електричного кола бути більшими від діючого значення струму в нерозгалуженій частині цього ж кола?

6 Основні формули для проведення обчислень згідно даних досліджень (таблиця 4.1):

6.1 П. 1: Z = R = U/І;  G  = 1/R; Р = U 2 G.                  

6.2 П. 2: U = Uк; Zк = Uк к; Rк = Zк cosφ;

URк = Rк Ік , або  URк = Uк cosφк ; UL = Uк sinφк, 

або UL визначаємо з формули , тоді XL = UL /Ік  (або XL= Zк sinφ);    

ВL = XL/(Zк)2;      Gк = Rк/(Zк)2;

Q = U 2ВL;    Р = U 2Gк;         S = U Ік.

6.3 П. 3: XC = U/ІC; BC  = 1/ХС;  Q = U 2( –BC ).

6.4 П. 4: G  = 1/R (значення R див.п.1 таблиця 4.1); Gк = 1/Rк; 

(значення Rк див.п.2 таблиця 4.1) URк = Ік Rк; U = Uк;

UL  визначаємо з формули , тоді

XL = UL /Ік ;  Zк = Uк к;  ВL = XL /(Zк)2;  Gк = Rк/(Zк)2;

Z = U/І; = 1/ Z; 

Q = U 2ВL;    Р = U 2Gк;         S = U І = U 2Y.

6.5 П. 5: Z = U/І; G  = 1/R (значення R див.п.1 таблиця 4.1);  

XC = U/ІC; BC  = 1/ХС; = 1/ Z;

Q = U 2 ( BC);   Р = U 2 Gк;   S = U І = U 2 Y.

6.6 П. 6…12: G  = 1/R (значення R див.п.1 таблиця 4.1); 

URк = Ік Rк (значення Rк див.п.2 таблиця 4.1); U = Uк;

UL  визначаємо з формули , тоді

XL = UL /Ік ;    Zк = Uк к;   ВL = XL /(Zк)2;      Gк = Rк/(Zк)2;

 XC = U/ІC;          BC  = 1/ХС;           Z =U/І;

= 1/ Z; 

Q = U 2 (ВL  BC);  Р = U 2 Gк;   S = U І = U 2 Y.

PAGE  37


EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11