Скачать 112.73 Kb.
|
Лабораторная работа №5 Исследование линейной неразветвленной электрической цепи синусоидального тока. Цель работы и задачи работы Исследовать явление резонанса напряжений, изучить амплитудные и фазовые соотношения в последовательной цепи, содержащей резистор, конденсатор и индуктивную катушку. Получить навыки построения векторных диаграмм и использования их при анализе электрических цепей. Теоретические сведения, необходимые для выполнения лабораторной работы Неразветвленная электрическая цепь подключенная к сети синусоидального тока, в общем случае может содержать следующие реальные элементы: катушку индуктивности и конденсатор. Схемы цепи представлены на рис.1. ![]() а) б) Рисунок 1 – Схемы электрической цепи: а) электрическая принципиальная схема, б) схема замещения Реальная катушка индуктивности обладает кроме индуктивного сопротивления ХL еще и активным сопротивлением R , которое существенно влияет на протекающие в цепи процессы. Поэтому целесообразно реальную цепь представить в виде схемы замещения (рис.1б), где катушка индуктивности и конденсатор рассматриваются как последовательное соединение идеальных элементов: резистивного элемента с активным сопротивления R, индуктивного с реактивным сопротивлением XL и емкостного элемента с реактивным сопротивлением XC. Н ![]() ; где ![]() ![]() Величина Х = ХL - ХC называется реактивным сопротивлением. Соотношение активного R, реактивного Х и полного Z сопротивлений определяется треугольником сопротивлений (рис.2). ![]() Рисунок 2 – Треугольник сопротивлений на комплексной плоскости (XL>XC). Из треугольника сопротивлений следует: ![]() ![]() Вектор суммарного напряжения, т.е. напряжения источника питания определяется: ![]() где: ![]() ![]() Анализ зависимостей для расчета напряжений на элементах позволяет определить действующие значения напряжений и поведение векторов: -вектор напряжения на резистивном элементе ^ R (активная составляющая напряжения U )совпадает по направлению с вектором тока I. ![]() -вектор напряжения на индуктивном элементе ^ L (реактивная индуктивная составляющая напряжения U) опережает вектор тока I на 90°. ![]() -вектор напряжения на емкостном элементе UC (реактивная емкостная составляющая напряжения U) отстает от вектора тока на угол 90°. UC=XCI Возможны три различных соотношения параметров ХL и ХC, которые определяют поведение векторов и вид векторных диаграмм напряжений и токов (рис.3)
![]() а) φ>0 б) φ<0 в) φ=0 Рисунок 3 - векторные диаграммы напряжений и токов при соотношениях параметров ХL и ХC: а) ХL>ХC б) ХL<ХC в) ХL = ХC На рисунке 3 принято: начальная фаза тока ψi=0, ψu= φ, так как угол сдвига фаз между напряжением и током φ= ψu- ψi. Режим работы последовательной цепи синусоидального тока, при котором ток и общее напряжение цепи совпадают по фазе, называется резонансом напряжений. Резонанс напряжений возникает при условии: ![]() ![]() XL=XC или ![]() Таким образом, резонанс напряжений в цепи может быть получен за счет изменения одного из следующих параметров: индуктивности катушки L, емкости конденсатора С или частоты питающего напряжения f. В данной работе резонанс напряжений получают с помощью изменения частоты f. ![]() В режиме резонанса φ = 0 полное сопротивление цепи Z принимает минимальное значение, равное R, а следовательно, ток в цепи достигает максимума . Напряжения на реактивных элементах UL и UC при резонансе имеют одинаковые действующие значения и противоположны по фазе, т.е. на векторной диаграмме векторы UL и UC имеют равную длину и направлены в противоположные стороны (Рис. 3в) Полная мощность цепи S определяется выражением S=UI=ZI2 и зависит от мощности, выделяемой на активных элементах цепи (активной мощности Р) и реактивных элементах (реактивная мощность Q). Величины S, P и Q связаны между собой как стороны треугольника мощностей (рис.4), который подобен треугольнику сопротивлений. ![]() Рисунок 4 – Треугольник мощностей (QL > QC , φ > 0) Для мощностей P, Q и S справедливы следующие соотношения: ![]() О ![]() В режиме резонанса напряжений QL=QC, следовательно и полная мощность цепи равна активной мощности SРЕЗ=РРЕЗ. ^ Объектом исследования является электрическая цепь, состоящая из резистора, конденсатора и катушек индуктивности, которые устанавливаются последовательно на набор6ной панели в соответствии с монтажной схемой приведенной в протоколе испытания. Номинальные значения элементов необходимо выбрать из набора миниблоков стенда (см. таблицу).
В процессе самостоятельной подготовки студенты обязаны: a) изучить или повторить основные материалы по теме «Линейные неразветвленные электрические цепи синусоидального тока». Для этого необходимо использовать данные методические указания, конспекты лекций и рекомендованные учебные пособия по этому разделу. При изучении теории необходимо получить ответы на вопросы: 1. Почему в последовательной цепи явление резонанса называют резонансным напряжением? 2.При каком условии возникает резонанс напряжений и почему? 3. Какое явление является признаком наступления резонанса напряжения? 4. Какие векторы на векторной диаграмме имеют при резонансе напряжений одинаковую длину? 5.Какие значения принимают ток и cosφ в момент резонанса напряжений? 6. В каком случае напряжение на реактивных элементах могут превышать напряжение питания и почему? б) подготовить бланк протокола испытаний, форма которого приведена в приложении к лабораторной работе. ^ 1. Ознакомиться с лабораторной установкой (блок генераторов напряжений, блок мультиметров, набор миниблоков). Найти панель стенда, где расположен генератор напряжений специальной формы (лицевая панель блока генераторов напряжений показана на рис. 2 вводного занятия). Генератор напряжений специальной формы, вырабатывает на выходе в том числе и синусоидальный сигнал. 2. Собрать монтажную схему (см протокол испытаний рис.1), используя следующие элементы: R=150 Ом, С=1 мкФ, две индуктивности по 100 мГн (установить последовательно). Проверить правильность сборки схемы у преподавателя. 3. Вычислить теоретическое значение резонансной частоты для заданных значений L, C.( см. пункт 2): ![]() 4. После проверки схемы преподавателем включить автоматические выключатели (в правой части стенда) и питание измерительных приборов и генератора переменного напряжения (выключатели "СЕТЬ"). 5. Установить максимальное напряжение на генераторе, после чего изменяя частоту сигнала в цепи добиться максимального значения показания амперметра. Таким образом найдём экспериментально резонансную частоту fрез.э , зная , что при резонансе I=Imax. 6. Произвести измерение величин указанных в таблице протокола испытаний и записать их значения при частотах: f= fрез.э ; f= (fрез.э – 50 Гц); f=(fрез.э – 100 Гц); f=(fрез.э + 50 Гц);f=(fрез.э +100) Гц и напряжении U=10 В. При замерах U=Uае , Ur=Uбв, Uc=Uвг , Ul=Uге, Ulc=Uве . ^ 1. По результатам измерений и расчётов записанных в таблице протокола испытаний построить графики изменения I, Z, cosφ при изменении частоты. 2. Для опытов соответствующих точкам f равно fрез.э , f больше fрез.э , f меньше fрез.э . По экспериментальным данным построить векторные диаграммы напряжений и токов, выбрав масштабы по напряжению mV и по току mI (рис. 3) 3. Сравнить значения расчетной и эксперементально полученных резонансных частот. Объяснить причину расхождения. Содержание отчета. а) наименование работы и цель работы; б) схему эксперимента с включенными измерительными приборами; в) таблица с результатами эксперимента; г) векторные диаграммы напряжений и токов для трех опытов (f< fрез.э; f= fрез.э; f> fрез.э) д) краткие выводы по результатам лабораторной работы. ^ 1. Жаворонков М.А. Электротехника и электроника: учеб. пособие для вузов / М.А.Жаворонков, А.В.Кузин. – М.: Академия, 2005. – 400с. 2. Касаткин А.С. Электротехника: учебник для электрических специальностей вузов/ А.С. Касаткин, М.В. Немцов. – 9-е изд., стер. М.: Академия, 2005. – 544с. Дополнительный
Протокол испытаний к лабораторной работе №5. «Исследование линейной неразветвленной электрической цепи синусоидального тока». Цель работы: ![]() Рисунок 1 - Монтажная схема эксперимента Таблица1
Расчетно-графическая часть ![]() Рисунок 2. Графики изменения I, Z, cosφ при изменении частоты. ![]() а ) б) в) Рисунок 3. Векторные диаграммы (mI= A/cm; mV= B/cm) а)- для опыта №_____ , б) -для опыта №_____ в)- для опыта №_____ Краткие выводы по работе: :Группа____________Студент____________ Дата________ Преподаватель________________________0> |
![]() | Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы Установить связь между током, напряжениями на элементах цепи и емкостью конденсатора | ![]() | Исследование линейной электрической цепи постоянного тока со смешанным соединением резисторов Усовершенствовать навыки сборки электрических цепей и пользования электроизмерительными приборами |
![]() | Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы Получить навыка построения векторных диаграмм и научиться их использовать для анализа электрических цепей | ![]() | Вопросы к экзамену по линейной алгебре Теорема о линейной зависимости большей системы векторов и другие свойства систем векторов |
![]() | Исследование производят по следующему плану Исследование производят по следующему плану: 1) Опрос 2) Исследование речью 3) Исследование с помощью камертонов. 4) Аудиометрическое... | ![]() | § Критерии линейной независимости скалярных функций Приведем необходимые и достаточные условия линейной независимости скалярных и векторных функций и рассмотрим некоторые системы таких... |
![]() | Исследование: установление контакта с сопротивлением 64 Самостоятельное... Седона-метод: Избавьтесь от эмоциональных проблем и живите так, как всегда мечтали. 1 | ![]() | Расчетно-графическое задание №1 Анализ линейной электрической цепи постоянного тока |
![]() | Исследование модели (исследование влияния различных факторов на моделируемый процесс) В настоящее время основным направлением развития социологии считается изучение социальных механизмов | ![]() | Описание комплексной программы Коротко описать комплексную программу... Ствляется предварительное исследование состояния городской популяции бж и общее исследование популяции дж. Это исследование должно... |