1000

Лабораторная работа "Исследование последовательного соединения активного сопротивления, индуктивности и емкости (резонанс напряжений)"

Предпросмотр материала:

Лабораторная работа №4 

 

Тема: Исследование последовательного соединения активного сопротивления, индуктивности и емкости (резонанс напряжений)

Цель работы – проверить закон Ома для неразветвленной цепи переменного тока, состоящей из последовательно включенных резистора, катушки индуктивности и конденсатора; ознакомиться с явлением резонанса напряжений и условиями, при которых он возникает

Оборудование: РА1  — комбинированный прибор  Ц4342;  РV1  — комбинированный прибор 43101; L  — катушка индуктивности  (трансформатор ТV1, выводы 4—8}; С1 — конденсатор 0,1 μF

Краткие теоретические сведения

Резонансный режим работы цепи

Резонансный режим работы – это режим при котором сопротивление является чисто активным. По отношению к источнику питания элементы цепи ведут себя в резонансном режиме как активное сопротивление, поэтому ток и  напряжение в неразветвленной части совпадают по фазе. Реактивная мощность цепи при этом равна нулю.

Различают резонанс напряжений и резонанс токов.

Резонанс напряжений

 

Явление резонанса в контуре, состоящем из последовательно соединённых катушки индуктивности L , конденсатора C и активного сопротивления R , заключается в резком возрастании амплитуды вынужденных колебаний силы тока при совпадении циклической частоты ω генерируемой источником переменной ЭДС e(t) с собственной циклической частотой ω0 электромагнитных колебаний в контуре:

 

                                                  

Напомним, что частота переменного тока  связана с циклической частотой переменного тока  простым соотношением: 𝜔 = 2𝜋𝑓

Цепь, состоящую из катушки индуктивности, конденсатора и активного сопротивления, соединённых последовательно, сокращенно называют RLC-цепью. Резонанс в RLC-цепи возникает при такой циклической частоте 𝜔0, что реактивное сопротивление катушки 𝑥𝐿 = 𝜔0𝐿 становится равным по модулю реактивному сопротивлению конденсатора . Поскольку эти составляющие RLC-цепи

отстоят друг от друга по фазе на π (колеблются в противофазе), то компенсируют

друг друга, в результате полное сопротивление цепи 𝑧 = √𝑅2 + (𝑥𝐿 − 𝑥𝐶)2 становится наименьшим, а действующее значение сила тока — наибольшим

(здесь U действующее значение напряжения, генерируемого источником переменной ЭДС):

 

Векторная диаграмма для случая резонанса напряжений в цепи переменного тока, состоящей из катушки, конденсатора и активного сопротивления, соединенных последовательно, имеет вид:

 

Условие резонанса напряжений 𝑥𝐿 = 𝑥𝐶. Реактивное сопротивление последовательного контура равно нулю Х=0 при XL=XC. тогда    

Резонансная частота . При резонансе напряжений частота источника равна собственной частоте колебаний  контура.

Величину называют волновым сопротивлением контура.

 

Вывод: Признаки резонанса напряжений

а) сопротивление цепи Z = R минимальное и чисто активное;

б) ток цепи совпадает по фазе с напряжением источника и достигает

максимального значения;

в) напряжение на индуктивной катушке равно напряжению на конденсаторе и

каждое в отдельности может во много раз превышать напряжение на зажимах цепи.

Добротность RLC-цепи

Резонансные цепи используют для того, чтобы выделить сигнал на нужной частоте, отфильтровав остальные сигналы на других частотах. Если отложить по вертикали действующее значение силы тока вынужденных колебаний в RLCконтуре, а по горизонтали — частоту генерируемой источником переменной ЭДС, то получится резонансная кривая данного RLC-контура, подобная той, что изображена на рисунке:

 

Если резонансная кривая имеет острый пик на резонансной частоте, говорят, что схема обладает высокой «селективностью». Параметр, характеризующий данное свойство, в физике называют добротностью Q. Добротность RLC-контура определяется как отношение его резонансной частоты ω0 к ширине резонансной полосы на полувысоте максимума Δω:

 

Добротность RLC-цепи зависит от величины активного сопротивления. Чем меньше активное сопротивление R, тем больше добротность при данных значениях индуктивности L и электроемкости C. Для RLC-контура добротность определяется по формуле:

 

При резонансе напряжений, чем выше добротность, тем больше напряжение на элементах контура будет превышать напряжение подключенного генератора. Напряжение может повышаться в десятки и сотни раз.

Потери мощности в контуре обусловлены только наличием активного сопротивления. Энергия из источника питания берется только для поддержания колебаний.

Коэффициент мощности будет равен: cosφ=1

Эта формула показывает, что потери происходят за счет активной мощности: S=P/cosφ

Резонанс напряжений широко используется в радиотехнике и электронике для выделения сигналов заданной частоты.

 

Порядок выполнения работы:

1.Собрать схему согласно рисунку 4.1

Рисунок 4.1 – Электрическая схема

 

2.   Подключить схему к клеммам А и 0 трехфазного генератора;

3.   Измерить силу тока I,  напряжение U  на контуре,  падение напряжения на емкостном Uс  и индуктивном Uк   сопротивлениях;

4.   Результаты измерений занести в протокол;

5.   Вычислить 

-   полное сопротивление катушки индуктивности 𝑍𝐿  по формуле:  - определить индуктивное сопротивление катушки по формуле:

-   емкостное сопротивление конденсатора:  

-   падения напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях катушки

 

𝑈𝑅 = 𝐼 · 𝑅;     𝑈𝐿 = 𝐼 ∙ 𝑋𝐿

 

-   активную мощность, потребляемую в электрической цепи: 𝑃 = 𝐼 ∙ 𝑈𝑅  

-   полную мощность цепи: 𝑆 = 𝐼 ∙ 𝑈

-   угол сдвига фаз в цепи:  

6.                  Результаты расчетов занести в протокол.  Таблица 4.1 – Протокол измерений и вычислений

7.                  По результатам измерений и расчетов построить векторную диаграмму напряжений.

8.Сделать выводы по работе.

 

Контрольные вопросы 

1.                  Изобразите векторы напряжений на индуктивности и емкости

2.                  Чему равно полное сопротивление цепи, состоящее из последовательно соединенных R, L и С?

3.                  Что такое резонанс напряжений?

4.                  Чему равна резонансная частота, если известна индуктивность и емкость цепи?

5.                  Чему равен коэффициент мощности при резонансе напряжений?

6.                  Какую опасность может создать резонанс напряжения?

 

Содержание отчета

1.                 Наименование, номер, тема и цель лабораторной работы

2.                 Перечень оборудования

3.                 Схема, порядок работы, расчеты.

4.                 Протокол с результатами вычислений 5. Построенные векторная диаграмма цепи.

6.                 Вывод по работе

7.                 Ответы на контрольные вопросы

 

0%

Лабораторная работа "Исследование последовательного соединения активного сопротивления, индуктивности и емкости (резонанс напряжений)"

    PDF

15.01.2021

6849

193

Файл будет скачан в формате:

    PDF

Автор материала

Кудряшова Татьяна Анатольевна

Кудряшова Татьяна Анатольевна

преподаватель

  • На сайте: 8 лет и 5 месяцев
  • Всего просмотров: 190979
  • Подписчики: 0
  • Всего материалов: 61
  • 190979
    просмотров
  • 61
    материалов
  • 0
    подписчиков

Настоящий материал опубликован пользователем Кудряшова Татьяна Анатольевна.
Инфоурок является информационным посредником. Всю ответственность за опубликованные материалы несут пользователи, загрузившие материал на сайт. Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете на материал.

ИИ для создания материалов

Создавайте материалы с ИИ

Если готовые материалы не подошли — помогут нейросети

Конспекты, тесты, презентации, рабочие листы и другие материалы по ФГОС — под ваш урок, класс и цели занятия за пару минут.

Попробовать бесплатно

Выберите инструмент

~150

Нейросети могут ошибаться. Обязательно проверяйте ответы.

Курсы по теме

Перейти в каталог курсов

Мини-курсы по теме

Перейти в каталог мини-курсов

Найдите подходящий для Вас курс

Найдите подходящий для Вас курс

В каталоге 7 450 курсов по разным направлениям

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы: