Резонансные характеристики цепи

с последовательно соединенными элементами R , L , C

 

Цель работы: исследование резонансных явлений и резонансных характеристик электрической цепи, содержащей элементы R , L , C .

Общие сведения

В работе исследуются резонансные характеристики в цепи по схеме рисунок 7.1. Резонансными характеристиками называют зависимости от величины емкости C действующих значений тока

и напряжений:  Также к резонансным характеристикам относятся зависимости активной  

мощностей и угла сдвига фаз

Резонанс в цепи (рисунок 7.1) достигается изменением величины емкости C конденсатора. При резонансе эквивалентное реактивное сопротивление цепи

Тогда резонансная емкость

Рисунок 7.1

Напряжение на ВХОДе цепи  В цепи имеет место резонанс напряжений  Отношение

определяет добротность контура.

Содержание и порядок выполнения работы

Схема исследуемой цепи представлена на рис. 1П. Источником синусоидального напряжения является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Измерения выполняются компьютерным измерительным комплексом. ввод данных в компьютер выполняет модуль ВВОД-ВЫВОД. ВХОД 1 и 2 при их совместном использовании измеряют активную мощность Р и угол сдвига фаз φ между мгновенными значениями напряжения u и i. При емкостном характере цепи в окне φ на экране монитора появляется величина угла больше +270⁰. В этом случае φ=(величина угла на экране -360⁰). Например: на экране монитора угол 320⁰, φ=(320⁰-360⁰)=-40⁰.

Шунт R _ш1 – резистор канала А1из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ.

Пассивные элементы электрической схемы выбирают из блоков МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ и РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Активное сопротивление R _к катушки измеряют мультиметром.

Опыты на частоте f=150 Гц выполняют с катушкой индуктивности L=50 мГн; на частоте f=200 Гц - L=20 или 30 мГн; на частоте f=50 Гц - L=20 мГн.

· собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 1П. протокола измерений. Тумблер SA 2 модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ установить в положении I 2.

· проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· установить в блоке МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ назначенную преподавателем величину индуктивности катушки L. Включит мультиметр в режим измерения сопротивления. Измерить активное сопротивление R _к катушки. Записать значения R _к в протокол измерений. Включить мультиметр в режим измерения переменного напряжения.

· для указанной преподавателем частоты f рассчитать величину резонансной емкости С₀. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ величину емкости С, ближайшую к С₀.

Запустить программу виртуальных измерений LCView. Для этого:

· Включить компьютер, дождаться окончания загрузки Windows ;

· Запустить программу LCView. В центре экрана монитора появляется список лабораторных работ; справа вверху появляется надпись «Автоматическое управление».

Выбрать работу №7 «Резонансные характеристики цепи с последовательно соединенными элементами R , L , C ».

· На экране появляются окна измерительных приборов:

 

←  результаты измерения напряжения U , U _к и U _с ,

                             

← результат измерения тока;

← результат измерения мощности;

←Результат измерения угла сдвига фаз φ.

 

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯи тумблеры СЕТЬ модулей ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД-ВЫВОД. Переключатель ФОРМА установить в положении ~. Регулятором ЧАСТОТА установить на выходе модуля частоту f.

· Регулятором АМПЛИТУДА установить величину действующего значения напряжения U=5-7 В. Напряжение U поддерживать неизменным при выполнении всех опытов.

· Убедиться, что угол φ примерно равен нулю. Записать значения L, С и f в протокол измерений.

· Для указанных в таблице 1П. протокола измерений величин емкости С измерить действующие значения тока i, напряжений U _к, , U _с; активную мощность Р и угол φ=ψ_u- ψ_i. измеренные значения занести в таблицу 1П.

· Протокол измерений утвердить у преподавателя.

· Выключить тумблеры СЕТЬ модулей ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД-ВЫВОД.

· Выключить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

Окончить работу программы LCView. Для этого:

· Правой кнопкой мыши «кликнуть» на ярлыке «Автоматическое управление».

· В появившемся списке выбрать «Закрыть».

 

Протокол измерений к лабораторной работе № 7

 «Резонансные характеристики цепи с последовательно соединенными элементами R , L , С»

 

 

Рисунок 1П – Схема электрической цепи

 

Напряжение U = ……… В,      частота  f = …………… Гц.

Параметры элементов: R_K = …. Ом; L = .... мГн;

 

Таблица 1П

Результаты измерений

 

С, мкФ	І,мА	Uк, В	Uс, В	φ, град	Р, Вт	Примечание
3,3						Величина резонансной емкости     С0= …. мкФ
4,7
6,8
10
22
33
47
56
68
82

Предварительно расчеты выполнены при С=С₀

 

І₀=                        U_к0=                   U_с0=                             Р=

Работу выполнил: ____________________________________

Работу проверил: ____________________________________

Содержание отчета

1. Нарисовать схему замещения исследуемой электрической цепи, указать величины параметров R_K, L, С и частоты f.

2. По данным табл. 1П. протокола рассчитать резонансные характеристики:

Результаты расчета записать в таблице.

3. По данным п.2 построить зависимости  Зависимости рекомендуется строить на одном рисунке. По графикам определить добротность Q контура. Сравнить ее со значением, рассчитанным по параметрам цепи.

4. По данным п.2 построить зависимости P ( C ), Q ( C )и S ( C ). Зависимости рекомендуется строить на одном рисунке. На этом же рисунке показать график зависимости от емкости сдвига по фазе φ(С) между напряжением и током.

5. Построить в масштабах векторные диаграммы тока и напряжений при резонансной емкости и емкостях 10 мкФ и 47 мкФ.

 

4 Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление резонанса напряжений?

2. Какие элементы электрической цепи переменного тока носят название «активных»?

3. Чему равен угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи переменного тока с активным элементом?

4. Чему равен угол сдвига фаз между током и ЭДС самоиндукции в цепи переменного тока с идеальной катушкой индуктивности?

5. Чему равен угол сдвига фаз между током и приложенным напряжением в цепи переменного тока с идеальной катушкой индуктивности?

6. Чем определяется величина индуктивного сопротивления?

7. Чем определяется величина емкостного сопротивления?

 

 

Лабораторная работа №8

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: