ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЦЕПЯХ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ВЕТВЕЙ

Цель работы:

исследовать резонанс напряжений; снять резонансные кривые при переменной индуктивности; определить на опыте соотношения между сопротивлением отдельных участков и падением напряжения на них, а также - соотношения между активными и реактивными мощностями.

1. Объект и средства исследования.

Объектом исследования служит последовательная R- L- C цепь переменного тока, содержащая названные элементы. Электрическая схема цепи представлена на Рис.7.1, где V - вольтметр, А – амперметр, φ – фазометр. Значение R₁ в табл. 7.1 набирается из резисторов с номинальными значениями 30, 35, 45, 75 и 100 Ом путем параллельного соединения пар резисторов. L – индуктивная катушка, С - магазин конденсаторов.

А, B, C, Х, Y, Z, а также а, в, с и х, y, z - клеммы трехфазного трансформатора.

Рис.7.1

Таблица 7.1

Номер варианта
С, мкФ
R1, Ом	16.1	21.4

2. Подготовка к работе.

2.1 Ознакомится с основными свойствами неразветвленной электрической цепи синусоидального тока и методами построения векторных диаграмм, обратив особое внимание на явление резонанса напряжений.

2.2 Выбрать из табл. 7.1 емкость конденсатора С, в соответствии с номером варианта, заданного преподавателем предположив, что: частота резонанса f₀= 50 Гц; активное сопротивление катушки индуктивности R_K = 6.5; 7.3 и 8.1Ом (указано на каркасе); входное напряжение U_вх = 20 В. Определить в режиме резонанса: индуктивность катушки L₀; ток в цепи I₀; индуктивное сопротивление X_L₀; емкостное сопротивление Х_СО; напряжение на индуктивном элементе U_L₀; напряжение на емкостном элементе U_C₀; напряжение на катушке U_К; напряжение на активном сопротивлении катушки U_RK; активную составляющую напряжения U_AO.

2.3 По результатам вычислений построить векторную диаграмму напряжений для режима резонанса. Чему равен угол сдвига фаз между током I и напряжением на входе U_вхпри резонансе?

3.Рабочее задание

3.1. Получить разрешение преподавателя на монтаж схемы.

3.2. Собрать схему ( Рис.7.1) и установить значение емкости конденсатора С, согласно номеру варианта.

3.3. Подать напряжение на стенд.

3.4. Изменяя положение подвижного ферромагнитного сердечника относительно катушки, установить по амперметру максимальное значение тока, что соответствует резонансу напряжений. В табл. 7.2. записать показания всех приборов. При измерении напряжений необходимо пользоваться проводами, вторые концы которых представляют собой штекеры. Частота электрического тока f = 50 Гц.

Т а б л и ц а 7.2.

№ п/п

Измерить

Вычислить

I, А

U_R_1, В

U_К, В

U_С, В

сosφ

S, ВА

P, Вт

Q, ВАр

Z, Ом

X_L, Ом

X_C, Ом

U_R, В

L, Гн

3.5 Сравнить полученные данные с рассчитанными в п.2. Объяснить причину неполного совпадения результатов опыта с расчетными данными и возможность получения резонанса напряжений путем изменения индуктивности L.

3.6 Исследовать собранную цепь в случае емкостного характера (U_K < U_С ).

для этого сердечник необходимо выдвигать из катушки индуктивности относительно его положения при резонансе. Записать показания всех приборов в табл.7.2 для семи положений сердечника, отсчитывая перемещение сердечника по линейке, прикрепленной к сердечнику.

3.7 Исследовать собранную цепь в случае индуктивного характера (U_K > U_С ). Д ля этого сердечник необходимо вдвигать в катушку индуктивности относительно его положения при резонансе. Записать показания всех приборов в табл.7.2 для семи положений сердечника, также отсчитывая перемещение сердечника по линейке, прикрепленной к сердечнику.

3.8.Отключить напряжение от стенда.

3.9 По результатам опытов рассчитать для каждого участка и всей цепи значения величин, указанных в таблице 7.2.

3.10 Построить векторные диаграммы напряжений и треугольники сопротивлений для случаев емкостного и индуктивного характера цепи, в которой наблюдается резонанс напряжений.

3.11 По результатам опытов и расчетов построить зависимости I, U_K, U_С, Z, cos φ в функции от L в одной системе координат с соответствующими масштабами. Сделать выводы о соотношениях различных величин при возникновении резонанса напряжений.

3.12 * Изменяя положение сердечника относительно катушки индуктивности, определить максимальное значение напряжения U_C = U_L. В таблицу 7.2 записать показания всех приборов. Вычислить значение L и сравнить его с полученным в п.2.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях в электрической цепи возникает резонанс напряжений?

2. Как найти резонансную частоту по заданным параметрам контура?

3. Каковы характерные особенности мощностей при резонансе напряжений?

4. Почему в момент резонанса падение напряжений на активных элементах цепи может превышать значение входного напряжения?

Расчетные формулы

Р= U_вх* I* cos φ = I²* ( R + R_K ) - активная мощность цепи;

R = R ₁+ R_K -активное сопротивление цепи;

Z= ( R ₁+ R_K ) / cos φ - полное сопротивление цепи;

S = U * I = I²* Z = √ (Q² + P²) - полная мощность цепи;

f=50 Гц - частота переменного синусоидального тока.

Библиографический список

1. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Академия, 2005, 539 с.

2. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 2003, 542 с.

3. Прянишников В. А. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах: Практическое пособие для высших и средних учебных заведений. М.: Корона, 2008, 366 с.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 67