Параллельное соединение резистора

И конденсатора

 

Когда к цепи (рис. 4.1) с параллельным соединением резистора и конденсатора подается переменное синусоидальное напряжение, одно и то же напряжение приложено к обоим компонентам цепи.

Рис. 4.1

Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе I_C (емкостная составляющая общего тока) и ток в резисторе I_C (активная составляющая).

Между токами I, I_C и I_R существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением Хс конденсатора. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы токов (рис. 4.2).

 

Рис. 4.2 Рис. 4.3

 

Фазовый сдвиг между напряжением U цепи и током в резисторе I_R отсутствует, тогда как между этим напряжением и током в конденсаторе I_C равен -90° (т.е. ток опережает напряжение на 90). При этом сдвиг между полным током I и напряжением U цепи определяется соотношением между проводимостями В_C и G. Разделив каждую сторону треугольника токов на напряжение, получим треугольник проводимостей (рис. 4.3).

В треугольнике проводимостей G=l/R, Вс=1/Хс, a Y представляет собой так называемую полную проводимость цепи в См, тогда как G - активная, а В_C -реактивная (емкостная) проводимости.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных токов в параллельных ветвях невозможно. Но в векторной форме: .

Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника проводимости:

Действующее значение полного тока цепи:

 

Полная проводимость цепи:

 

; ,

где Z - полное сопротивление цепи;

 

Угол сдвига фаз:

Активная и реактивная проводимости:

 

 

Экспериментальная часть

Задание

 

Для цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора измерьте действующие значения тока в резисторе I_R и конденсаторе I_C, полный ток I и вычислите угол сдвига фаз, полное сопротивление цепи Z и емкостную реактивную проводимость В_C.

 

Порядок выполнения работы

 

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

Рис. 4.4

· Выполните измерения U, I, I_C, I_R и занесите результаты в таблицу 4.1

Таблица 4.1

U, в	I, мА	I C, мА	IR, мА	φ . град	R, Ом	ХC, Ом	Z, Ом	Примечание
								Расчет

 

· Вычислите и запишите в таблицу:

Фазовый угол

 

Активные проводимость цепи и сопротивление цепи

 

Емкостные реактивные проводимость и сопротивление цепи

 

 

Полные проводимость и сопротивление цепи

 

 

· Сравните результаты вычислений с результатами виртуальных измерений (если они есть).

· Постройте векторную диаграмму токов (рис. 4.5) и треугольник проводимостей (рис.4.6).

 

Рис. 4.5 Рис. 4.6

Контрольные вопросы:

1. Дать определения полной, активной, емкостной проводимостей.
2. Дать физическое толкование угла сдвига фаз между током и напряжением
3. Какой вид имеет временная диаграмма напряжений и тока при параллельном соединении R и C-цепей?
4. Начертите векторные диаграммы для разветвленной цепи с активно-индуктивной нагрузкой.
5. Как рассчитать проводимости для параллельного соединения резистора и идеального конденсатора?
6. Пояснить, что такое R, X, Z, G, B, Y. Какие соотношения связывают их между собой?
7. Как определить ток в неразветвленной части цепи переменного тока, если известны токи в параллельных ветвях?
8. Как изменится активная мощность исследуемой цепи при изменении емкости?

 

Лабораторная работа 5

Последовательное соединение резистора

И катушки индуктивности

Когда к цепи (рис. 5.1) с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи.

Рис. 5.1

 

Между напряжениями U_R, U_L и U существуют фазовые сдвиги, обусловленные индуктивным реактивным сопротивлением X_L катушки. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы напряжений (рис. 5.2).

 

 

Рис. 5.2 Рис. 5.3

Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе U_R отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения U_L на катушке индуктивности равен 90° (ток отстает от напряжения). При этом сдвиг между полным напряжением U цепи и током определяется соотношением между сопротивлениями X_L и R. Разделив все стороны треугольника напряжений на ток, получим треугольник сопротивлений (рис. 5.3), в котором Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение напряжений на отдельных элементах как в последовательной чисто резистивной цепи, невозможно. Только в векторной форме U = U_R +U_L.Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника сопротивлений.

Действующее значение полного напряжения цепи:

 

Полное сопротивление цепи:

Активное сопротивление цепи:

 

Индуктивное реактивное сопротивление цепи:

 

Угол сдвига фаз

Экспериментальная часть

 

Задание

 

Для цепи с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности измерьте действующие значения падений напряжения на резисторе U_R и катушке U_L и ток I. Вычислите фазовый угол φ, полное сопротивление цепи Z, индуктивное реактивное сопротивление X_L и фазовый сдвиг между полным напряжением цепи U и падением напряжения на катушке U_L. Активным сопротивлением катушки ввиду его малой величины можно при этом пренебречь.

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 5.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 200 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

 

 

 

 

· Выполните измерения тока и напряжений, указанных в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1

U R В	UL, В	UC, В	I, мА	φ, град	R, Ом	XL, Ом	Z, Ом	Примечание
								Расчет

 

· Вычислите φ = arctg (U_L / ), Z = U/I, Xl = U_L /I, занесите результаты вычислений в таблицу 1 и сравните с результатами виртуальных измерений, если они есть.

· Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений (рис. 5.5) и треугольник сопротивлений (рис. 5.6).

 

 

Рис. 5.5 Рис. 5.6

Контрольные вопросы:

1. Начертите треугольники токов, проводимостей и мощностей для разветвленной цепи с активно-индуктивной нагрузкой. Чем они отличаются от треугольника для цепи с активно-емкостной нагрузкой?

2. Чему равно полное сопротивление цепи?

3. Как рассчитать силу тока в неразветвленной части цепи, если известны напряжение на ее зажимах и сопротивления ветвей?

4. Начертите векторную диаграмму для цепи с активно-индуктивной нагрузкой.

5. Сформулировать закон Ома для действующих токов и напряжений в последовательной цепи?

6. Как записать комплексное сопротивление последовательной исследуемой цепи?

 

Лабораторная работа 6

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Диаграмма состояния сплавов, в которых образуется химическое соединение компонентов
2. Звездное или составное соединение
3. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ФОТОРЕЗИСТОРА.
4. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ИНТЕРФЕЙС
5. Параллельное соединение конденсатора
6. Параллельное соединение резистора и катушки индуктивности
7. Подключение подсказки Автосоединение
8. Последовательное и параллельное соединение проводников.
9. Последовательное или параллельное управление физическими объектами?
10. Присоединение Новгорода к Московскому княжеству
11. Присоединение прибалтийских республик к СССР