Меню

Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением катушек индуктивности

Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления, индуктивности и емкости. Резонанс напряжения

Цель работы: изучение свойств цепи переменного тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, исследование режима резонанса напряжений, анализ цепи с помощью векторных диаграмм.

Общие сведения

Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением индуктивности, активного сопротивления и емкости проводится по схеме, представленной на рис. 2.

Рис. 2. Цепь с последовательным соединением индуктивности, активного сопротивления и емкости

Для данной цепи справедливы следующие соотношения:

где U, I – действующие значения напряжения источника и тока цепи;

z – полное сопротивление цепи;

r – активное сопротивление цепи;

– индуктивное сопротивление цепи;

– емкостное сопротивление цепи;

– реактивное сопротивление цепи;

φ – угол сдвига фаз между напряжением и током цепи;

ω – угловая частота;

– частота тока;

– индуктивность цепи;

– емкость цепи.

Режим работы цепи может быть проанализирован с помощью векторных диаграмм, на которых:

– ток отстает по фазе от напряжения при ;

– ток опережает по фазе напряжение при ;

– ток совпадает по фазе с напряжением при .

При равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений в цепи возникает особый режим, называемый резонансом напряжений.

Свойства цепи при резонансе напряжения:

1. Реактивное сопротивление цепи х = 0.

2. Полное сопротивление цепи z = r, и минимально по величине.

3. Ток имеет максимальную величину, так как сопротивление цепи минимально:

.

4. Ток совпадает по фазе с напряжением источника, следовательно, угол сдвига фаз φ = 0.

5. Реактивная мощность цепи равна нулю, Q = QL — QC = 0.

6. Полная мощность цепи равна активной мощности, S = P.

7. Коэффициент мощности цепи cos φ = P / S = 1.

8. Падение напряжения на активном сопротивлении катушки равно напряжению источника

.

9. Напряжения на индуктивном и емкостном сопротивлениях цепи равны между собой и взаимно компенсируют друг друга.

.

Домашнее задание

1. Изучить теоретический материал «Последовательное соединение элементов в цепи переменного тока».

2. Подготовить таблицу 3 для записи опытных данных и ответы на контрольные вопросы к данной работе.

Рабочее задание

1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

2. Собрать электрическую цепь с последовательным соединением реальной катушки индуктивности L и конденсатора C (рис. 3), используя элементы стенда в соответствии с заданным вариантом (табл. 2).

Рис. 3. Электрическая цепь с последовательным соединением катушки индуктивности и конденсатора

Реальная катушка индуктивности в электрической цепи представлена схемой замещения из двух последовательно соединенных элементов: индуктивности катушки L к и активного сопротивления катушки r к .

№ варианта 1 2 3 4 5
L L1 L2 L1 L2 L1
C C2-2 C1-4 C1-3 C2-5 C1-4

В табл. 2 в качестве индуктивности L используются реальные катушки индуктивности L1 и L2. В качестве емкостного элемента C используются конденсаторы С1 и С2. Емкости конденсаторов С1 и С2 изменяются с помощью тумблеров, которые имеют 5 положений: 1-2-3-4-5. После сборки цепи схему представить для проверки преподавателю.

3. Включить источник питания E3 и установить величину напряжения питания 10 В.

4. Определение режимных параметров цепи при резонансе напряжений.

Нажимая кнопку на измерительном приборе PP1 вывести на экран в четвертой строке значение угла φ. Изменяя регулятором частоту f напряжения источника питания, установить значение угла φ=0. Снять с прибора показания напряжения U, тока I и мощности P. Затем повторными нажатиями кнопки на приборе PP1 вывести на экран значения коэффициента мощности cos φ и частоты тока f. Напряжения UK и UC измеряются вольтметром стенда путем его подключения к точками 1-2 и 3-4 схемы. Результаты измерений занести в табл. 3, заполнив строчку для угла φ=0.

5. Изменяя регулятором частоту f напряжения источника питания с шагом Δ f = (30-40) Гц проделать опыты еще для шести значений угла φ: трех отрицательных углов φ 0 при f > fрез. Результаты измерений занести в табл. 3. Выключить источник питания E3.

6. По результатам измерений вычислить величины, указанные в табл. 4:

f, Гц Z, Ом ZK, Ом rK, Ом xLK, Ом xC, Ом UrK ULK LK, Гн C, мкФ
fрез=

7. Построить в общей системе координат зависимости:

U, UC , UK , ULK = F( f ); I , P, = F( f ); z , φ , cos φ = F( f ).

8. Построить в масштабе три векторные диаграммы напряжений и тока для опытов:

1. ; 2. ; 3. .

Расчетные формулы

Полное сопротивление цепи

Полное сопротивление катушки

Активное сопротивление катушки

Индуктивное сопротивление катушки

Емкостное сопротивление конденсатора

где

Активная составляющая напряжения на катушке

.

Индуктивная составляющая напряжения на катушке

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

– наименование работы и цель работы;

– схему исследуемой цепи;

– таблицы с результатами опытов и вычислений;

– графики режимных параметров цепи U , UC , UK , ULK = F ( f ); I , P , = F ( f ); z , φ , cos φ = F ( f );

– три векторные диаграммы для опытов: 1. ; 2. ;

3. ;

– выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. В чем основные различия физических явлений в цепях переменного и постоянного тока?

2. Чем физически объясняется отставание тока в цепи индуктивной катушки от напряжения, приложенного к ее зажимам?

3. Чем объясняется опережение тока в цепи конденсатора относительно напряжения, приложенного к его обкладкам?

4. Сформулируйте закон Ома для цепи переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления, индуктивности и емкости.

5. В какой цепи и при каком условии наступает резонанс напряжений?

6. Объясните энергетические процессы, протекающие в электрической цепи при резонансе напряжений.

7. Объясните, почему при резонансе напряжений ток в цепи максимален.

8. Как изменится резонансная частота в цепи с последовательным соединением r, L и C, если емкость C увеличить в 4 раза?

9. Оцените величину коэффициента мощности при резонансе напряжений по сравнению с коэффициентом мощности до резонанса.

10. Каким электроизмерительным прибором можно определить состояние резонанса в неразветвленной цепи, если настройка в резонанс ведется при неизменном действующем значении входного напряжения?

11. К каким аварийным последствиям может привести резонанс напряжений в электрических цепях?

Источник

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ И КОНДЕНСАТОРА. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Цель работы: опытным путем установить резонанс напряжений и проверить его основные свойства.

Рисунок 1- Схема электрической цепи

Таблица 1- Технические данные приборов и оборудования

Краткие теоретические сведения

В цепи переменного тока с последовательным соединением катушки индуктивности и конденсатора возникает резонанс напряжений при условии равенства реактивных сопротивлений. В момент резонанса напряжений полное сопротивление цепи минимально и равно активному сопротивлению, т.к. ХL = XC и реактивное сопротивление равно нулю. Ток в цепи будет максимальным. Напряжение на емкости и катушке равны UL = UC, полное напряжение является активным и совпадает по фазе с током, т.е. φ= 0, cosφ=1.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с приборами и порядком их включения в цепь.

Подготовить приборы к работе.

2. Записать технические данные приборов в таблицу 1.

3. Собрать электрическую цепь и дать проверить ее преподавателю.

4. Включить цепь. С помощью автотрансформатора установить общее напряжение

20 В и, поддерживая его постоянным, снять показания приборов при неизменной

емкости 6 мкФ и изменении индуктивности:

1 опыт – сердечник полностью вставлен в катушку ХL › ХC (UL › UC)

2 опыт – сердечник частично выдвинут из катушки (установлен в такое

положение, при котором в цепи максимальное значение тока, или вольтметры

PVL и PVс показывают одинаковые значения). ХL = Хс (UL = UсС)

3 опыт – сердечник полностью выдвинут из катушки. ХL ‹ Хс (UL ‹ Uс).

5. Показания приборов и результаты расчетов занести в таблицу 2.

6. Результаты измерений показать преподавателю.

7. Разобрать электрическую цепь, привести в порядок рабочее место.

Таблица 2- Результаты измерений и расчетов

Таблица 3- Указания к расчету

Читайте также:  Электрический ток вакуум действие тока

Построить векторные диаграммы тока и напряжений для каждого опыта

Содержание отчета

— название и цель работы;

— схема электрической цепи;

— таблица с техническими характеристиками приборов и оборудования;

— таблица с результатами измерений и вычислений;

— таблица с расчетами электрических параметров (расчет первой строки);

— ответы на контрольные вопросы;

— вывод по работе.

Контрольные вопросы

1. Назовите способы настройки контура в резонанс напряжений. Какой из них использован в лабораторной работе?

2. Укажите практическое применение резонанса напряжений.

3. Назовите условия возникновения резонанса напряжений.

Источник

Определение параметров и исследование режимов работы электрической цепи переменного тока с последовательным соединением катушки индуктивности, резистора и конденсатора

Страницы работы

Содержание работы

Лабораторная работа №10.

Тема: определение параметров и исследование режимов работы электрической цепи переменного тока с последовательным соединением катушки индуктивности, резистора и конденсатора.

  1. получение навыков, определения параметров схемы замещения индуктивной катушки со стальным магнитопроводом.
  2. изучение режимов работы цепи при последовательном соединении катушки индуктивности, резистора и конденсатор.
  3. овладение навыками построения векторных диаграмм.

приборы и оборудования:

  1. Мультиметр- 3шт.
  2. Резистор
  3. Конденсатор.
  4. Катушки индуктивности.

Таблица опытов и расчётов:

Вывод: по результатам опытов рассчитал Ua, R, C, P, угол сдвига и его тригонометрические функции. Построил векторную диаграмму напряжения и треугольники U, R и P. В процессе опыта при увеличении ёмкости сопротивление увеличивается, ток, мощность и угол сдвига уменьшается.

Расчетные данные отличаются от опытных в результате погрешности измерений приборов.

Похожие материалы

Информация о работе

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309
Читайте также:  Уравнения кирхгофа направление тока

Полный список ВУЗов

  • О проекте
  • Реклама на сайте
  • Правообладателям
  • Правила
  • Обратная связь

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник



Исследование электрической цепи переменного тока с последовательным соединением катушки индуктивности и конденсатора

date image2015-06-28
views image2664

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Опытным путем проверить законы Ома и Кирхгофа для цепи с R,L,C. Приобрести навыки в построении векторных диаграмм. Исследовать особенности резонансной цепи.

4.2. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Для выполнения лабораторной работы используются следующие приборы и оборудование:

— вольтметры для измерений переменного напряжения с пределом измерений 100 В –3 шт.;

— амперметры для измерений переменного тока с пределом измерений 2 А – 1 шт.;

4.3. ВРЕМЯ, ОТВОДИМОЕ НА РАБОТУ

На выполнение данной работы отводится 2 академических часа.

4.4. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Если к неразветвленной цепи (рис.4.1а), состоящей из активного сопротивления R , индуктивности L и емкости C приложено синусоидальное напряжение u = Umsin(wt+yu), то по цепи пойдет синусоидальный ток i = Imsin(wt+yi).

Согласно второму закону Кирхгофа мгновенное значение напряжения u = uR + uL + uc или в комплексной форме U = UR +UL + UC.

Построим на комплексной плоскости векторную диаграмму (рис.4.1б), из которой следует, что напряжение на входе цепи представляет собой векторную сумму напряжений на отдельных участках:

Поделив правые и левые части уравнений на ток, получим аналогичные уравнения и диаграмму для сопротивлений (рис.4.1в):

Схема электрической цепи при последовательном соединении активного сопротивления, индуктивности и емкости (а), векторная диаграмма токов и напряжений (б) и диаграммы сопротивлений (в) и мощностей (г)

Рис. 4.1

Аналогично получим уравнения и диаграмму мощностей (рис.4.1г):

Треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей подобны, следовательно, угол сдвига фаз может быть определен по уравнениям:

В зависимости от соотношения между реактивными сопротивлениями XL и XC угол j может быть положительным, отрицательным и равным нулю.

Цепь, состоящая из последовательно соединенных активного сопротивления R, индуктивного L, емкостного С, представляет собой пассивный двухполюсник. Если пассивный двухполюсник содержит R, L, С иего суммарное реактивное входное сопротивление равно нулю, то такой двухполюсник находится в резонансном режиме.

Резонанс, в самом широком смысле, возникает в результате совпадения собственных и вынужденных колебаний той или иной системы. В электрической цепи при резонансе частота подведенного переменного напряжения f совпадает с собственной частотой контура f.

В цепи с последовательно соединенными элементами имеет место резонанс напряжений, так как он возникает при равенстве UL = UC , что возможно только при равенстве реактивных сопротивлений XL =XC. Так как

, а то при резонансе

или , отсюда определяется частота, которая и является частотой собственных колебаний контура:

Из этого выражения видно, что резонанс напряжений в рассматриваемой электрической цепи может быть получен путем изменения частоты входного напряжения или одного из параметров цепи (L или С).

Из анализа приведенных выше уравнений и векторных диаграмм следует, что при резонансе напряжений:

— входное сопротивление двухполюсника чисто активное;

— ток и напряжение на входе цепи совпадают по фазе;

— ток в цепи достигает максимального значения;

— полная мощность равна активной мощности;

— коэффициент мощности цепи cosj = 1;

— при резонансе напряжения на индуктивности UL и конденсаторе UC могут значительно превышать входное напряжение U.

4.5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении лабораторной работы следует выполнять общие правила по технике безопасности при выполнении лабораторных работ по ТОЭ.

4.6. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучить теоретическую часть данной работы.

2. Записать паспортные данные измерительных приборов в таблицу 1в.

Источник