НАО «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова»
Кафедра ЭС
Лабораторная работа №5
Дисциплина: Теоретические основы электротехники
2023
Лабораторная работа № 5
Тема: «Последовательное соединение R, L, C элементов»
Цель работы: провести анализ цепи содержащей последовательное соединение R, L, C элементов, практически исследовать резонанс напряжений, изучить построение векторных диаграмм.
Содержание работы
1. Добиться резонанса напряжения, изменяя следующие параметры:
а) угловую частоту;
Таблица 1- Результаты измерений
f, Гц
|
15
|
25
|
fрез(53,65)
|
70
|
80
|
U, В
|
50
|
50
|
50
|
50
|
50
|
I, А
|
0,3761
|
0,4569
|
0,500
|
0,4944
|
0,4873
|
Uк, В
|
2,873
|
5,819
|
13,66
|
17,62
|
19,86
|
Uс, В
|
35,81
|
26,11
|
13,31
|
10,09
|
8,701
|
Ur, В
|
37,61
|
45,69
|
50
|
49,42
|
48,73
|
Рисунок 1 – Резонанс при изменении параметров частоты
б) конденсатор;
Таблица 2- Результаты измерений
С, мкФ
|
40
|
60
|
Срез(85,5)
|
100
|
120
|
U, В
|
50
|
50
|
50
|
50
|
50
|
I, А
|
0,4722
|
0,4958
|
0,500
|
0,4996
|
0,4981
|
Uк, В
|
14,43
|
15,15
|
15,30
|
15,27
|
15,22
|
Uс, В
|
30,91
|
21,64
|
15,31
|
13,08
|
10,87
|
Ur, В
|
47,21
|
49,58
|
50,01
|
49,96
|
49,82
|
Рисунок 2 – Резонанс при изменении параметров конденсатора
в) катушку индуктивности.
Таблица 3 - Результаты измерений
L, мГн
|
20
|
40
|
Lрез (62)
|
80
|
100
|
U, В
|
50
|
50
|
50
|
50
|
50
|
I, А
|
0,4935
|
0,4983
|
0,5001
|
0,4988
|
0,4948
|
Uк, В
|
3,771
|
7,610
|
11,84
|
15,24
|
18,90
|
Uс, В
|
11,75
|
11,86
|
11,90
|
11,88
|
11,78
|
Ur, В
|
49,35
|
49,82
|
50,01
|
49,88
|
49,50
|
Рисунок 3 – Резонанс при изменении параметров катушки
2. Показать зависимость резонансных кривых тока и напряжения от изменяемых параметров.
Рисунок 4 – Зависимость тока и напряжения от изменяемой частоты
3. По результатам п.1 для каждого из изменяемых параметров построить векторные диаграммы для трех режимов:
Рисунок 5 – Векторные диаграммы при изменении индуктивности
Рисунок 6 – Векторные диаграммы при изменении емкости
Рисунок 7 – Векторные диаграммы при изменении частоты
Контрольные вопросы
1. Как определить полное и комплекс полного сопротивления цепи с последовательным соединением R, L, C-элементов. Чем они отличаются?
2. Чему равно реактивное сопротивление цепи?
3. Как рассчитать ток, в цепи с последовательным соединением R, L, C элементов без применения и на базе комплексных чисел? Что должно быть задано в качестве исходных данных?
4. Какой режим называют резонансным? При каких условиях он возникает? Почему резонансный режим в цепи с последовательным соединением R, L, C-элементов называют резонансом напряжений, а не резонансом тока?
В физике резонансом называется явление, при котором в колебательном контуре частота свободных колебаний совпадает с частотой вынужденных колебаний. В электричестве аналогом колебательного контура служит цепь, состоящая из сопротивления, ёмкости и индуктивности. В зависимости от того как они соединены различают резонанс напряжений и резонанс токов.
Условием возникновения резонанса является равенство частоты источника питания резонансной частоте w=wр, а следовательно и индуктивного и емкостного сопротивлений xL=xC. Так как они противоположны по знаку, то в результате реактивное сопротивление будет равно нулю.
Резонансный режим с последовательным соединением R, L, C элементов называют резонансом напряжений, так как в этом случае имеет место резкое увеличение напряжения на L и C колебательного контура.
5. Может ли возникнуть резонансный режим при последовательном соединении резистора и конденсатора?
Нет, не может, так как для возникновения резонанса необходимы катушка и конденсатор и обязательным условием является равенство их сопротивлений.
6. Как определить по показаниям приборов наступления резонанса напряжений?
Напряжение на катушке будет приравниваться к напряжению конденсатора
7. По какой причине напряжение на реальной катушке индуктивности в резонансном режиме превышает напряжение на конденсаторе?
Потому что на катушке напряжение геометрически складывается из двух: падения напряжения на активном сопротивлении и на индуктивном. А у конденсатора активное сопротивление отсутствует. В режиме резонанса напряжений индуктивное и емкостное напряжения равны.
8. С какой целью применяют векторные диаграммы?
Векторные диаграммы наглядно иллюстрируют ход решения задачи. При точном построении векторов можно непосредственно из диаграммы определить амплитуды и фазы искомых величин. Приближенное (качественное) построение диаграмм при аналитическом решении служит надежным контролем корректности хода решения и позволяет легко определить квадрант, в котором находятся определяемые векторы.
9. Чем отличаются векторная диаграмма токов и напряжений от треугольника напряжений?
В векторной диаграмме вектора электрических величин привязаны к прямоугольной системе координат, при чем начало векторов привязано к началу координатных осей. В треугольнике напряжений идет сложение векторов, при чем конец одного вектора соединяется с началом следующего вектора с соблюдением модуля и фазы векторов. Так можно сложить три напряжения. Если система симметрична, то конец третьего вектора совпадет с началом первого. Результат сложения будет нулевым (равносторонний треугольник) . Если не симметричный режим то сумма трех напряжений даст некий отрезок. Это будет утроенное напряжение нулевой последовательной.
10 .Что означает коэффициент мощности цепи?
КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ - обычно отношение активной мощности к полной. В случае синусоидального тока он равен косинусу угла сдвига фаз между напряжением и током и определяется отношением активного сопротивления цепи (r) к полному (Z): cos ф = r/Z.
Из практики скажу физический смысл его таков. Это виртуальная величина использовалась до недавнего времени, как показатель качества электроэнергии.
Достарыңызбен бөлісу: |