Цель работы

Получить навыки настройки в резонанс последовательного и параллельного колебательного контура.

Объект и средства исследования

При сборке колебательных контуров используются катушка индуктивности и магазин ёмкостей. Питание контуров осуществляется от генератора синусоидальных сигналов. Ток на входе колебательного контура определяется косвенным методом – измерением напряжения на измерительном резисторе с известной величиной сопротивления. В качестве измерительного резистора используется магазин сопротивлений. Напряжения измеряются с помощью цифрового мультиметра.

Рабочее задание

1. Собрать последовательный колебательный контур, включив на вход контура измерительное сопротивление величиной 50 Ом (рис. 3.1) На вход электрической цепи подключить генератор синусоидального напряжения.

Рис. 3.1

2. Установить емкость С = 0,5 мкф. Включить генератор сигналов. Установить на входе колебательного контура максимально возможное напряжение (ручка «регулирование сигнала» ГС до упора по часовой стрелке). Изменяя частоту входного сигнала, настроить колебательный контур в резонанс напряжений. Значение резонансной частоты f₀ записать в табл. 3.1.

Таблица 3.1

f, Гц	Uвх, В	Uк, В	UС, В	UИ, В	I, мА
f0 = fн = fв =

Установить на входе колебательного контура напряжение U_вх = 3 В. Измерить значения напряжений на катушке индуктивности U_к, конденсаторе U_С и измерительном сопротивлении U_и. Величины напряжений занести в табл. 3.1. Значение тока в контуре I (I = U_и/R_и)

5. Экспериментально найти значения нижней и верхней граничных частот f_н и f_в, при которых ток в контуре I = 0,1 I _рез.

6. (или U_и = 0,1 U_и рез.). Повторить измерения п. 2 при f_н и f_в, результаты измерений занести в табл. 3.1.

4. По результатам пп. 2 и 3 методом засечек построить векторные диаграммы токов и напряжений при частотах f_0, f_н и f_в.

5. Собрать параллельный колебательный контур, на входе контура включить измерительное сопротивление величиной R_и = 2 кОм. (рис. 3.2). На вход электрической цепи подать напряжение с генератора синусоидального напряжения.

Рис. 3.2

5. Установить емкость С = 0.5 мкф. Включить генератор сигналов, установить на входе колебательного контура напряжение U_вх = 1 В. Настроить колебательный контур в резонанс токов, изменяя частоту входного сигнала (добиваясь наименьшего тока, потребляемого от ИП, т.е. наименьшего U_и). Данные измерений занести в табл. 3.2. В две последующие строчки таблицы записать частоты генератора соответсвенно больше и меньше на 100гц резонансной частоты f рез. Рассчитать токи в ветвях с катушкой и ёмкостью (см. методические указания) и записать их в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Частота, Гц	Токи, А
	Iк	Iс	Iи
f рез.=
f <fpeз=
f >fрез=

По данным табл. 3.2 построить векторные диаграммы.

Методические указания

1. О настройке последовательного контура в резонанс напряжений можно судить по наибольшему току в электрической цепи (т.е. по наибольшему U_и).

2. О настройке колебательного контура в резонанс тока можно судить по наименьшему току входной цепи контура.

3. При построении векторной диаграммы параллельного контура токи I_к и I_С следует рассчитать. Параметры катушек L1, R1 или L2, R2 даны на стенде. Зная параметры катушки можно определить: Zк и I_к = U_вх/Z_к; ток I_С определяется по формуле , где С = 0,5 мкф, а значение f берется из таб.3.2 Считая I_C опережающим входное напряжение на угол π/2, построить векторные диаграммы методом засечек. Задаёмся на диаграмме вектором U_вх, откладываем относительно U_вх ток I_С, а затем, зная I_к и I, достраиваем треугольник токов: из конца вектора тока I_С делаете засечку радиусом равным току I_к, а из начала координат делаем засечку радиусом равным I. Две дуги пересекутся в одной точке, которая и будет вершиной треугольника тока.

Программа домашней подготовки

По учебным пособиям и конспекту лекций изучить тему: «Резонансы в электрических цепях».

Контрольные вопросы

1. Что называется резонансом в электрических цепях?

2. Условие последовательного резонанса.

3. Условие параллельного резонанса.

4. Построить качественно в.д. для изображенных схем, настроенных на резонанс (рис. 3.3).

Рис. 3.3

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ

С ОДНОФАЗНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ,

СОЕДИНЕННЫМИ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»

Цель работы

Исследовать режимы работы трехфазной цепи с нагрузкой, соединенной по схеме «звезда».

Объект и средства исследования

Исследуемая электрическая цепь питается от трехфазного генератора промышленной частоты (f = 50 Гц) с фазным напряжением U_Ф = = 36 В. В качестве нагрузки используется набор однофазных приемников: резистивные элементы R₁, R₂, R₃ и R₄; катушка индуктивности R_к, L_к и магазин емкостей С_n.

Для измерения напряжений и сопротивлений резисторов используется цифровой мультиметр.

Токи в фазах и нейтральном проводе трехфазной электрической цепи либо измеряются амперметром электромагнитной системы с пределом измерения 1 А, либо определяются косвенным методом.

Рабочее задание

1. Измерить сопротивления резисторов R₁, R_{2 ,} R₃ и R₄.

2

Рис. 4.1

. Собрать цепь по схеме рис. 4.1, соединив три резистивных элемента R₁, R₂ и R₃ звездой с нейтральным проводом.

3. Измерить напряжения на фазах нагрузки . Токи I_А, I_В, I_С определить косвенным методом измерения (см. методические указания). Ток в нейтральном проводе I₀ определяется в соответствии с первым законом Кирхгофа по векторной диаграмме как геометрическая сумма векторов фазных токов.

Результаты эксперимента записать в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Характер нагрузки	UАО, В	UВО В	UСО В	IА, А	IВ, А	IC, А	I0, А
Симметрич- ный режим
Несимметрич- ный режим

4. Изменить нагрузку в фазе А, включив вместо резистора R₁ резистор R₄. Измерить напряжения на фазах нагрузки. Определить токи в фазах электрической цепи и нейтральном проводе. Результаты эксперимента занести в табл. 4.1.

5. Отсоединить нейтральный провод. Измерить напряжения на фазах нагрузки, т.е. на резисторах R₄, R₂, R₃ и напряжение между нейтральными точками генератора и нагрузки (U₀₀). Все напряжения измерять с помощью цифрового мультиметра. Токи в фазах определить по закону Ома. Результаты эксперимента записать в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Режим цепи	UАО В	UВО В	UСО В	UОО В	IА, А	IВ, А	IС, А
Симметричный Режим
Несимметричный Режим
Режим хх Фазы А
Режим кз Фазы А

6. Восстановить симметричный режим трехфазной электрической цепи (рис. 4.2), включить в фазу А вместо резистора R₄ резистор R₁. Измерить напряжения на фазах нагрузки и напряжение смещения нейтрали U₀₀_. Косвенным методом определить токи в фазах нагрузки. Результаты эксперимента записать в табл. 4.2.

7. Создать в фазе А режим холостого хода, отсоединив провод, соединяющий R₁ с фазой А.

Измерить напряжения на фазах нагрузки U_А0 , U_В0, U_С0 и напряжение смещения нейтрали U₀₀. Токи в фазах определить косвенным методом. Результаты измерений занести в табл. 4.2.

8. Создать в фазе А режим короткого замыкания. Для этого вместо резистора R₁ включить амперметр с пределом измерения 1 А. Произвести измерения напряжений и токов. Результаты измерений занести в табл. 4.2.

Рис. 4.2

9. Собрать электрическую цепь по схеме рис. 4.3.

На магазине емкостей набрать емкость С_П = 15 мкф. Измерить напряжения на фазах нагрузки А, В, С и в нейтральном проводе. Токи в фазах А, В, С определить косвенным методом.

Результаты эксперимента занести в табл. 4.3.

Рис. 4.3

Таблица 4.3

Режим	UАО, В	UВО В	UСО В	U00 В	IА А	IВ А	IС А	I0 А
Четырехпро-водная схема
Трехпроводная схема

10. Отключить в электрической цепи (рис. 4.3) нейтральный провод. Произвести измерение напряжений и токов. Результаты эксперимента занести в табл. 4.3.

11. По данным всех пунктов построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений.

Методические указания

1. Косвенным методом токи в фазах приёмника определяются по закону Ома ( параметры фаз : R, L, C даны на стенде ).

2. Схемы электрических цепей в режимах хх и кз фазы А должны быть представлены в отчетах.

3. Построение векторной диаграммы токов и напряжений при любой нагрузке следует начинать с построения симметричной «звезды» фазных напряжений источника питания.

4. При построении векторных диаграмм пп. 3–6, использовать метод «засечек», так как векторные диаграммы строятся на комплексной плоскости, а при экспериментальных исследованиях известны только значения модулей напряжений и токов.

Этот графический метод заключается в следующем:

а) строят симметричную звезду фазных напряжений источника:

ů_А = U_А

ů_В = U_Ае^–j120

ů_С = U_Ае ^j120

б) раствором циркуля, равным фазным напряжениям на приемнике, поочередно делают засечки из точек А, В и С, а затем раствором циркуля, равным напряжению смещения нейтрали, – засечку из точ- ки 0;

в) точка пересечения окружностей всех фазных напряжений и напряжения смещения нейтрали определяет положение на комплексной плоскости значения потенциала нейтральной точки приёмника 0´.

г) соединив точку 0´ с точками А, В, С, получаем звезду фазных напряжений приёмника.

Программа домашней подготовки

1. По учебным пособиям и конспекту лекций повторить раздел «Трехфазные цепи».

2. Заготовить бланки протокола с необходимыми таблицами и схемами.

3. Записать в протокол все расчетные формулы.

Контрольные вопросы

1. В чем различие трехпроводных и четырехпроводных цепей?

2. Почему при симметричной нагрузке нейтральный провод не влияет на режим работы цепи?

3. Каково соотношение между линейными и фазными напряжениями при симметричной нагрузке, соединенной звездой?

4. Какова роль нейтрального провода при несимметричной нагрузке?

5. Какими способами можно измерить активную мощность в трёхпроводных и четырёхпроводных трёхфазных цепях при симметричной и несимметричной нагрузке?