Модуль 2. Бірфазалы синусоидалы тоқтың негізгі түсініктемелері.

Лабораториялық жұмыс №6-7.

Тізбектелген RLC-тізбектегі резонансты виртуалды зертханада зерттеу (кернеу резонансы)

Индуктивті орауышы (катушка) бар синусоидалы тоқтың тізбегін зерттеу

Индуктивті орауыштан айнымалы тоқ өткен кезде, онда өздік индукциясының қарсы ЭҚК-і бағытталады:

синусоидалы тоқ кезінде орауыштағы синусоидалы кернеу тоқты 90^о озады. Демек, тоқтың лездік мәні нөлден, кернеудің лездік мәніне қарағанда ¼ периодқа қалып өтеді (4.1-ші сурет). Бұл жағдайда орауыштың активті кедергісін ескермейміз, яғни, орауыш мінсіз (идеальный) болып саналады.

О

4.1 Сурет –Мінсіз индуктивті орауыштатың кернеу, тоқ және лездік қуат мәндерінің уақытқа тәуелді синусоидалы қисықтары

рауыштағы синусоидалы кернеу амплитудасы тоқтың амплитудасына пропорционал:

Сонымен қатар, тоқ пен кернеудің әсер етуші мәндері де пропорционал.

пропорционалдық коэффициенті орауыштың индуктивті немесе реактивті кедергісі деп аталады және Х_L деп белгіленеді. Демек, индуктивті орауыштағы тоқ пен кернеудің амплитудалық және әсер етуші мәні Ом заңына ұқсас өрнекпен байланысты:

немесе

Жиілік артқан сайын индуктивті кедергіде өседі.

«-» таңбасы жазылатын сыйымдылықтың реактивті кедергісіне қарағанда орауыштың реактивті кедергісіне «+» таңбасы беріледі.

Мінсіз орауыш тұтынатын лездік қуат, кернеу мен тоқтың көбейтіндісімен анықталады:

Осы қуаттың уақытқа тәуелді өзгеріс графигін, бір уақыт моментінде алынған u(t) және i(t) графиктерінің ординаталарын жұптап қосу арқылы тұрғызуға болады. Осылайша, орауыштың активті кедергісінсіз алынған қисық (4.1-ші сурет), амплитудалы екі жиілікті синусоидалы көрініске ие болады:

р>0 болған кезде, орауыш энергияны магнит өрісінде жинап оны тұтынады. р<0 болған кезде, ол энергияны тізбектегі басқа элементтерге энергия көзі ретінде береді. Q_L шамасы тұтынатын немесе беретін орауыштың максималды қуаты және индуктивті реактивті қуат деп аталады. Реактивті қуаттың өлшем бірлігі вольт-ампер реактивті (вар) болып табылады.

Мінсіз индуктивті орауыш тұтынатын орташа активті қуат нөлге тең.

Іс-жүзіндегі орауышта активті кедергі болғандықтан, фазалық ығысу азаяды, лездік қуаттың синусоиды жоғарыға ығысады және қуаттың орташа мәні нөлден көп болады.

Индуктивті орауыштың тізбектей және параллель қосылуы

Орауыш тізбектей қосылған кезде, олар арқылы бірдей тоқ өтеді, ал тізбекке берілген кернеу жеке орауыштардағы кернеудің қосындысына тең болады. Бұл жұмыста да орауыштар мінсіз болып саналады. Егер орауыштардың магнит өрісі бір-біріне әсер етпейтіндей орналасса, тізбектің индуктивті кедергісі жеке орауыштардың индуктивтіліктерінің қосындысына тең:

L_Э= L₁+ L₂+ L₃+…+ L_n

Параллель қосылған кезде, барлық орауышқа бірдей кернеу өтеді, ал қорек көзінен тұтынатын тоқ барлық орауыштағы тоқтардың қосындысына тең. Эквивалентті индуктивтілік мына формуламен анықталады:

Екі орауышты параллель қосқан кезде:

4-ші А эксперименті

Жұмыстың мақсаты: Осциллограф экранына индуктивті орауыштың тоқ және кернеу қисығын шығарып, u_L(t) және i_L(t) синусоидтары арасындағы фазалық ығысуды анықтау. Қуаттың уақытқа тәуелді өзгеру графигін тұрғызып, түрлі индуктивтілікті орауыштың реактивті кедергісін анықтау.

Экспериментті орындау тәртібі:

Схемаға (4.2-ші сурет) сәйкес тізбекті жинап, реттелетін синусоидтты кернеу көзі арқылы жиілігі 1кГц максималды кернеу амплитудасы 10 В тізбекке беріледі. Схемадағы R_К –катушканың активті кедергісі. Орауыштағы кернеу осциллографтың бірінші каналына беріледі, ал тоққа пропорционал кедергімен түрленген (инвертированное) кернеу екіншісіне беріледі.

4.2 Сурет –Индуктивті катушкасы бар синусоидалы тоқ тізбегінің электр сұлбасы

Осциллографтың жаю және күшейту параметрлерін экран бетінде кернеу мен тоқтың шамамен бір периоды кескінделетіндей етіп орнатамыз.

Экрандағы қисық сызықтардың дәл көшірмесін төмендегі тор сызыққа түсіріп, орауыштағы кернеу u_L(t) мен тоқтың i_L(t) арасындағы фазалық ығысу мен периодты анықтаймыз.

Период

T =Сm_t= мс

мұнда С=.............бөлік –осциллографтың тор бөлігіндегі период,

m_t=....................мс/бөлік – осциллографтың жазу каналы бойынша сезімталдығы.

Жиілік

f = 1  T =............Гц.

Бұрыштық жиілік

 = 2    f =.....................=..........1/с.

Фазалық ығысу

 =360 D/C=................…....=……..град.

мұнда D=……бөлік –осциллографтың тор бөлігіндегі тоқ пен кернеудің ығысуы,

C=……бөлік –осциллографтың тор бөлігіндегі периоды.

Фазалық ығысу орауыштың активті кедергісі әсерінен 90^о-тан кем.

Масштабтары: m_U2= В/бөлік, m_I= m_U1/R_ш= В/бөлік, m_t= мс/бөлік