Лабораторные работы / LAB3_Bochkarev

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Институт ИШПР

21.03.01 «Нефтегазовое дело»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

№3

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСА НАПРЯЖЕНИЙ

Вариант - 5

по дисциплине:

Электротехника 1.3

Исполнитель:
студент группы	О-2Б12		Бочкарев Вячеслав Дмитриевич		19.09.2023
Руководитель:	ФИО
преподаватель			Кулешова Елена Олеговна

Томск – 2023

Цель работы: Изучение и экспериментальное исследование резонанса в цепи с последовательным соединением катушки индуктивности и конденсатора.

Исходные данные:

Рисунок 1 – Схема электрической цепи опыта

L, мГн	R1, Ом	С, мкФ
40	30	1

Таблица 1 – Исходные данные опыта

Ответы на вопросы по подготовке к работе.

1) Какой режим работы электрической цепи называют резонансом напряжений?

Ответ: резонансом называется такой режим работы пассивной цепи, при котором входной ток совпадает по фазе с входным напряжением, несмотря на наличие в цепи реактивных элементов.

2) Изменением каких параметров цепи или источника питания в схеме, изображенной на рисунке 2, можно добиться резонанса? Записать его условие для этой схемы

Рисунок 2 – Схема цепи

Ответ: Изменением значений индуктивности катушки, ёмкости конденсатора либо изменением частоты питания можно добиться эффекта резонанса. Резонанс будет наблюдаться, когда ток с напряжением совпадают по фазе (=0), что в свою очередь наблюдается при Х=0 или X_L=X_C. Условие для резонанса выглядит следующим образом:

3) Как по величине входного тока установить, что достигнут резонанс?

Ответ: при резонансе ток будет максимальный. Достигаться это будет за счет того, что сопротивление в цепи будет лишь активным, так как X_L=X_C

4) При каком соотношении параметров цепи напряжения на реактивных элементах могут быть значительно больше входного? Как определить добротность контура?

Ответ: при выполнении условия . При наступлении резонанса напряжения на реактивных элементах будут равны, при чем они могут быть выше входного напряжения при условии . Добротность контура

5) Как экспериментально определить параметры катушки R, L и как вычислить резонансную емкость? Запишите формулы.

Ответ: для определения параметров используют амперметр, вольтметр и ваттметр. Производят измерения, далее вычисляют параметры по известным формулам:

6) Построить качественные векторные диаграммы для схемы рисунка 2 при трех значениях емкости: C=C_рез, С<С_рез, С>С_рез. Как меняется знак угла сдвига фаз напряжения и тока  при изменении емкости от нуля и до бесконечности?

Ответ:

С=С_рез

I’

U’

1

U’_к

U’_L

U’_C

U’_R

-j

I’

C<C_рез

1

U’

U’_C

U’_к

U’_L

U’_R

-j

C>C_рез

j

U’

I’

1

U’_к

U’_L

U’_C

U’_R

Угол сдвига фаз меняется от -90⁰ до +90⁰

Опыт № 1

1. Произведем вычисления, в соответствии с исходными данными:

R	L	C	fрез		Q
Ом	мГн	мкФ	Гц	Ом	-
30	40	1	796,18	200	6,67

Таблица 2 ­ Результаты вычислений

2. Соберем схему согласно исходным данным лабораторной работы

Рисунок 3 – Схема опыта № 1

3. Запишем данные приборов в таблицу

Показания приборов						Расчет
U	f	экс	I	UC	Uk		UR	UL	расч
В	Гц	Град	мА	В	В		В	В	Град
9,9	400	-84,2	34	13,3	3,6		1,02	3,42	-84,09
	600	-75,3	87	22,9	13,6		2,62	8,74	-74,65
	796	0	324	63,9	66,3		9,75	32,56	9,99
	900	58,5	159	27,7	36,7		4,79	15,98	61,06
	1000	71,9	97	15,2	24,9		2,92	9,75	72,85

Таблица 3 – Результаты эксперимента

Произведем вычисления для расчетной части таблицы:

4. Построим резонансные кривые зависимостей U_L(f), U_C(f); _экс(f), _расч(f); I(f).

Рисунок 5 – Резонансные кривые зависимостей

5. Посчитаем ток в цепи и напряжения на элементах схемы для трех режимов f<f_рез, f=f_рез, f>f_рез

6. Запишем результаты вычислений в таблицу и построим векторные диаграммы:

U	f	XL	XC	X	Z	I	UC	UL	UR	UK	
В	Гц	Ом	Ом	Ом	Ом	мА	В	В	В	В	град
9,9	600	150,7	265,4	114,7	118,6	83	22,16	12,51	2,5	12,75	-75,3
	796,18	200	200	0	30,1	329	65,78	65,78	9,9	66,54	0
	1000	251,2	159,2	92	96,8	102	16,28	25,62	3,07	25,8	71,9

Таблица 4 – Результаты вычислений

Вывод: при последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора наблюдается резонанс напряжений. При резонансе напряжений ток достигает максимального значения, а напряжение отстает от тока при f<f_рез, совпадает по фазе с током при f=f_рез, и опережает ток при f>f_рез. Разность фаз изменяется от до .