ЭЛ32
.docxМинистерство цифрового развития и массовых коммуникаций Российской Федерации ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ)
Кафедра теории электрических цепей
Лабораторная работа №32
«Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте»
По Дисциплине
«Электротехника»
Выполнил: студент группы
Москва 2023г
Оглавление
1 Цель работы 3
2 Ход работы 3
3 Основные формулы 4
4 Выполнение работы 5
5 Ответы на контрольные вопросы Error: Reference source not found
Заключение Error: Reference source not found
Цель работы
С помощью программы Micro-Cap исследовать электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.
Ход работы
–Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление конденсатора ZC,определить его полное сопротивление |ZC| (модуль) и аргумент arg|ZС| (фазу) на пяти частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, если С=38,7 нФ.
–Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRC RC-цепи для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=3 кОм, С=38,7 нФ.
–Рассчитать напряжения на конденсаторе U2=U2e j , если U1=0,707e j0 на частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу
– Рассчитать в экспоненциальной форме комплексное сопротивление катушки индуктивности ZL для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить её полное сопротивление и аргумент, если L=31 мГн.
–Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRL RL-цепи для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=3 кОм, L=31 мГн.
–Рассчитать напряжения на катушке индуктивности U2=U2e j , если U1=0,707e j0 для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу.
Основные формулы
Выполнение работы
Рисунок 1. Схема C-цепи.
Рисунок 2. График зависимости модуля комплексного сопротивления конденсатора от частоты.
Рисунок 3. График зависимости фазы сопротивления С-цепи от частоты.
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||
f,кГЦ |
С, нФ |
ZC, Ом |
|ZC|, Ом |
arg(ZC),град. |
ZC, Ом |
arg(ZC),град. |
|
1 |
38,7 |
4113 |
4113 |
-90 |
4112,53 |
-90 |
|
2 |
38,7 |
2056 |
2056 |
-90 |
2056,26 |
-90 |
|
3 |
38,7 |
1371 |
1371 |
-90 |
1370,84 |
-90 |
|
4 |
38,7 |
1028 |
1028 |
-90 |
1028,13 |
-90 |
|
5 |
38,7 |
822,5 |
822,5 |
-90 |
822,50 |
-90 |
Рисунок 4. Схема RS-цепи.
Рисунок 5. Графики зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RС-цепи от частоты.
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||
кГц |
С, нФ |
R,кОм |
ZRC, Ом |
|ZRC|, Ом |
arg(ZRC),град. |
ZRC, Ом |
arg(ZRC),град. |
1 |
38,7 |
3,024 |
5105 |
5105 |
-53,6 |
5104.65 |
-53.67 |
2 |
38,7 |
3,024 |
3657 |
3657 |
-34,5 |
3656.88 |
-34.21 |
3 |
38,7 |
3,024 |
3320 |
3320 |
-24,4 |
3320.20 |
-24.38 |
4 |
38,7 |
3,024 |
3194 |
3194 |
-18,8 |
3193.99 |
-18.77 |
5 |
38,7 |
3,024 |
3134 |
3134 |
-15,2 |
3133.86 |
-15.21 |
Рисунок 6. График зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RС-цепи от частоты.
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
|||||||
f, кГц |
C, нФ |
R, кОм |
U1, В |
U2, В |
φ, град. |
U2, В |
U2, В |
φ, град. |
1 |
38,7 |
3,024 |
0,707 |
0,805 |
-36,3 |
0,805*e-36j |
0,805 |
-36,32 |
2 |
38,7 |
3,024 |
0,707 |
0,562 |
-55,7 |
0,562*e-56 j |
0,562 |
-55,78 |
3 |
38,7 |
3,024 |
0,707 |
0,412 |
-65,6 |
0,412*e-66 j |
0,412 |
-65,61 |
4 |
38,7 |
3,024 |
0,707 |
0,321 |
-71,2 |
0,321*e-71j |
0,321 |
-71,22 |
5 |
38,7 |
3,024 |
0,707 |
0,221 |
-74,4 |
0,221*e-74 j |
0,262 |
-74,78 |
Рисунок 7. Схема L-цепи.
Рисунок 8. График зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления катушки L-цепи от частоты.
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||
f, кГц |
L, мГн |
ZL, Ом |
|ZL|, Ом |
arg(ZL), град. |
ZL, Ом |
arg(ZL), град. |
|
1 |
31 |
194,8 |
194,8 |
90 |
194,77 |
90 |
|
2 |
31 |
389,6 |
389,6 |
90 |
389,55 |
90 |
|
3 |
31 |
584,3 |
584,3 |
90 |
584,33 |
90 |
|
4 |
31 |
779,1 |
779,1 |
90 |
779,11 |
90 |
|
5 |
31 |
973,9 |
973,9 |
90 |
973,89 |
90 |
Рисунок 9. Схема RL-цепи.
Рисунок 10. График зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи от частоты.
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||
f, кГц |
L, мГн |
R, кОм |
ZRL, Ом |
|ZRL|, Ом |
arg(ZRL), град. |
|ZRL|, Ом |
arg(ZRL), град. |
1 |
31 |
3,024 |
3030 |
3030 |
3,69 |
3030,26 |
3,68 |
2 |
31 |
3,024 |
3049 |
3049 |
7,34 |
3048,98 |
7,34 |
3 |
31 |
3,024 |
3080 |
3080 |
10,9 |
3079,93 |
10,93 |
4 |
31 |
3,024 |
3123 |
3123 |
14,48 |
3122,75 |
14,44 |
5 |
31 |
3,024 |
3177 |
3177 |
17,86 |
3176,95 |
17,85 |
Рисунок 11. График зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи от частоты.
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
|||||||
f, кГц |
L, мГн |
R, кОм |
U1, В |
U2, В |
φ, град. |
U2, В |
U2, В |
φ, град. |
1 |
31 |
3,024 |
0,707 |
0,064 |
86,3 |
0,640*e86 j |
0,064 |
86,3 |
2 |
31 |
3,024 |
0,707 |
0,127 |
82,6 |
0,127*e83 j |
0,127 |
82,6 |
3 |
31 |
3,024 |
0,707 |
0,189 |
79 |
0,189*e79 j |
0,189 |
79 |
4 |
31 |
3,024 |
0,707 |
0,249 |
75,6 |
0,249*e76 j |
0,249 |
75,5 |
5 |
31 |
3,024 |
0,707 |
0,306 |
72,1 |
0,306*e72 j |
0,306 |
72,1 |
Рисунок 12. Расчеты для Zc и Zrc, а так же их аргументов.
Рисунок 13. Векторная диаграмма Zrc для RС-цепи.
Рисунок 14. Векторная диаграмма Zc для С-цепи.
Рисунок 15. Графики зависимости модуля RС-цепи от частоты.
Рисунок 16. Графики зависимости модуля С-цепи от частоты.
Рисунок 17. Расчеты для Urc и его аргумента.
Рисунок 18. График зависимости фазы комплексного напряжения на конденсаторе RС-цепи от частоты.
Рисунок 19. График зависимости модуля на конденсаторе RС-цепи от частоты.
Рисунок 20. Расчеты для Zl и Zrl, а так же их аргументов.
Рисунок 21. Векторная диаграмма Zrl для RL-цепи.
Рисунок 22. Векторная диаграмма Zl для L-цепи.
Рисунок 23. Расчет для Url и его аргумента.
Рисунок 24. График зависимости модуля на катушке RL-цепи от частоты.
Рисунок 25. График зависимости фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи от частоты.
Ответы на контрольные вопросы.
1.Какая частота называется граничной для RL-цепи?
Частота, на которой действительная и мнимая часть комплексного входного сопротивления равны, называется граничной.
2. Каково значение модуля входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?
, , , = =
3.Каково значение аргумента входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?
, , ,
arg = = 9°.
4.К чему стремиться модуль тока RL-цепи при увеличении частоты?
Модуль тока стремится к нулю.
5.Чему равен модуль входного сопротивления RL-цепи при частоте равной нулю?
, , , , = 3024 Ом.
Заключение
С помощью программы Micro-Cap мы исследовали электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока. Сравнили полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.