Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Medvedev_9587_TOE_LR_4

.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
10.01.2025
Размер:
4.04 Mб
Скачать

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ТОЭ

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Теоретические основы электротехники»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВИВШЕГОСЯ СИНУСОИДАЛЬНОГО РЕЖИМА В ПРОСТЫХ ЦЕПЯХ

Студент гр. 9587

Медведев Г.Н.

Преподаватель

Яшкардин Р.В.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы: практическое ознакомление с синусоидальными режимами в простых RL-, RC-и RLC-цепях.

Основные теоретические приложения

При анализе электрических цепей в установившемся синусоидальном режиме важно твердо усвоить амплитудные и фазовые соотношения между токами и напряжениями элементов цепи. Необходимо помнить, что ток в R-элементе совпадает по фазе с напряжением, ток в L-элементе отстает, а в C-элементе опережает напряжение на четверть периода (90°).

Следует учитывать, что комплексные сопротивления индуктивности и емкости есть функции частоты:

Функциями частоты являются, следовательно, и комплексные сопротивления RL- (рисунок 1, б), RC- (рисунок 1, а) и RLC-цепей (рисунок 1, в). Так, для RLC-цепи комплексное сопротивление

.

Рисунок 1 – схемы RL-, RC- и RLC-цепей

Реактивная составляющая этого сопротивления равна разности модулей индуктивного и емкостного сопротивлений и поэтому может принимать различные знаки: если она положительна, реакция цепи имеет индуктивный характер, если отрицательна–емкостный, если обращается в нуль (т.е. ), цепь будет находиться в состоянии резонанса.

Как модуль и аргумент комплексного сопротивления

так и определяемые ими по закону Ома действующее значение и начальная фаза тока

существенно зависят от соотношения значений индуктивного и емкостного сопротивлений.

Токи и напряжения цепи в установившемся синусоидальном режиме наглядно представляют с помощью ВД.

Протокол измерений

Таблица 1

Устанавливают

Измеряют

Вычисляют

f, кГц

I, мА

UR, В

UС,

В

UL,

В

φос

R,

Ом

L,

Гн

С,

мкФ

φвд

1-RC

8

4,122

5,91

5,576

-

43,2

1430

-

0,015

43,5

2-RC

16

5,776

5,9

3,9

-

35,3

1020

-

0,015

33,5

3-RL

8

5,188

5,24

-

4,7

41,2

1010

0,020

-

41,5

4-RL

4

5,918

5,98

-

3,7

32

1010

0,024

-

31,8

5-RLC

8,24

6,268

6,66

8,143

8,249

0

1060

0,025

0,015

6-RLC

16,48

3,175

3,21

2,035

8,234

60

1010

0,025

0,015

62,5

7-RLC

4,12

3,2

3,25

8,213

2,099

61,3

1020

0,025

0,015

62

Обработка экспериментальных результатов

  1. Исследование установившегося режима в RC -цепи

Соберем RC – цепь:

Рисунок 2 – схема RC – цепи

При 8 кГц:

Рисунок 3 – схема RC – цепи при 8 кГц

Рисунок 4 – осциллограмма входного напряжения и тока при 8 кГц

Зеленая – кривая напряжения, синяя – кривая тока.

Рисунок 5 – векторная диаграмма тока и напряжений

Вычислим φос8:

Вычислим R, |ZC|, C:

R = UR/I=

|ZC| = UC/I=

С =

Занесем полученные значения в таблицу 1.

При 16 кГц:

Рисунок 6 – схема RC – цепи при 16 кГц

Рисунок 7 – осциллограмма входного напряжения и тока при 16 кГц

Зеленая – кривая напряжения, синяя – кривая тока.

Рисунок 8– векторная диаграмма тока и напряжений

Вычислим φос16:

Вычислим R, |ZC|, C:

R = UR/I=

|ZC| = UC/I=

С =

Занесем полученные значения в таблицу 1.

  1. Исследование установившегося режима в RL –цепи

Рисунок 9 – схема RL – цепи

При 8 кГц:

Рисунок 10 – схема RL – цепи при 8 кГц

Рисунок 11 – осциллограмма входного напряжения и тока при 8 кГц

Зеленая – кривая напряжения, синяя – кривая тока.

Рисунок 12– векторная диаграмма тока и напряжений

Вычислим φос8:

Вычислим R, |ZL|, L:

R = UR/I=

|ZL| = UL/I=

Занесем полученные значения в таблицу 1.

При 4 кГц:

Рисунок 13 – схема RL – цепи при 4 кГц

Рисунок 14 – осциллограмма входного напряжения и тока при 4 кГц

Зеленая – кривая напряжения, синяя – кривая тока.

Рисунок 15– векторная диаграмма тока и напряжений

Вычислим φос4:

Вычислим R, |ZL|, L:

R = UR/I=

|ZL| = UL/I=

Занесем полученные значения в таблицу 1.

  1. Исследование установившегося режима в RLC –цепи

Рисунок 16 – схема RLC – цепи

Найдем резонансную частоту с помощью фигуры Лиссажу:

Рисунок 17 – фигура Лиссажу

Резонансная частота .

При 8,24 кГц:

Рисунок 18 – схема RLC – цепи при 8,24 кГц

Рисунок 19 – осциллограмма входного напряжения и тока при 8,24 кГц

Зеленая – кривая напряжения, синяя – кривая тока.

Рисунок 20 – векторная диаграмма тока и напряжений

Вычислим φос8,24:

Вычислим R, |ZL|, L, |ZC|, C:

R = UR/I=

|ZL| = UL/I=

|ZC| = UC/I=

С =

Занесем полученные значения в таблицу 1.

При 16,48 кГц:

Рисунок 21 – схема RLC – цепи при 16,48 кГц

Рисунок 22 – осциллограмма входного напряжения и тока при 16,48 кГц

Зеленая – кривая напряжения, синяя – кривая тока.

Рисунок 23 – векторная диаграмма тока и напряжений

Вычислим φос16,48:

Вычислим R, |ZL|, L, |ZC|, C:

R = UR/I=

|ZL| = UL/I=

|ZC| = UC/I=

С =

Занесем полученные значения в таблицу 1.

При 4,12 кГц:

Рисунок 24 – схема RLC – цепи при 4,12 кГц

Рисунок 25 – осциллограмма входного напряжения и тока при 4,12 кГц

Зеленая – кривая напряжения, синяя – кривая тока.

Рисунок 26 – векторная диаграмма тока и напряжений

Вычислим φос4,12:

Вычислим R, |ZL|, L, |ZC|, C:

R = UR/I=

|ZL| = UL/I=

|ZC| = UC/I=

С =

Занесем полученные значения в таблицу 1.

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы были изучены синусоидальные режимы в простых RL, RC и RLC цепях; были определены индуктивность, емкость, сопротивление, комплексное сопротивление индуктивности и комплексное сопротивление емкости различных цепей при различных частотах; для каждой цепи были построены осциллограммы входного напряжения и тока, построены векторные диаграммы тока и напряжения.

Ответы на вопросы

  1. Почему ?

Потому что ток в резисторе опережает напряжение на конденсаторе на 90°.

  1. Почему при увеличении частоты величины I и UR увеличились, а UC и уменьшились? Изменились ли R и C?

Потому что обратно пропорционально частоте, поэтому при увелечении частоты уменьшается , что ведёт к уменьшению и увелечению , ток увеличивается и уменьшается угол опережения напряжения. и – константы.

  1. Почему ?

Потому что ток в резисторе отстает от напряжения на катушке на 90°.

  1. Почему ?

Из – за того, что ток в резисторе отстает от напряжения на катушке на 90°, напряжение на конденсаторе отстает от тока в резисторе на 90°.

  1. Как изменятся величины и при увеличении частоты?

При увеличении частоты значения , , уменьшаться, а и увеличатся. Так как прямо пропорционально частоте, при увеличении частоты увеличится , что ведёт к увеличению и уменьшению , ток уменьшится, и увеличится угол отставания от напряжения. Так как обратно пропорционально частоте, при увеличении частоты уменьшится.

Соседние файлы в предмете Теоретические основы электротехники