МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ СВЯЗИ И МАССОВЫХ
КОММУНИКАЦИЙ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ»
ФАКУЛЬТЕТ
«РАДИО И ТЕЛЕВИДЕНИЕ»
КАФЕДРА
«РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»
ОТЧЁТ по дисциплине «Теоретические основы электротехники»
на тему: «Выполнение лабораторной работы №3: исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте»
Выполнил |
|
Студент группы БИК 2205 |
_________________ |
Проверил |
|
Кандидат технических наук |
_________________ Мосичёв А.В. |
Москва 2022
18.02.2023 «Отчёт_лабораторная_3.docx»
РЕФЕРАТ
Отчёт 40 страниц; 2 приложения.
MICRO-CAP, ИСТОЧНИК ПЕРМЕННОГО ТОКА, ПАССИВНЫЕ ЦЕПИ, КОМПЛЕКСНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, КОМПЛЕКСНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, ФАЗА, МОДУЛЬ КОМПЛЕКСНОЙ ВЕЛИЧИНЫ,
АРГУМЕНТ КОМПЛЕКСНОЙ ВЕЛИЧИНЫ.
Цель работы – исследовать электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока с помощью программы
Micro-Cap; сравнить полученные с помощью программы Micro-Cap
характеристики с аналогичными характеристиками, полученными расчётными путём.
В процессе работы производилось изучение значений комплексного сопротивления и его фазы в С-,L-,RC-,RL-цепях с гармоническим источником тока, а также изучение значений комплексного напряжения на конденсаторе и его фазы в RC-цепи с гармоническим источником тока, комплексного напряжения на катушке и его фазы в RL-цепи с гармоническим источником тока.
По итогу работы: были получены значения комплексного сопротивления и его фазы в С-,L-,RC-,RL-цепях с гармоническим источником тока, значения комплексного напряжения на конденсаторе и его фазы в RC-цепи с гармоническим источником тока, значения комплексного напряжения на катушке и его фазы в RL-цепи с гармоническим источником тока; построены графики зависимости вышеуказанных значений от частоты гармонического источника тока.
2
18.02.2023 «Отчёт_лабораторная_3.docx» |
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
РЕФЕРАТ.............................................................................................................. |
2 |
СОДЕРЖАНИЕ .................................................................................................... |
3 |
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... |
5 |
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ................................................................................... |
6 |
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА .......................................................................... |
6 |
2 ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ................................................................... |
6 |
2.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ ............................................................ |
6 |
2.1.1 РАСЧЁТ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНОГО |
|
СОПРОТИВЛЕНИЯ КОНДЕНСАТОРА В C-ЦЕПИ................................ |
6 |
2.1.2 РАСЧЁТ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНГО |
|
СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ ДЛЯ RC-ЦЕПИ............................................. |
9 |
2.1.3 РАСЧЁТ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ |
|
НА КОНДЕНСАТОРЕ В RC-ЦЕПИ ........................................................ |
12 |
2.1.4 РАСЧЁТ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНОГО |
|
СОПРОТИВЛЕНИЯ КАТШКИ ИНДУКТИВНОСТИ В L-ЦЕПИ......... |
15 |
2.1.5 РАСЧЁТ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНОГО |
|
СОПРОТИВЛЕНИЯ RL-ЦЕПИ................................................................ |
18 |
2.1.6 РАСЧЁТ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ |
|
НА КАТУШКЕ ИНДУКТИВНОСТИ В RL-ЦЕПИ ................................ |
20 |
2.2 ПОЛУЧЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ С |
|
ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ MICRO-CAP ................................................... |
24 |
2.2.1 ТЕОРИТИЧЕСКАЯ СПРАВКА.......................................................... |
24 |
2.2.2 ПОСТРОЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ЦЕПЕЙ И ПОЛУЧЕНИЕ |
|
НЕОБХОДИМЫХ ДАННЫХ...................................................................... |
26 |
2.2.2.1 ПОЛУЧЕНИЕ ДАННЫХ С-ЦЕПИ .............................................. |
26 |
2.2.2.2 ПОЛУЧЕНИЕ ДАННЫХ RC-ЦЕПИ............................................ |
28 |
2.2.2.3 ПОЛУЧЕНИЕ ДАННЫХ L-ЦЕПИ .............................................. |
30 |
2.2.2.4 ПОЛУЧЕНИЕ ДАННЫХ RL-ЦЕПИ ............................................ |
31 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. |
34 |
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................. |
35 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «А» ....................................................................................... |
35 |
|
3 |
18.02.2023 «Отчёт_лабораторная_3.docx» |
|
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ........................................... |
35 |
Вопрос 1..................................................................................................... |
35 |
Вопрос 2..................................................................................................... |
35 |
Вопрос 3..................................................................................................... |
35 |
Вопрос 4..................................................................................................... |
36 |
Вопрос 5..................................................................................................... |
36 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «Б»........................................................................................ |
38 |
Таблица 1. Результаты подсчёта и измерения модуля и аргумента |
|
(фазы) различных сопротивлений в C- и L-цепи..................................... |
38 |
Таблица 2. Результаты подсчёта и измерения модуля и аргумента |
|
(фазы) сопротивлений RC- и RL-цепи. .................................................... |
39 |
Таблица 3. Результаты подсчёта и измерения модуля и аргумента |
|
(фазы) различных напряжений в RC- и RL-цепи. ................................... |
40 |
4
18.02.2023 «Отчёт_лабораторная_3.docx»
ВВЕДЕНИЕ
Micro-Cap – программа для цифровой эмуляции электрических схем, со встроенным графическим и текстовым редактором.
Цель этой работы – исследовать гармонический источник напряжения;
C-,RC-,L-,RL-цепи с гармоническим источником напряжения; получить значения комплексных характеристик в различных цепях.
Задачи работы заключаются в следующем:
1.Построить C-,RC-,L-,RL-цепи с гармоническим источником напряжения;
2.Произвести предварительный непосредственный расчёт модуля и фазы комплексного сопротивления в C-,RC-,L-,RL-цепях,
комплексного напряжения на конденсаторе в RC-цепи,
комплексного напряжения на катушке в RL-цепи; построить графики зависимости вышеуказанных величин от частоты гармонического источника;
3.Получить значения вышеуказанных величин с помощью программы Micro-Cap;
4.Ответить на вопросы для самопроверки.
5
18.02.2023 «Отчёт_лабораторная_3.docx»
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА
В лабораторной работе №3 необходимо рассчитать и построить зависимости различных величин (модуль и фазу комплексного сопротивления, модуль и фазу комплексного напряжения) в различных пассивных цепях
(C-,L-,RC-,RL-цепях) от частоты гармонического источника. Произвести расчёты сначала любым удобным способом (с помощью программ, математических пакетов, калькулятора), потом с использованием программы симуляции электрических цепей Micro-Cap.
2 ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
2.1ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ
2.1.1РАСЧЁТ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КОНДЕНСАТОРА В C-ЦЕПИ
Необходимо рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление конденсатора ZC, определить его полное сопротивление |ZC| (модуль) и аргумент (фазу) arg|ZC| в C-цепи (рисунок 1) на пяти частотах гармонического источника (1, 2, 3, 4, 5 кГц), если C=38,7 нФ.
6
18.02.2023 «Отчёт_лабораторная_3.docx»
Рисунок 1. Схема исследуемой C-цепи.
Расчёт модуля и фазы комплексного сопротивления конденсатора в
C-цепи производился по следующим формулам:
ZC = |
−j |
= |
|
−j |
, |
|
|
(1) |
|
ω C |
|
|
|||||||
|
|
|
2πfC |
|
|||||
|
|
|
|
||||||
|ZC| = √ |
Re(ZC)2 + Im(ZC)2 |
, |
(2) |
||||||
arg(Z ) = arctg ( |
Im(ZC) |
), |
(3) |
||||||
|
C |
Re(ZC) |
|
|
|
|
|
где, ZC – комплексное сопротивление конденсатора в C-цепи, [ZC] = Ом; |
|||
|
|
|
|
j – мнимая единица, j = √−1; |
|
||
ω – угловая частота, ω = 2πf; |
|
||
С – ёмкость конденсатора, [С] = Ф;
f – частота гармонического источника напряжения, [f] = Гц;
|ZC| – модуль комплексного сопротивления конденсатора в С-цепи,
[|ZC|] = Ом;
Re(ZC) – действительная часть комплексного сопротивления конденсатора в С-цепи, [Re(ZC)] = Ом;
Im(ZC) – мнимая часть комплексного сопротивления конденсатора в С-цепи, [Im(ZC)] = Ом;
7
18.02.2023 «Отчёт_лабораторная_3.docx»
arg(ZC) – аргумент (фаза) комплексного сопротивления конденсатора в С-цепи, [arg(ZC)] = °.
Вычисление значений модуля и фазы комплексного сопротивления конденсатора в С-цепи производилось непосредственно, с помощью инженерного калькулятора. Результаты расчёта представлены в таблице 1 (приложение «Б»); графики зависимости модуля комплексного сопротивления конденсатора в С-цепи и его фазы от частоты гармонического источника представлены ниже (рисунок 2 и рисунок 3).
Модуль комплексного
|
|
4500,000 |
|) |
|
4000,000 |
|
|
|
C |
|
|
|Z( |
|
3500,000 |
|
|
|
, Ом |
3000,000 |
|
2500,000 |
||
сопротивления |
2000,000 |
|
|
|
|
1500,000
1000,000
500,000
0,000
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Частота источника, кГц (f)
Рисунок 2. График зависимости модуля комплексного сопротивления конденсатора в С-цепи от частоты источника.
8
18.02.2023 «Отчёт_лабораторная_3.docx»
комплексного |
(arg|Z° |
|
|
|) |
|
|
C |
|
Аргумент (фаза) сопротивления, |
||
0
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
Частота источника, кГц (f)
Рисунок 3. График зависимости аргумента (фазы) комплексного сопротивления конденсатора в С-цепи от частоты источника.
2.1.2 РАСЧЁТ МОДУЛЯ И ФАЗЫ КОМПЛЕКСНГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ ДЛЯ RC-ЦЕПИ
Необходимо рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление RC-цепи (рисунок 4) ZRC, определить его полное сопротивление |ZRC| (модуль) и аргумент (фазу) arg|ZRC| в RC-цепи на пяти частотах гармонического источника (1, 2, 3, 4, 5 кГц), если R = 3,005 кОм,
C = 38,7 нФ.
9
18.02.2023 «Отчёт_лабораторная_3.docx»
Рисунок 4. Схема исследуемой RC-цепи.
Расчёт модуля и фазы комплексного сопротивления RC-цепи
производился по следующим формулам: |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
ZRC = R + |
−j |
= R + |
−j |
, |
|
(4) |
|||||
|
|
ω C |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2πfC |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|ZRC| = √ |
Re(ZRC)2 + Im(ZRC)2 |
, |
(5) |
||||||||
|
|
arg(ZRC) = arctg ( |
Im(ZRC) |
), |
(6) |
||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Re(ZRC) |
|
|
|
|||
где, ZRC – комплексное сопротивление RC-цепи, [ZRC] = Ом; |
|
||||||||||||
R – сопротивление резистора, [R] = Ом; |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|ZRC| – модуль комплексного сопротивления RC-цепи, [|ZRC|] = Ом; |
|
||||||||||||
Re(ZRC) |
– |
действительная часть комплексного |
|
сопротивления |
RC-цепи, |
||||||||
[Re(ZRC)] = Ом; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Im(ZRC) |
– |
мнимая |
часть |
комплексного |
сопротивления |
RC-цепи, |
|||||||
[Im(ZRC)] = Ом; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
arg(ZRC) |
– |
аргумент |
(фаза) |
комплексного |
сопротивления |
RC-цепи, |
|||||||
[arg(ZRC)] = °. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Вычисление значений модуля и фазы комплексного сопротивления
RC-цепи производилось непосредственно, с помощью инженерного калькулятора. Результаты расчёта представлены в таблице 2
10