Лабраб1-7 / Лабраб №3

Лабораторная работа №3

Определение параметров и исследование режимов работы электрической цепи переменного тока с последовательным соединением катушки индуктивности, резистора и конденсатора

Резонанс в электрических цепях синусоидального тока

Резонанс — явление в электрической цепи (или на ее участке), содержащей индуктивные и емкостные элементы (хотя бы по одному), возникающее в случае, когда реактивное сопротивление или реактивная проводимость этой цепи (или ее участка) равны нулю. При резонансе в цепи (или на ее участке) напряжение и ток совпадают по фазе, а реактивная мощность равна нулю. Представим электрическую цепь в виде пассивного двухполюсника (рис. 3.1). Согласно закону Ома в комплексной форме эквивалентное комплексное сопротивление цепи:

эквивалентная проводимость:

Согласно определению резонанс в цепи возникает при условии» если

при этом Zэ=Rэ и Yэ=Gэ являются чисто активными: а сдвиг фаз:

Основными видами резонанса являются резонанс напряжений при последовательном соединении R, L и С , резонанс токов при параллельном соединения элементов R, L и С.

Цель работы.

• Определение параметров схемы замещения индуктивной катушки с магнитопроводом.

• Изучение основных режимов работы электрической цепи при последовательном соединении R, L, C.

• Изучение методов построения векторных диаграмм напряжений и токов.

Порядок выполнения лабораторной работы.

1. Собрать схему, приведенную на рисунке 4.1.

2. Перед включением стенда убедится, что все переключатели находятся в начальном положении (выключены).

3. Включить стенд автоматическими выключателями QF1, QF2, QF3.

4. При помощи Задатчика выбрать профиль отображения приборов L2.

Рисунок 4.1.

5. Подключить питание ЛАТРа TV2 (тумблер переключения пределов регулирования напряжения ЛАТРа SA70 в блоке 10 в положение «100←0В», тумблер SA3 в блоке 3 устанавливается в верхнее положение – включено).

6. Установить номинальный ток катушки L1 I_Н.=0,8А. Для этого изменяем напряжение на выходе ЛАТРа TV2 переключателями: левый SA71 – с шагом 10В и правый SA72 – с шагом 1÷2В в блоке 10.

7. Cнять показания приборов:

• PA11(I_К.) ‑ ток через катушку;

• PV11(U_К.) ‑ напряжение на катушке;

• PW1(P_К.) ‑ активная мощность, потребляемая катушкой.

8. Выключить SA3 в блоке 3.

9. Выключить стенд тумблерами QF1, QF2, QF3.

10. Вернуть тумблеры SA71 и SA72 в начальные положения «0».

11. Рассчитать индуктивность и активное сопротивление катушки L1 по формулам:

где R17 =17 Ом.

12. Далее определяем величину емкости С11, при которой будет наблюдаться резонанс напряжения.

Расчет конденсатора осуществляется по формулам:

13. Рассчитать напряжение U_МИН., при котором в режиме резонанса напряжений ток в цепи I не превысит 0,8А.

Расчет минимального напряжения осуществляется по формулам:

При резонансе сопротивление чисто активное поэтому ток в цепи

14. Cобирать схему, приведенную на рисунке 4.2.

15. Рассчитанную емкость конденсатора установить путем коммутации тумблеров в магазине емкостей C11 блока 11.

16. Включить стенд тумблерами QF1, QF2, QF3.

17. При помощи Задатчика выбрать профиль отображения приборов L2.

Рисунок 4.2.

18. Подключить питание ЛАТРа TV2 (тумблер переключения пределов регулирования напряжения ЛАТРа TV2 SA70 в блоке 10 в положение «100←0В», тумблер SA3 в блоке 3 устанавливается в верхнее положение – включено).

19. Выставить по прибору PV11 расчетное минимальное напряжение U_МИН., при этом контролируя величину тока в цепи до 0,8А по прибору PA11. Проверить расчетные данные практически.

20. Исследовать режим работы цепи, изменяя величину С11, и построить зависимости I = f(C11) и соs = f(С11).

Таблица 4.1.

U (PV11), B	С11, мкФ	I (PA11), A	P(PW1), Вт	cos

21. выключить стенд в следующем порядке:

• перевести тумблер SA3 в нижнее положение;

• перевести переключатели ЛАТРа TV2 в начальное положение, для этого левый SA71 переключатель с шагом «10В» в крайнее правое положение «0В» правый переключатель SA72 с шагом «1÷2В» в крайнее левое положение «0В», тумблер SA70 в нижнее положение «100←0В»;

• выключить стенд автоматическими выключателями QF1, QF2, QF3 (в нижнее положение);

• тумблеры блока 11 конденсатора С11 вернуть в первоначальное положение (вниз);

• убрать перемычки;

• убедится, что все остальные переключатели в начальном состоянии.

22. Для одного из режимов работы цепи построить векторную диаграмму напряжений и тока. Пример построения векторной диаграммы цепи при активно-индуктивном характере цепи дан на рисунке 4.3.

Вопросы к защите:

1. Как связаны амплитудные и действующие значения токов и напряжений цепи переменного тока ? (пояснить формулами и соотношениями)

2. Напишите закон Ома в комплексной форме для емкостного элемента в цепи переменного тока(пояснить смысл входящих в это выражение величин)

3. Напишите закон Ома в комплексной форме для индуктивного элемента в цепи переменного тока(пояснить смысл входящих в это выражение величин)

4. Напишите выражение для комплексного сопротивления цепи последовательно соединенных резистора и конденсатора(пояснить смысл входящих в это выражение величин)

5. Напишите выражение для комплексного сопротивления цепи последовательно соединенных резистора и индуктивности(пояснить смысл входящих в это выражение величин)

6. Напишите выражение для комплексного сопротивления цепи последовательно соединенных резистора, индуктивности и конденсатора(пояснить смысл входящих в это выражение величин)

7. Нарисуйте векторную диаграмму цепи в режиме резонанса, поясните методику ее построения.