Работа № 6

Работа № 6
РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ
В работе следует ознакомиться с явлением резонанса напряжений,
возникающим в неразветвленной цепи синусоидального тока. Исследование
режима резонанса проводится при постоянной частоте генератора путем
изменения индуктивности или емкости.
Задание
А. Предварительная подготовка
1. В протоколе начертить рабочую схему.
2. Записать условие, при котором в рассматриваемой схеме возникает резонанс
напряжений,
формулы
для
определения
волнового
сопротивления,
коэффициента затухания и добротности контура.
3. Начертить и провести анализ теоретических кривых, ожидаемых при
экспериментах по п. п. 6 и 8 задания. Особое внимание следует обратить на
вопрос определения значений исследуемых величин при стремлении
реактивного сопротивления к нулю и бесконечности. Следует также
выяснить, максимумы каких кривых совпадают в том или другом
эксперименте.
4. Доказать, что коэффициент мощности для данной цепи можно рассчитать по
формуле
cosφ =

 рез
Б. Экспериментальная и расчетная часть
5. Соединить последовательно реостат, катушку индуктивности и батарею
конденсаторов. Предусмотреть в цепи амперметр для измерения общего
тока и вольтметры для измерения общего напряжения, напряжения на
батарее конденсаторов и напряжения на катушке индуктивности. Цепь
подключить к переменному напряжению через автотрансформатор, с
помощью которого входное напряжение установить около 30 В.
6. Наблюдать резонанс напряжений и экспериментально снять кривые
изменения тока и напряжений на батарее конденсаторов и катушке
индуктивности в зависимости от индуктивного сопротивления катушки.
7. Снять кривые тока в зависимости от индуктивного сопротивления, оставляя
неизменными емкость батареи конденсаторов и величину входного
напряжения.
8. Наблюдать резонанс напряжений и экспериментально снять кривые
изменения тока и напряжений на катушке индуктивности и батарее
конденсаторов в зависимости от емкостного сопротивления цепи.
9. В протоколе работы:
a) построить на одном графике экспериментальные кривые тока и напряжения,
полученные по п. п. 6;
b) построить на одном графике экспериментальные кривые тока и напряжения,
полученные по п. 8;
c) используя экспериментальные данные п. 6 или п. 8, построить векторные
диаграммы тока и напряжений для трех режимов: до резонанса, при
резонансе и после резонанса;
d) построить кривые тока в зависимости от индуктивного сопротивления для
трех значений активного сопротивления (п. 6 и п. 7);
e) рассчитать волновое сопротивление цепи, коэффициент затухания и
добротность контура для трех значений активного сопротивленя цепи (п. 6 и
п. 7).
Напряжения на реактивных элементах при резонансе могут значительно
превышать входное напряжение цепи. При выполнении работы необходимо
следить за тем, чтобы напряжение на реактивных сопротивлениях не
превышало 120 - 130 В. В связи с этим, прежде чем приступать к
экспериментальному определению необходимых зависимостей по п. 6, следует
проделать следующее:
A. установить в цепи максимальное значение сопротивления реостата и
произвольно выбранное значение емкости.
B. Изменяя индуктивность катушки, проследить за изменением режима работы
цепи. При этом важно, чтобы количество возможных измерений как до, так
и после резонанса было достаточным для полного опредиления характера
кривых. Если выбранное значение емкости не удовлетворяет этому
требованию, следует установить новое значение емкости и повторить
проверку.
C. При выбранном значении емкости, изменяя индуктивность, установить
максимальный ток (режим резонанса), затем умньшить сопротивление
реостата до такой величины, чтобы напряжение на реактивных элементах
достигло 100 - 110 В.
Аналогично
следует
действовать
при
снятии
экспериментальных
зависимостей по п. 8. Кроме того, выполняя п. 8 эадания, необходимо отмечать,
при каких значениях емкости сделаны измерения.
Для определения индуктивного сопротивления используются значения
напряжения на катушке и протекающего тока.
При выполнении п. 7 величины сопротивления реостата должны быть
больше, чем в п. 6.
При выполнении п. п. 6, 7 и 8 задания должно быть снято достаточное
количество экспериментальных точек как до, так и после резонанса, но
особенно вблизи резонанса. Кривые необходимо строить в относительных
единицах, причем за базовые значения следует брать для тока резонансное
значение, а для напряжения – входное напряжение цепи.
Таблицы результатов и измерений в работе следует объединить. Ниже
показана примерная таблица для измерений по п. 6.
№
n/n
U
дел.
I
V
дел.
UL
A
дел.
UC
V
дел.
XL
Ω
I
I рез
V
С. Контрольные вопросы
1. Нарисовать кривые I , UL , UC , Ur ,  , cos  в зависимости от угловой
чыстоты при последовательном соединении r , L , C .
UL
U
UC
U
2. Нарисовать кривые I , UL , UC , Ur ,  , cos  в зависимости от C,(XC) при
последовательном соединении r , L , C .
3. Нарисовать кривые I , UL , UC , Ur ,  , cos  в зависимости от L, (XL) при
последовательном соединении r , L , C .
4. Контур, образованный последовательно соединенными элементами r , L , C,
настроен в резонанс. Как изменить C, (L) ,чтобы контур находился в
резонансе при вдвое большей, (меньшей) частоте? Как в этом случае
изменится добротность контура?
5. При данных значениях r , L , C резонанс наступает на частоте . Как
изменится резонансная частота, если L,(C) увеличить (уменьшить) в два
раза? Как это повлияет на добротность контура?
6. Используя результаты измерений п. 6 задания, рассчитать I, U L , UC при XL =
0.