Лабораторная работа: «Последовательное соединение R, L, C элементов. Резонанс напряжений.» Исполнитель: Глаговский А.Н. Группа: АТПД(ДОТ)-22-01 1. На стенде собрана цепь по схеме: Рис. Схема проведения опыта 2. Включил стенд в сеть 3. Установил ЛАТРом напряжение в U=25 В 4. Изменением электрической ёмкости С конденсатора, добился резонанса, при котором ток I имеет максимальное значение 5. Занес показания приборов в таблицу, отступая от резонансной емкости С рез с шагом в 20 мкф в сторону уменьшения и увеличения емкости произвел 5 измерений, также занес их в таблицу и произвел вычисления: ИЗМЕРЕНО C, U, мкФ B I, UR , UC , UK , 0,235 0,24 0,235 0,225 0,212 0,15 B 23,5 24 24 20 17,5 12,5 B 6,5 8 8,5 11,5 15 17 B 8 8 8 7,5 7 4,5 A 120 25 100 25 80 25 60 25 40 25 20 25 ВЫЧИСЛЕНО ZK RK XL , , Ом , Ом Ом 34 33,3 34 33,3 33 30 10,5 4,16 2,9 20 28,6 27,7 32,3 33 33,8 26,6 16,46 11,52 L, Гн 0,103 0,105 0,107 0,084 0,052 0,037 Uak , UL B , B 2,47 0,998 0,682 4,5 6 4,155 7,59 7,92 7,94 5,99 3,48 1,73 cos cos K 1 1 0,98 0,97 0,94 0,66 0,31 0,125 0,085 0,6 0,87 1,08 P, Вт 6,1 6 5,8 5,5 5 2,5 XC , XL X C Ом , 27,5 33 36,2 51,1 70,7 113,3 Ом 4,8 0 -2,4 -24,5 -54,24 -101,78 вар S, ВА 0,26 0 -0,13 -1,24 -2,44 -2,29 5,88 6 5,88 5,625 5,3 3,75 Q, - желтой заливкой выделены измерения и вычисления при резонансе напряжений. 6. Измерения и вычисления фиксировались в тетради для каждого шага измерения: 7. Сравнение параметров ( R K , L ), полученные по результатам вычислений, с паспортными данными катушки (5 Ом, 0,1 Гн). δR δL R К Р А С Ч R К ПА С П R К ПА С П 100%, L Р А С Ч L ПА С П 100% L ПА С П С мкф R к расч R к пасп Относительная погрешность изм. % 120 10,54 5 110 100 4,16 5 -16,8 80 2,9 5 -42 60 20 5 300 40 28,6 5 472 20 27,7 5 454 С мкф L к расч L к пасп Относительная погрешность изм. % 120 0,1028 0,1 2,8 100 0,105 0,1 5 80 0,107 0,1 7 60 0,084 0,1 -16 40 0,052 0,1 -48 20 0,037 0,1 -63 8. Векторные диаграммы для резонанса ( 0 ), и для случаев 0 и 0 Векторная диаграмма при резонансе напряжений 0 : Векторная диаграмма нагрузка в цепи имеет активно-индуктивный характер 0 : Векторная диаграмма нагрузка имеет активно-емкостный характер 0 : 9. Треугольники сопротивлений: Треугольники мощностей: 10. Графики зависимостей UL(C), UC(C), I(C), cosφ(C) При увеличении емкости С напряжение на конденсаторе падает, соответственно напряжение на катушке возрастает, в точке резонанса Uc=Ul. Т.к. Ul=I*Xl, то график зависимости Ul от С подобен графику зависимости I от С. Сила тока поднимается, в точке резонанса она максимальная. Вывод. Условие возникновения резонанса напряжения является равенство частоты источника питания резонансной частоте. Можно достигнуть следующими способами: изменением индуктивности L катушки; изменением электрической емкости С конденсатора; изменением частоты тока f питающей сети. Признаки резонанса напряжения: Полное сопротивление Z цепи при резонансе равно активному сопротивлению Zрез=R; Результирующий ток в цепи имеет максимальное значение Iрез=max; Напряжение на участке с активным сопротивлением R равно напряжению питания U и совпадает с ним по фазе; Активная мощность при резонансе имеет максимальное значение P=max. Контрольные Вопросы. 1. Начертить векторную диаграмму для произвольной цепи, содержащей последовательное соединение элементов R , l , C . 2. Что изменится в векторной диаграмме, если исключить из схемы какой–либо элемент? Если исключить элемент С, то в RL последовательной цепи U=Ur+Ul, т.к. нет обратного по фазе Uc, то угол отставания тока от напряжения увеличится. Индуктивный характер цепи. Если исключить элемент L, то в RC последовательной цепи характер измениться на емкостной, т.к. фаза Uc обратна Ul. Угол ф<0. 3. Как зависят индуктивное, емкостное и активное сопротивление от частоты тока? Емкостное сопротивление, чем больше частота переменного тока, тем лучше пропускает конденсатор ток (тем меньше сопротивление конденсатора переменному току). Индуктивное сопротивление, зависит от параметров цепи (частоты): чем больше частота переменного тока, тем больше сопротивление, которое ему оказывает катушка. Активное сопротивление физическая величина, характеризующая сопротивление электрической цепи электрическому току, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие формы, преимущественно в тепловую, зависит от частоты переменного тока, возрастая с ее увеличением. 4. Как определяется активная, реактивная и полная мощности цепи и катушки? Активная мощность Р, обусловленная наличием в цепи активного сопротивления R. В активном сопротивлении происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие виды, например, в резисторе происходит преобразование электрической энергии в тепловую энергию. Реактивная мощность Q, обусловленная наличием реактивных элементов (катушек и конденсаторов). Полная мощность. 5. Назвать условия возникновения и признаки резонанса напряжения. Условие возникновения резонанса напряжения является равенство частоты источника питания резонансной частоте. Признаки резонанса напряжения: Полное сопротивление Z цепи при резонансе равно активному сопротивлению Zрез=R; Результирующий ток в цепи имеет максимальное значение Iрез=max; Напряжение на участке с активным сопротивлением R равно напряжению питания U и совпадает с ним по фазе; Активная мощность при резонансе имеет максимальное значение P=max. 6. Каким способом можно добиться резонанса в цепи? Можно достигнуть следующими способами: изменением индуктивности L катушки; изменением электрической емкости С конденсатора; изменением частоты тока f питающей сети. 7. Объясните ход кривых, полученных в лабораторной работе. Кривая Ul. При увеличении емкости С, напряжение увеличивается вплоть до возникновения резонанса, при дальнейшем увеличении емкости конденсатора напряжение катушки падает. Кривая cила тока I. При увеличении емкости С, сила тока возрастает, пока не приобретает максимальные значения (признак резонанса цепи), с дальнейшим увеличением емкости конденсаторов начинает снижаться. Кривая cosф. Коэффициент мощности увеличивается при увеличении емкости С в R L C последовательной цепи, достигая 1 при резонансе. Кривая Uc. При увеличении емкости конденсатора, напряжение на конденсаторе падает, пересекаясь с кривой напряжения катушки в точке резонанса Uc=Ul.
