Методическое указание по выполнению лабораторных работ по электротехнике

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Восточно-Сибирский государственный технологический университет”

(ГОУ ВПО ВСГТУ)

Методическое указание по выполнению лабораторных работ по электротехнике

Составители:

Федоров К.А.,

Былкова Н.В.,

Мангадаев А.М.,

Сультимова В.Д.

Улан-Удэ 2007,

Издательство ВСГТУ

Методические указания по курсу «Общая электротехника» предназначены для студентов 3, 4 курса для неэлектрических специальностей.

Методические указания содержат общие указания, требования техники безопасности и теоретические сведения, задания и порядок выполнения к 11 лабораторным работам по общей электротехнике.

Электрическая цепь, резистор, термистор, синусоидальный ток, емкость, индуктивность, резонанс, трехфазная нагрузка, трансформатор.

Правила внутреннего распорядка в лаборатории электротехники

При работе в лаборатории электротехники во избежание несчастных случаев, а также порчи приборов и электрооборудования студент должен строго выполнять следующие правила внутреннего распорядка и техники безопасности.

1. Приступая к работе в лаборатории, студент должен ознакомиться с правилами внутреннего распорядка и техники безопасности.

 

1. Студенты обязаны не только строго выполнять эти правила, но и требовать неуклонного выполнения их от своих товарищей.

 

1. Категорически запрещается приходить в лабораторию в верхней одежде и приносить с собой вещи и предметы, загромождающие стенды и рабочие столы. На рабочих стендах должны находиться только описания лабораторных

 

1. работ и соединительные провода, а всё остальное на рабочих столах.

 

1. В лаборатории запрещается громко разговаривать, самовольно покидать рабочие места и переходить от одного стенда к другому.

 

1. Лабораторная работа, пропущенная студентом, выполняется по особому расписанию в дни отработок и с разрешения преподавателя, ведущего занятия.

 

1. Приступая к работе в лаборатории, подгруппа делится на бригады, которые затем распределяются по лабораторным стендам.

Требования техники безопасности при выполнении лабораторных работ

Лабораторные работы по исследованию электрических и магнитных цепей следует выполнять с соблюдением требований правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок.

При выполнении лабораторных работ необходимо придерживаться следующих основных положений:

1. Не прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим частям электрических цепей, которые находятся под напряжением.

 

2. Прежде чем приступить к монтажу схемы, убедись, что указатели положения элементов регулирования лабораторных автотрансформаторов расположены на нуле.

 

3. Собирать электрические цепи разрешается только при выключенных пакетных и автоматических выключателях, а также магнитных пускателях.

 

4. Убедитесь в исправности изоляции соединительных проводов. Не пользуйтесь проводами без наконечников.

5. При сборке цепей избегайте пересечения проводов и обеспечьте хороший контакт соединений. Неизолированные провода уберите с монтажных стендов в отведенное для них место.

 

6. При сборке цепей постоянного тока соблюдайте полярность включения приборов в соответствии с полярностью источника тока.

 

 

1. В цепях переменного тока с ваттметром разберитесь сперва с его клеммами и способом его включения в цепь.

2. Помните, что отключенный конденсатор может долго сохранять опасный остаточный заряд и, потому не забывайте его разрядить его до монтажа цепи.

3. Нельзя проверять пальцами наличие напряжения между выводами источников питания или линейных проводов сетей, для этого служит вольтметр.

4. Включать стенды под напряжение разрешается только после проверки сборки электрических цепей преподавателем и только в его присутствии.

5. Прежде чем производить какие-либо присоединения в схеме, нужно отключить ее от источника электрической энергии и после присоединения получить разрешение преподавателя на повторное включение схемы.

6. При работе с цепями переменного тока, содержащими индуктивности и ёмкости, следует помнить, что напряжения на них могут намного превышать напряжение источника питания.

7. Нельзя размыкать электрические цепи с катушками, имеющими большое число витков, так как при этом возникают значительные ЭДС, опасные для человека и для изоляции обмоток.

8. Не держите без надобности в течение долгого времени собранную цепь под напряжением; лабораторный стенд должен работать только во время снятия показания приборов, в остальное время должен быть отключен.

9. Прежде чем разбирать цепи, убедитесь, что источник питания отключен. Соединительные провода не выдёргивайте из-под зажимов, а отверните зажимы и освободите провода.

10. Обнаружив любую неисправность в электротехническом устройстве, находящемся под напряжением, а также при появлении дыма, специфического запаха или искрения, немедленно сообщить руководителю лабораторного занятия.

11. После выполнения лабораторной работы необходимо выключить напряжение питания стенда, разобрать цепь и привести в порядок рабочее место.

12. В случае поражения человека электрическим током необходимо обесточить стенд, выключив напряжение питания.

После ознакомления с правилами внутреннего распорядка и инструктажа по технике безопасности студент должен расписаться в соответствующем журнале.

 

ПОМНИТЕ! Несоблюдение правил техники безопасности может привести к поражению электрическим током или к выходу из строя дорогостоящей измерительной аппаратуры и другого оборудования.

 

Общие указания по выполнению лабораторных работ. Подготовка к лабораторным работам.

 

Для выполнения лабораторных работ студент должен руководствоваться следующими положениями:

1. Предварительно ознакомиться с графиком выполнения лабораторных работ.

 

 

1. Самостоятельно ознакомиться с разделом лабораторной работы, называемым «Краткая теория», и установить, в чем состоит основная цель данной работы.
2. По лекциям и соответствующим литературным источникам изучить теоретическую часть, относящуюся к данной работе.

 

Результаты подготовки по выполнению лабораторной работы должны быть оформлены в виде предварительного отчета.

Отчет должен содержать:

1. Фамилию и инициалы студента, номер группы и дату выполнения.

2. Наименование работы и ее номер, а также цель работы.

3. Перечень аппаратуры, ее технические данные, условные обозначения (заполняются в лаборатории).

4. Краткое описание порядка выполнения работы со схемами соединений, таблицами наблюдений и расчетными формулами.

Перед выполнением лабораторной работы студенты опрашиваются преподавателем по разделу «Подготовка к работе». Студенты, явившиеся на занятие неподготовленными, не допускаются к выполнению лабораторной работы.

 

Электрическая цепь

Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом элементов, по которым может протекать электрический ток.

Для протекания тока необходимы источники электрической энергии - источники напряжения (ЭДС) или тока и приемники электрической энергии.

Электрическая цепь содержит также устройства, в которых энергия электрического тока преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.д.). Эти устройства называются нагрузками.

Для замыкания и размыкания цепей используют выключатели того или иного вида.

Электрический ток есть направленное (упорядоченное) движение носителей зарядов. Для поддержания электрического тока требуется обеспечивать разделение носителей отрицательных и положительных зарядов, что и происходит в источниках. Когда источник подключен к цепи, возникает направленное движение зарядов под

действием сил притяжения разноименных и отталкивания одноименных зарядов, т.е. электрический ток.

Ток, неизменный во времени, называют постоянным. Обозначаемый символом I, он выражается количеством заряда Q, который пересекает сечение

проводника за единицу времени t (1 сек.):

I = Q/t.

Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой соединений (рис. 1).

Вне источника положительные носители заряда движутся от его положительного зажима (полюса) к отрицательному зажиму (полюсу). Направление движения отрицательных зарядов противоположно движению положительных зарядов.

В качестве условного положительного направления тока принимается направление движения положительных зарядов. Это направление показывают на схеме стрелкой.

Закон Ома

Закон Ома выражает математическое соотношение между напряжением U, током I и сопротивлением R на участке цепи с сопротивлением.

I = U/R, U = IR, R = U/I,

где I - ток, А;

U - Напряжение, В;

R - Сопротивление, Ом.

В замкнутой цепи с постоянным сопротивлением ток изменяется пропорционально напряжению.

Если при постоянном напряжении изменяется сопротивление, то ток изменяется обратно пропорционально сопротивлению.

Цепи с резисторами

 

Электрическое сопротивление означает противодействие протеканию тока. Это противодействие может быть вызвано проводниками ограниченного сечения или создается намеренно путем включения в цепь элемента, обладающего сопротивлением (резистивностью) и называемого резистором.

Нижеследующие эксперименты имеют целью исследование резисторов.

Резистор - это наиболее часто применяемый в электрических цепях пассивный элемент.

Из-за их токоограничивающего действия резисторы обычно используются для задания токов и напряжения или для их разделения.

Единица электрического сопротивления - Ом.

Величина сопротивления, согласно закону Ома, определяется по соотношению

 

R = U/I,

где U – напряжение, В;

I – ток, А.

Другими характеристическими показателями резисторов является мощность, температурная и частотная зависимости.

Мощность (потери мощности) резистора, измеряемая, в Вт, может быть рассчитана по следующим формулам:

P = U · I = U²/R = I² · R, Вт.

 

Температурное поведение резистора зависит от материала, из которого он изготовлен. Изменение сопротивления резистора определяется по формуле:

 

ΔR = R · α · Δ ,

где R - величина сопротивления резистора при 20°С,

α - температурный коэффициент материала резистора,

Δ - изменение температуры.

Кроме использованных материалов, резисторы различаются также своей конструкцией. В частности они могут быть постоянными или переменными.

Все перечисленные выше характеристики в особенности резисторов имеют большое значение при их выборе для силовых и слаботочных электронных цепей.

Лабораторная работа 1

Экспериментальная часть

Задание

 

Измерьте токи, напряжения и сопротивления всех участков цепи при смешанном соединении. Проверьте результат вычислениями.

 

Лабораторная работа 2

Экспериментальная часть

Задание

 

Постройте статические характеристики R=f(U) и I=f(U) термистора. Изменение температуры происходит

саморазогревом термистора при увеличении приложенного напряжения.

Замечание: Изменение температуры окружающей среды в данном эксперименте не рассматривается, потому что не всегда в стандартных электротехнических лабораториях имеется необходимое тепловое оборудование.

 

 

Экспериментальная часть

Задание

Постройте статические кривые R= f(U) и I= f(V) варистора.

 

Порядок выполнения эксперимента

 

Рис. 2.3

 

· Соберите электрическую цепь согласно схеме (рис. 3) и измерьте токи в варисторе при напряжениях, указанных в таблице 2. Измерение тока и напряжения проводите мультиметром или виртуальным прибором.

 

Таблица 2.2

 

· Величины сопротивлений, необходимые для построения кривой R=f(U) (можно рассчитать с использованием значений тока и напряжения либо измерить виртуальным прибором. Результаты внесите также в таблицу 2.2

• Постройте графики на рисунке 2.4.

 

 

 

 

Рис. 2.4

 

Контрольные вопросы:

1. Что называется нелинейным элементом?
2. Какие нелинейные элементы вы знаете?
3. Методы расчета нелинейных элементов
4. Если 2 нелинейных элемента соединены последовательно, то, как построить результирующую ВАХ, используя графический метод расчета.
5. Если 2 нелинейных элемента соединены параллельно, то как построить результирующую ВАХ, используя графический метод расчета.

 

Цепи синусоидального тока

С конденсаторами

 

Лабораторная работа 3

 

И конденсатора

 

Когда к цепи (рис. 3.1) с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи.

 

Рис. 3.1

 

Между напряжениями U_R, U_С и U существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением X_С. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы напряжений (рис. 3. 2).

 

Рис. 3.2

 

Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе U_r отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения на конденсаторе Uc равен 90° (т.е. ток опережает напряжение на 90). При этом сдвиг между полным напряжением цепи U и током I определяется соотношением между сопротивлениями Хс и R.

Если каждую сторону треугольника напряжений разделить на ток, то получим треугольник сопротивлений (рис. 3.3). В треугольнике сопротивлений Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи.

 

 

Рис. 3.3

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных значений напряжений на отдельных элементах цепи невозможно. Невозможно и сложение разнородных (активных и реактивных) сопротивлений. Однако в векторной форме

Действующее значение полного напряжения цепи, как следует из векторной диаграммы,

 

Полное сопротивление цепи:

 

Активное сопротивление цепи:

 

Емкостное реактивное сопротивление цепи:

 

Угол сдвига фаз

 

 

 

Экспериментальная часть

 

Задание

 

Для цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора измерьте и вычислите действующие значения падений напряжения на резисторе U_r и конденсаторе U_C, ток I, угол сдвига фаз φ, полное сопротивление цепи Z и емкостное реактивное сопротивление Х_C и активное сопротивление R.

Порядок выполнения работы

 

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 3.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

 

 

Рис. 3.4

 

 

· Выполните мультиметрами измерения действующих значений тока и напряжений, указанных в таблице 1.

 

Таблица 3.1

U, B	UR, B	UC, B	I, мА	φ, град.	R, Ом	ХΔ, Ом	Z, Ом	Примечание

· Вычислите:

Фазовый угол

Полное сопротивление цепи

Активное сопротивление цепи

Емкостное реактивное сопротивление цепи

·Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений (рис. 5) и треугольник сопротивлений (рис. 6).

Рис. 3.5 Рис. 3.6

Контрольные вопросы:

1. Что называется периодом?
2. Что называется частотой?
3. Для переменного напряжения и тока записать выражения мгновенных напряжений и токов, дать определение амплитуды и начальной фазы.
4. Дать определение действующего напряжения (тока), указать его связь с амплитудой напряжения (тока).
5. Дать определения мгновенной и активной мощности.
6. Объяснить назначение приборов в измерительной цепи.
7. Какие элементы обладают активным сопротивлением.
8. Какой вид имеет временная диаграмма напряжений и тока при последовательном соединении R и C-цепей?
9. Изобразите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей для цепи с активно-ёмкостной нагрузкой. Чем они отличаются от треугольников для активно-индуктивной нагрузки?

Лабораторная работа 4

И конденсатора

 

Когда к цепи (рис. 4.1) с параллельным соединением резистора и конденсатора подается переменное синусоидальное напряжение, одно и то же напряжение приложено к обоим компонентам цепи.

Рис. 4.1

Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе I_C (емкостная составляющая общего тока) и ток в резисторе I_C (активная составляющая).

Между токами I, I_C и I_R существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением Хс конденсатора. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы токов (рис. 4.2).

 

Рис. 4.2 Рис. 4.3

 

Фазовый сдвиг между напряжением U цепи и током в резисторе I_R отсутствует, тогда как между этим напряжением и током в конденсаторе I_C равен -90° (т.е. ток опережает напряжение на 90). При этом сдвиг между полным током I и напряжением U цепи определяется соотношением между проводимостями В_C и G. Разделив каждую сторону треугольника токов на напряжение, получим треугольник проводимостей (рис. 4.3).

В треугольнике проводимостей G=l/R, Вс=1/Хс, a Y представляет собой так называемую полную проводимость цепи в См, тогда как G - активная, а В_C -реактивная (емкостная) проводимости.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных токов в параллельных ветвях невозможно. Но в векторной форме: .

Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника проводимости:

Действующее значение полного тока цепи:

 

Полная проводимость цепи:

 

; ,

где Z - полное сопротивление цепи;

 

Угол сдвига фаз:

Активная и реактивная проводимости:

 

 

Экспериментальная часть

Задание

 

Для цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора измерьте действующие значения тока в резисторе I_R и конденсаторе I_C, полный ток I и вычислите угол сдвига фаз, полное сопротивление цепи Z и емкостную реактивную проводимость В_C.

 

Порядок выполнения работы

 

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

Рис. 4.4

· Выполните измерения U, I, I_C, I_R и занесите результаты в таблицу 4.1

Таблица 4.1

U, в	I, мА	I C, мА	IR, мА	φ. град	R, Ом	ХC, Ом	Z, Ом	Примечание
								Расчет

 

· Вычислите и запишите в таблицу:

Фазовый угол

 

Активные проводимость цепи и сопротивление цепи

 

Емкостные реактивные проводимость и сопротивление цепи

 

 

Полные проводимость и сопротивление цепи

 

 

· Сравните результаты вычислений с результатами виртуальных измерений (если они есть).

· Постройте векторную диаграмму токов (рис. 4.5) и треугольник проводимостей (рис.4.6).

 

Рис. 4.5 Рис. 4.6

Контрольные вопросы:

1. Дать определения полной, активной, емкостной проводимостей.
2. Дать физическое толкование угла сдвига фаз между током и напряжением
3. Какой вид имеет временная диаграмма напряжений и тока при параллельном соединении R и C-цепей?
4. Начертите векторные диаграммы для разветвленной цепи с активно-индуктивной нагрузкой.
5. Как рассчитать проводимости для параллельного соединения резистора и идеального конденсатора?
6. Пояснить, что такое R,X,Z,G,B,Y. Какие соотношения связывают их между собой?
7. Как определить ток в неразветвленной части цепи переменного тока, если известны токи в параллельных ветвях?
8. Как изменится активная мощность исследуемой цепи при изменении емкости?

 

Лабораторная работа 5

И катушки индуктивности

Когда к цепи (рис. 5.1) с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи.

Рис. 5.1

 

Между напряжениями U_R, U_L и U существуют фазовые сдвиги, обусловленные индуктивным реактивным сопротивлением X_L катушки. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы напряжений (рис. 5.2).

 

 

Рис. 5.2 Рис. 5.3

Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе U_R отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения U_L на катушке индуктивности равен 90° (ток отстает от напряжения). При этом сдвиг между полным напряжением U цепи и током определяется соотношением между сопротивлениями X_L и R. Разделив все стороны треугольника напряжений на ток, получим треугольник сопротивлений (рис. 5.3), в котором Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение напряжений на отдельных элементах как в последовательной чисто резистивной цепи, невозможно. Только в векторной форме U = U_R +U_L.Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника сопротивлений.

Действующее значение полного напряжения цепи:

 

Полное сопротивление цепи:

Активное сопротивление цепи:

 

Индуктивное реактивное сопротивление цепи:

 

Угол сдвига фаз

Экспериментальная часть

 

Задание

 

Для цепи с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности измерьте действующие значения падений напряжения на резисторе U_R и катушке U_L и ток I. Вычислите фазовый угол φ, полное сопротивление цепи Z, индуктивное реактивное сопротивление X_L и фазовый сдвиг между полным напряжением цепи U и падением напряжения на катушке U_L. Активным сопротивлением катушки ввиду его малой величины можно при этом пренебречь.

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 5.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 200 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

 

 

 

 

· Выполните измерения тока и напряжений, указанных в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1

U R В	UL, В	UC, В	I, мА	φ, град	R, Ом	XL, Ом	Z, Ом	Примечание
								Расчет

 

· Вычислите φ= arctg (U_L / ), Z = U/I, Xl = U_L /I, занесите результаты вычислений в таблицу 1 и сравните с результатами виртуальных измерений, если они есть.

· Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений (рис. 5.5) и треугольник сопротивлений (рис. 5.6).

 

 

Рис. 5.5 Рис. 5.6

Контрольные вопросы:

1. Начертите треугольники токов, проводимостей и мощностей для разветвленной цепи с активно-индуктивной нагрузкой. Чем они отличаются от треугольника для цепи с активно-емкостной нагрузкой?

2. Чему равно полное сопротивление цепи?

3. Как рассчитать силу тока в неразветвленной части цепи, если известны напряжение на ее зажимах и сопротивления ветвей?

4. Начертите векторную диаграмму для цепи с активно-индуктивной нагрузкой.

5. Сформулировать закон Ома для действующих токов и напряжений в последовательной цепи?

6. Как записать комплексное сопротивление последовательной исследуемой цепи?

 

Лабораторная работа 6

Экспериментальная часть

 

Задание

Для цепи с параллельным соединением резистора и катушки индуктивности измерьте действующие значения тока в резисторе I_R и катушке I_L, полный ток I и вычислите угол сдвига фаз φ, полное сопротивление цепи Z и индуктивную реактивную проводимость B_L.

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 6.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 200 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

 

 

Рис. 6.4

 

• Выполните измерения U, I, I_L, I_R и занесите результаты в таблицу 6.1.

Таблица 6.1.

U, в	I, мА	Il, мА	Ir, мА	φ, град	G, 1/Ом	Bl, 1/Ом	Y, 1/Ом	Примечание
								Расчет

 

• Вычислите φ= arctg (I _L /I_R); Y = I /U; G = I_R/U; B_L= I_L/U.

• Выберите масштаб и постройте векторную диаграмму токов (рис. 6.5) и треугольник проводимостей (рис. 6.6).

 

 

Рис. 6.5 Рис. 6.6

Контрольные вопросы:

1. Какие элементы обладают активным сопротивлением?
2. Что называется реактивным сопротивлением?
3. Чему равна полная проводимость цепи?
4. Изобразите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей для цепи с активно-индуктивной нагрузкой.
5. Запишите формулу для расчета активной мощности в цепи с активно-индуктивной нагрузкой.
6. Каковы особенности энергетических процессов в цепи с реальной катушкой?
7. Каковы особенности энергетических процессов в цепи с реальным конденсатором?

 

Лабораторная работа 7

О резонансе напряжений

 

Когда по цепи (рис. 7.1) с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности протекает один и тот же синусоидальный ток I, напряжение на конденсаторе U_C отстает от тока I на 90°, а напряжение на катушке индуктивности U_L опережает ток на 90º. Эти напряжения находятся в противофазе (повернуты относительно друг друга на 180°).

 

Рис. 7.1

Когда одно из напряжений больше другого, цепь оказывается либо преимущественно индуктивной (рис. 7.2), либо преимущественно емкостной (рис. 7.3). Если напряжения U_L и U_C имеют одинаковые значения и компенсируют друг друга, то суммарное напряжение на участке цепи L - С оказывается равным нулю. Остается только небольшая составляющая напряжения на активном сопротивлении катушки и проводов. Такое явление называется резонансом напряжений (рис. 7.4).

 

 

 

Рис. 7.2 Рис. 7.3 Рис. 7.4

 

При резонансе напряжений реактивное сопротивление цепи

оказывается равным нулю. При заданных значениях L и С резонанс может быть получен путем изменения частоты.

Поскольку

то резонансная частота ω₀ может быть определена из уравнения:

 

 

откуда

Полное сопротивление цепи при резонансе оказывается равным небольшому активному сопротивлению катушки, поэтому ток в цепи совпадает по фазе с напряжением и может оказаться довольно большим даже при маленьком приложенном напряжении. При этом напряжения U_L и U_C могут существенно (в десятки раз!) превышать приложенное напряжение.

 

Экспериментальная часть

Задание

 

Для цепи с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности измерьте действующие значения тока I и напряжений U, U_C, U_L при Постройте векторные диаграммы.

 

Порядок выполнения работы

 

• Соберите цепь согласно схеме (рис. 7.5), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите напряжение на его входе 2В и частоту 500 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

 

Рис. 7.5

 

• Изменяя частоту приложенного напряжения, добейтесь резонанса по максимальному току. Для точной настройки по максимуму тока необходимо поддерживать неизменным напряжение на входе цепи. При измерениях виртуальными приборами резонанс настраивается по переходу через ноль угла сдвига фа

 

между входными напряжением и током. Тогда нет необходимости поддерживать входное напряжение неизменным.

• Произведите измерения и запишите в таблицу 7.1 результаты измерений при резонансе f=f₀ при f₁≈0,75f₀ и f₂ ≈l,25f₀.

Таблица 7.1

f,Гц	I, мА	U, в	UL,B	UC,B
fo =

• Постройте в одинаковом масштабе векторные диаграммы на рисунке 7.6 для каждого из рассмотренных случаев.

Рис. 7.6

Контрольные вопросы:

1. Что такое резонанс напряжений?
2. Какими способами можно добиться резонанса?
3. Объяснить характер нагрузки в цепи при резонансе.
4. При каком условии напряжение на ёмкости в данной цепи будет наибольшим?
5. Объяснить точки экстремума резонансных кривых.
6. Сохранится ли резонанс, если в цепь ввести последовательное активное сопротивление?
7. Сохранится ли резонанс, если изменить напряжение на входе цепи?
8. Какие кривые называются резонансными кривыми?
9. Какие зависимости подразумеваются под частотными характеристиками?
10. Каково применение явления резонанса напряжений?
11. Как записать комплексное сопротивление последовательной исследуемой цепи?
12. Как рассчитать активную мощность последовательной цепи?
13. Как построить векторную диаграмму напряжений для последовательной исследуемой цепи?

Лабораторная работа 8

И катушки индуктивности.

Понятие о резонансе токов

 

Когда к цепи (рис. 8.1) с параллельным соединением конденсатора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение U, одно и то же напряжение приложено к обоим элемен