Лабораторная работа 6 — Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений № 200369-6

Дисциплина: «Электротехника»
Лабораторная работа 6 — Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений № 200369-6
Цена 250 р.

Цель работы: исследовать неразветвленную электрическую цепь синусоидального тока последовательного соединения конденсатора и катушки индуктивности, определить параметры цепи, установить условия резонанса напряжений.

13.1.Основные теоретические сведения.
Когда по цепи (рис. 13.1) с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности протекает один и тот же синусоидальный ток I, напряжение на конденсаторе UC отстает от тока I на 900, а напряжение на катушке индуктивности UL опережает ток на 900. Эти напряжения находятся в противофазе (повернуты относительно друг друга на 1800).

Рис. 13.1

Когда одно из напряжений больше другого, цепь оказывается либо преимущественно индуктивной (рис. 13.2), либо преимущественно емкостной (рис. 13.3). Если напряжения UL и UС имеют одинаковые значения и компенсируют друг друга, то суммарное напряжение на участке цепи L – C оказывается равным нулю. Остается только небольшая составляющая напряжения на активном сопротивлении катушки и проводов. Такое явление называется резонансом напряжений (рис. 13.4).

Рис. 132 Рис. 13.3 Рис. 13.4
При резонансе напряжений реактивное сопротивление цепи

X = XL – XC
оказывается равным нулю. При заданных значениях L и C резонанс может быть получен путем изменения частоты.
Поскольку XL = L, а XC = 1 / C, то резонансная частота 0 может быть определена из уравнения:
0L – 1 / 0C = 0,
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 UL и UC могут существенно (в десятки раз!) превышать приложенное напряжение.
 
13.2. Задание к лабораторной работе.
13.2.1.Задание .

Для цепи с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности измерьте действующие значения тока I и напряжений U, UC, UL при  = 0, <0 и >0. Постройте векторные диаграммы.

13.2.2.Порядок выполнения работы.
Соберите цепь согласно схеме (рис. 13.5), 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. 13.5

Заменим обмотку трансформатора последовательным включением индуктивности и малого активного сопротивления 3 Ом.

Рассчитаем номинал индуктивности, исходя из того, что f0=500 Гц

L=1/((2πf_0 )^2 C)=0.101 Гн

Рис. 13.6 Собранная цепь в САПР Electronics Workbench

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

Произведите измерения и запишите в табл. 13.1 результаты измерений при резонансе f=f0 при f1  0,75f0 и f2 1,25f0.

f1  0,75f0=375 Гц f2 1,25f0=625 Гц

Таблица 13.1

f, Гц I, мА U, B UL, B UC, B
• Постройте в одинаковом масштабе векторные диаграммы на рис. 13.6 для каждого из рассмотренных случаев.
Рис. 13.7
Рис. 13.8
Рис. 13.9
13.4. Указания по выполнению лабораторной работы №6.
1.Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной работы №6, краткими теоретическими сведениями по данной теме. Подготовить в рабочей тетради «Лабораторно–практические работы по электротехнике» протокол испытаний.

2.Собрать электрическую цепь в соответствии с рис 13.5. В качестве измерительных приборов используйте мультиметры или виртуальные приборы с коннектором.

3.После проверки схемы преподавателем установить параметры для данной цепи U=2В,f =500Гц., согласно рис 13.5.

4.Изменить частоту приложенного напряжения, добиться резонанса по максимальному току.

5. Измерить действующие значения тока I и напряжений U, UC, UL при  = 0, <0 и >. Произвести измерения при f = f0, f10,75f0 и f2 1,25f0 и записать результаты измерений в табл. 13.1

6. Выбрать масштаб и построить векторную диаграмму тока и напряжения (рис. 13.6) на миллиметровочной бумаге формата А 4.

7.Составить полный отчет по работе, сформулировать выводы по работе.

8.Ознакомиться с контрольными вопросами для защиты лабораторной работы.

9. По окончанию работы, выключить ПК, рабочее место привести в порядок и сдать преподавателю, расписаться в журнале контроля ответственному по группе.