Лабораторная работа 7 — Параллельное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе токов № 200369-7

Дисциплина: «Электротехника»
Лабораторная работа 7 — Параллельное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе токов № 200369-7
Цена 250 р.

Цель работы: исследовать режимы работы электрической цепи синусоидального тока при параллельном соединении конденсатора и катушки индуктивности, определить параметры цепи, установить условия резонанса токов.

14.1.Основные теоретические сведения.

Когда к цепи (рис. 14.1) с параллельным соединением конденсатора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение U, одно и то же напряжение приложено к обоим элементам цепи.

Рис. 14.1
Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе IC (емкостная составляющая общего тока) и ток в катушке IL (индуктивная составляющая общего тока), причем ток IL отстает от напряжения U на 900, а IC опережает на 900.
Токи IC и IL имеют противоположные фазы (1800) и в зависимости от их величин уравновешивают друг друга полностью или частично. Они могут быть представлены с помощью векторных диаграмм токов (рис. 6.6.2 — 4).
Когда IC = IL и общий ток цепи равен нулю, имеет место резонанс токов (векторная диаграмма рис. 14.2)

Рис. 14.2 Рис. 14.3 Рис. 14.4

Когда IC  IL, т.е. преобладает ток конденсатора, общий ток цепи I является по характеру емкостным и опережает напряжение U на 900 (рис. 14.3).
Когда IC IL, т.е. преобладает ток катушки, общий ток цепи I является индуктивным и отстает от напряжения U на 900 (рис. 14.4).
Эти рассуждения проведены в пренебрежении потерями активной мощности в конденсаторе и катушке.
При резонансе токов реактивная проводимость цепи B = BL – BC равна нулю. Резонансная частота определяется из уравнения
,
откуда, так же, как и при резонансе напряжений,

Полная проводимость при резонансе токов оказывается близкой к нулю. Остается нескомпенсированной лишь небольшая активная проводимость, обусловленная активным сопротивлением катушки и несовершенной изоляцией конденсатора. Поэтому ток в неразветвленной части цепи имеет минимальное значение, тогда как токи IL и IC могут превышать его в десятки раз.

14.2. Задание к лабораторной работе.
14.2.1.Задание.

Для цепи с параллельным соединением конденсатора и катушки индуктивности измерьте действующие значения напряжения U и токов I, IC и IL при  = 0, <0 и >0. Постройте векторные диаграммы.

14.2.2.Порядок выполнения работы

Соберите цепь согласно схеме (рис. 14.5), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 7 В, f = 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. 14.5

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. 14.6 Собранная цепь в САПР Electronics Workbench

Изменяя частоту приложенного напряжения, добейтесь резонанса по минимальному току I. Для точной настройки поддерживайте неизменным напряжение на входе цепи. При измерениях виртуальными приборами резонанс настраивается по переходу через ноль угла сдвига фаз между входным током и напряжением. Тогда необязательно поддерживать неизменным напряжение на входе цепи.
Произведите измерения и запишите результаты измерений в табл. 14.1 при f = f0, f10,75f0 и f2 1,25f0.

f1  0,75f0=375 Гц f2 1,25f0=625 Гц

Таблица 14.1
f, Гц U, B I, мА IL, мА IC, мА
• Постройте в одинаковом масштабе векторные диаграммы на рис. 14.6 для каждого из рассмотренных случаев.

Рис. 14.7
Рис. 14.8
Рис. 14.9

14.4. Указания по выполнению лабораторной работы №7.

1.Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной работы №7, 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 14.5. В качестве измерительных приборов используйте мультиметры или виртуальные приборы с коннектором.

3.После проверки схемы преподавателем установить параметры для данной цепи U=7В,f =500Гц., согласно рис 14.5.

4.Изменить частоту приложенного напряжения, добиться резонанса по минимальному току I.

5. Измерить действующие значения напряжения U и токов I, IC и IL при  = 0, <0 и >0. Произвести измерения при f = f0, f10,75f0 и f2 1,25f0 и записать результаты измерений в табл. 14.1

6. Выбрать масштаб и построить векторную диаграмму тока и напряжения (рис. 14.6) 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.