1. Введение

Цель работы – исследование последовательного включения , , элементов в цепи переменного тока при изменении ёмкости .

Задачи:

· изучить условия возникновения и признаки резонанса напряжения;

· научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов, треугольники сопротивлений и мощностей.

2. теория

Если цепь, содержащую последовательно соединённые элементы R, L, C (рис.2.1), подключить к источнику синусоидального напряжения:

то в цепи установится ток

Рис.2.1. Последовательное соединение R, L, C

Закон Ома для цепи рис.2.1:

где – полное сопротивление;

, – соответственно индуктивное и емкостное сопротивления,

Разность называют реактивным сопротивлением.

В цепях переменного тока различают активную, реактивную (индуктивную и ёмкостную) и полную мощность цепи. Активная мощность аналитически определяется:

[Вт].

В опыте активную мощность измеряют ваттметром.

Реактивная мощность:

[вар],

[вар]

Полная мощность:

[ВА]

Если при последовательном соединении , , реактивные сопротивления равны , то в цепи наступит резонанс напряжений. Признаком его является максимальный ток:

Коэффициент мощности в этом случае равен единице, ток и напряжение совпадают по фазе, реактивная мощность равна нулю, полная мощность равна активной.

3. Оборудование

3.1. Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

F10 – выход из программы.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.2. Функции манипулятора

Левая клавиша мыши (1) - при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.

Средняя клавиша (2) - при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем – ставится (прикрепляется).

Правая клавиша (3) - появляется курсор–указатель (при повторном - исчезает).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.2. Оборудование для лабораторной работы

В лаборатории у стены находится для проведения испытания. Стенд состоит вертикальной и горизонтальной панелей.

Рис. 3.3. Стенд лабораторный

Вертикальная панель содержит элементы схемы и разделена на 2 зоны. Линиями красного цвета изображены провода, соединяющие схему.

На схеме присутствуют элементы управления – регулируемые сопротивления на 150 Ом. Изменение сопротивления происходит за один оборот (360⁰) - от 0 до 150 Ом.

Рис. 3.4. Одно из регулируемых сопротивлений

Элемент управления на Панели №2 – набор конденсаторов с кнопками справа. Кнопка за одно нажатие «вжимается» внутрь и находится в таком состоянии до выключения. Общая емкость составляет сумму всех включенных кнопок. Красная кнопка – ключ: замыкает и размыкает схему. Если кнопка вдавлена внутрь - схема замкнута.

Рис. 3.5. Панель №2

На горизонтальной панели находится источник питания (от 0 до 220 В) переменного тока. Регулировка напряжения осуществляется при помощи поворотного регулятора (ЛАТРа) снизу источника. Для включения источника питания в работу необходимо:

1. Включить сеть стенда (кнопка ВКЛ слева – загорится лампочка СЕТЬ, выключение - кнопкой ВЫКЛ).

2. Включить кнопку под лампочкой (два положения: вдавлена внутрь – включено, загорается лампочка; не вдавлена – выключено).

Рис. 3.6. Горизонтальная панель

4. Порядок выполнения работы

1. На стенде собрана цепь по схеме рис.4.1.

Рис. 4.1. Схема проведения опыта

2. Включите стенд в сеть. Включите источник питания.

3. Установите ЛАТРом напряжение В.

4. Изменяя ёмкость батареи конденсаторов нажатием кнопок на панели №2, добейтесь резонанса в цепи.

5. Снимите показания приборов и занесите в таблицу.4.1.

Таблица 4.1

ИЗМЕРЕНО

мкФ

Вт

ВЫЧИСЛЕНО

Ом

Гн

Ом

вар

ВА

6. Отступая от резонансной ёмкости с шагом мкФ в сторону увеличения или уменьшения ёмкости, сделайте 5 измерений. Результаты измерений внесите в таблицу 4.1.

7. Вычислите величины, указанные в таблице 4.1.

8. Сравните параметры (, ), полученные по результатам вычислений, с паспортными данными катушки.

Относительная погрешность измерений:

9. Постройте векторные диаграммы для резонанса (), и для случаев и .

10. Постройте треугольники сопротивлений и мощностей для этих же случаев.

11. Постройте в одной системе координат и проанализируйте графики зависимостей U_L(C), U_C(C), I(C), cosφ(C).

4.1. Формулы для вычислений

5. ОТЧЕТ

Отчет должен содержать:

1. ФИО исполнителя, группа.

2. Оборудование, схема.

3. Ход действий.

4. Выполненные задания из раздела IV.

5. Выводы.

6. Контрольные вопросы

1. Начертить векторную диаграмму для произвольной цепи, содержащей последовательное соединение элементов , , .

2. Что изменится в векторной диаграмме, если исключить из схемы какой–либо элемент?

3. Как зависят индуктивное, емкостное и активное сопротивление от частоты тока?

4. Как определяется активная, реактивная и полная мощности цепи и катушки?

5. Назвать условия возникновения и признаки резонанса напряжения.

6. Каким способом можно добиться резонанса в цепи?

7. Объясните ход кривых, полученных в лабораторной работе.

7. Литература

1. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника / Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. – М.:Высшая школа, 1985.

2. Лабораторные работы по общей электротехнике / под ред. В.Г. Герасимова. – М.:Высшая школа, 1977.

3. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / под ред. В.Г. Герасимова. – М.:Высшая школа, 1987.

4. Электротехника / под ред. В.Г. Герасимова. – М.:Высшая школа, 1985.

8. Авторы

Лабораторная работа «Последовательное соединение , , элементов. Резонанс напряжений» по дисциплине «Электротехника» для студентов неэлектротехнических специальностей

Методическое обеспечение: Ревякин С.В.

Редактор: Яковлев О.В.

3D-графика: Елесин А.С.

Script-программирование: Каздыкпаева А.Ж.