на засіданні методради ДонДТУ Протокол № 6 від 14.05.2010р 3 страница

Таблиця 5.1 - Комплексні опори ділянок ланцюгу:

Елемент ланцюга	Заміряно	Обчислено
U	I	I1	I2	φ	R	X	Z
В	А	А	А	град.	Ом	Ом	Ом
Котушка
Резистор		-		-	0º
Конденсатор		-	-		-90º

2.1.3 Замінити котушку конденсатором і занести значення U і I₂ у відповідний рядок таблиці. 5.1.

2.2 Дослідження розподілу струмів і напруги в ланцюгах із змішаним з'єднанням ділянок.

2.2.1 Зібрати ланцюг по схемі на рис. 5.4 (ланцюг №1):

Рисунок 5.4 – Ланцюг для дослідження розподілу струмів і напруги в ланцюгах із змішаним з'єднанням ділянок

2.2.2 Амперметр підключати до ШР1, включити блок живлення і відрегулювати напругу, що забезпечує зручні для відліку значення струмів у всіх елементах ланцюга. Зміряти струми і напругу і записати їх в рядок "заміряно" таблиці 5.2 для схеми №1.

2.2.3 У ланцюзі мал. 5.4 поміняти місцями резистор і котушку, тобто зібрати ланцюг №2. Повторити дії, вказані в п.2.2.2 і записати результати у відповідний рядок таблиці. 5.2.

2.2.4 Поміняти місцями конденсатор і котушку (ланцюг №3), виконати дії з п.2.2.2 і записати результати в таблиці. 5.2.

3 Обробка результатів вимірювань:

3.1 За наслідками вимірювань в п.п.2.12 і 2.13 (таблиця. 5.1) обчислити параметри індуктивної котушки, резистора і конденсатора. Методику розрахунку див. п.1.2.2. Результати записати в графи "обчислено" таблицю. 5.1. Z - записати в показовій формі.

3.2 Задатися такими ж напругою U в ланцюзі №1 таблиці 5.2, як і при проведенні досвіду. Комплексні опори ділянок узяти з таблиці. 5.2. Розрахувати напругу і струми у всіх елементах ланцюги №1 символічним методом. Результати занести в рядок "обчислено" таблицю. 5.2. Розрахунок привести в звіті.

Таблиця 5.2 - Розподіл струмів і напруги в ділянках ланцюгів

№ ланцюги і її схеми	U	I	U	I	U	I
B	A	B	A	B	A
Резистор	Котушка	Конденсатор
							змір.
						обчисл.
2							змір.
						обчисл.
							змір.
						обчисл.

3.3 Для ланцюга №2 задатися значенням струму, котушки Iкат рівні зміряному в другому рядку таблиці. 5.2, і розрахувати символічним методом струми і напруга на всіх ділянках ел. цепи, включаючи вхідну напругу U. Розрахунок привести в звіті. Модулі розрахованих величин внести до таблиці. 5.2.

3.4 Для ел. ланцюги №3 задатися значенням струму резистора I_рез, рівним зміряному з третього рядка таблиці. 5.2, і розрахувати символічним методом струми і напруга на всіх ділянках ел. ланцюга, включаючи вхідну напругу U. Розрахунок привести в звіті. Модулі розрахованих величин внести до таблиці. 5.2.

3.5 Обчислити S, P, Q і загальний для всіх варіантів ланцюга. Розрахунок і його результати мають бути в звіті.

3.6 Побудувати в масштабі векторні діаграми напруги і струмів для кожного ланцюга.

4 Контрольні питання і завдання:

4.1 Як проводиться перетворення комплексних чисел з алгебраїчної форми в показову і показовою - в алгебраїчну? Показати на прикладах.

4.2 Закони Ома в символічній формі. Обчислення комплексів Z і Y по комплексах I і U. Показати на прикладах.

4.3 Закони Кирхгофа в символічній формі. Привести приклади.

4.4 Виразити в комплексній формі співвідношення між струмами резистора, котушки і конденсатора в кожній з досліджуваних ел. ланцюгів.

4.5 Виразити в комплексній формі співвідношення між напругами резистора, котушки і конденсатора в кожній з досліджуваних ел. ланцюгів.

4.6 Обчислити символічним методом активну, реактивну і повну потужність резистора, котушки і конденсатора для кожної з досліджуваних ел. ланцюгів.

4.7 Перевірити баланс потужностей для ел. ланцюги № 1, 2, 3.

4.8 У ланцюзі на рис. 5.5 R₁ = R₂ = R₃ = 8 Ом, X_C1 = X_L1 = 12 Ом.

Обчислити комплекси еквівалентного опору і провідності. Записати значення R_е, X_е, g_е, b_е.

Рисунок 5.5 – Схема ланцюга для розрахунків

4.9 У ланцюзі п.4.8 U=100В. Обчислити комплекс I₁, також Р, Q, S.

4.10 У ланцюзі п. 4.8 U₂₃=100 B. Обчислити I₁ і U.

4.11 У ланцюзі п.4.8 U₁=100 B. Обчислити U.

4.12 У ланцюзі п.4.8 I₂=5 А. Вичисліть I₁ і U.

4.13 Для ланцюга на мал. 5.5 побудувати векторну діаграму струмів і напруги, не обчислюючи їх заздалегідь.

4.14 За допомогою векторних діаграм для ланцюгів №1 і №2 проаналізувати, як застосується їх при відключенні конденсатора.

Лабораторна робота 6

РЕЗОНАНС НАПРУГИ

Мета роботи - дослідне вивчення резонансних явищ в ланцюгах змінного струму при послідовному з'єднанні індуктивності і ємкості.

1 Домашня підготовка до роботи:

1.1 Вивчити матеріал по підручнику 1 §§ 5.25, 5.28, 5.29, а також відповідні теми по конспекту лекцій і підготуватися до відповіді на питання 4.1-4.7 розділу "Контрольні питання і завдання".

1.2 Заготовити бланк звіту з схемою і таблицями.

2 Пояснення до роботи:

2.1 На лабораторному стенді є можливість досліджувати резонанс напруги:

а) при регулюванні індуктивності і постійної ємкості;

б) при регулюванні ємкості і постійної індуктивності.

2.2 Для регулювання індуктивності L необхідно міняти положення рухомого сердечника. Із співвідношення

,

де Ψ- потокощеплення;

Ф - магнітний потік;

i – струм;

W - число витків.

Витікає, що при повністю висунутому сердечнику L буде найменшою, а при що повністю засуває – найбільшою. Дійсно, при висунутому сердечнику опір потоку найбільший, а Ф (при даному i) і L будуть найменшими.

2.3 Магазин ємкостей виконаний з набору конденсаторів ємкості, які за допомогою перемикача підключається до вихідних затисків батареї в поєднаннях, що забезпечують ступінчасте ре­гулювання ємкості.

3 Порядок виконання роботи:

3.1 Зібрати ланцюг для визначення параметрів котушки методом амперметра, вольтметра і ватметра, підключивши її до джерела регулюємої напруги (ДРН) 0—250 Ст.

3.2 Зміряти напругу і потужність при максимальному і мінімальному значеннях індуктивності, встановлюючи струм в межах від 0,1 до 0,5 А при U = 150 Ст.

3.3 Обчислити максимальне і мінімальне значення індуктивного опору по формулах:

3.4 Знайти середнє значення індуктивного опору

3.5 Обчислити ємкість, яку потрібно встановити, щоб при знайденому значенні в ланцюзі мав місце резонанс напруг

(мкФ)

3.6 Зібрати ланцюг по схемі на рис. 6.1. Встановити значення, знайдене в п. 3.5.

3.7 Змінюючи індуктивність від найменшого до найбільшого значень і підтримуючи вхідну напругу незмінним U=80 B, змінити струм, потужність і напруга на затисках котушки і конденсаторної батареї. Результати вимірювань занести в таблицю 6.1. При цьому встановити 2-3 значення L до резонансу, резонансне значення (максимум струму) і 2-3 після резонансу.

Рисунок 6.1 – Ланцюг для резонансу напруг

Таблиця 6.1 - Резонанс при регулюванні індуктивності

№ n/n

Зміряно

Обчислено

I

P

Uкот

UC

Zц

Zкот

R

XL

L

XC

C

Ua

Uc

φ

А

Вт

В

В

Ом

Ом

Ом

Ом

Гн

Ом

мкФ

В

В

град

Вхідна напруга U = 80 B

3.8 Включити ємкість 6 мкФ і встановити сердечник котушки в положення, при якому в ланцюзі буде резонанс (максимум струму).

3.9 Не міняючи положення сердечника, встановити по черзі значення ємкості: 2, 4, 5, 6, 8, 12, 16 мкФ. При кожному значенні ємкості зняти свідчення приладів і записати їх в таблицю 6.2.

Таблиця 6.2 - Резонанс при регулюванні ємкості

№ n/n

Зміряно

Обчислено

I

P

Uкот

UC

Zц

R

Zкот

L

XL

XC

C

Ua

UL

φ

А

Вт

В

В

Ом

Ом

Ом

Гн

Ом

Ом

мкФ

В

В

град

Вхідна напруга U = 80 B

4 Обробка результатів вимірювань:

4.1 За даними таблиці. 6.1 обчислити величини, вказані в графах "обчислено" цієї таблиці, користуючись формулами

4.2 Побудувати в одній системі координат графіки залежності струму I і складових напруги U_а, U_L, і U_С, а також кута зрушення фаз між струмом і вхідною напругою від індуктивності L.

4.3 Користуючись тими ж формулами (п.4 I), обчислити величини в графах "обчислено" таблиці 6.2.

4.4 Побудувати в загальній системі координат залежності L, U_L, U_С, від ємкості C.

4.5 За даними таблиць 6.1 і 6.2 побудувати по три векторні діаграми для випадків: X_С >X_L; X_С = X_L; X_С< X_L.

5 Контрольні питання і завдання:

5.1 У яких ланцюгах і за якої умови виникає резонанс напруги?

5.2 У чому полягає явище резонансу напруги?

5.3 По яких ознаках за допомогою електровимірювань приборів можна визначити настання резонансу при регулюванні частоти, індуктивності, ємкості?

5.4 Що таке перенапруження, за якої умови воно спостерігається і як виражається його кількісна характеристика? Використовуйте поняття добротності Q.

5.5 На яких величинах, відбивається збільшення і зменшення активного опору ланцюгу, настроєному в резонанс?

5.6 Чи є ознакою резонансу напруги рівність напруги на затисках котушки і конденсатора?

5.7 Чим відрізняється залежності I(w) ланцюга із заданими значеннями L і C при двох значеннях R?

5.8 Завдання. Конденсатор з ємкісним опором X_С =20 Ом і котушка R=30 Ом, X_L=40 Ом включені послідовно. Яку ємкість необхідно додати в конденсаторну батарею, щоб в ланцюзі наступив резонанс напруги? Як її підключати до наявної - паралельно або послідовно? Частота 50 Гц?

5.9 Завдання. Ланцюг побудований в резонанс на частоту мережі 50 Гц, U=60 B, U_c=80 B, I = 1 A. Визначити параметри котушки R і L, ємність З, напруга на затисках котушки Uкот.

5.10 Завдання. У послідовній r, L, C ланцюга активна потужність Р=400 Вт, r = 100 Ом, φ = 0.

Визначити струм ланцюга і повну потужність.

5.11 У послідовній r, L, C, ланцюги r = 40 Ом, U = 200 В, X_L = 30 Ом. Визначити повний опір ланцюгу, якщо cosφ=1.

5.12 Визначити індуктивність L, при якій в ланцюзі настане резонанс напруги на частоті w = 500с^-1. Обчислити напругу і струм у всіх елементах ланцюга, якщо U=50 B, R₁=20 Ом, R₂=200 Ом, С=10 мкФ.

Лабораторна робота 7

РЕЗОНАНС СТРУМІВ

Мета роботи - дослідне вивчення резонансних явищ в ланцюгах при паралельному з'єднанні індуктивності і ємкості.

1 Домашня підготовка до роботи:

1.1 Вивчити тему "Резонанс струмів" по підручнику 1, пп. 5.25- 5.27, а також по конспекту лекцій і підготуватися до відповіді на питання 4.1-4.10.

1.2 Заготовити бланк звіту з схемою і таблицями.

2 Пояснення до роботи:

2.1 Для дослідження резонансу струмів на лабораторному стенді використовуються ті ж індуктивна котушка і конденсаторна батарея, що в роботі №6.

2.2 Резонансні криві знімаються:

1) при постійній ємкості і регулюванні індуктивності;

2) при постійній індуктивності і регулюванні ємкості.

3 Виконання роботи:

3.1 Зібрати ланцюг для визначення активною, реактивною і повній провідність котушки методом амперметра, вольтметра і ватметра, підключивши до ДРН - джерелу регульованої напруги 0 - 250 В.

3.2 Зміряти потужність при найбільшому і найменшому значеннях індуктивності, встановивши за допомогою регулятора напругу U=150 B.

3.3 Обчислити параметри паралельної схеми заміщення котушки (повну провідність і її складові) по формулах:

Результати обчислень записати в таблиці. 7.1.

3.4. Підрахувати середнє значення індуктивної провідності і, взявши до уваги умову резонансу струмів, обчислити резонансне значення ємності С.

3.5 Зібрати ланцюг по схемі на рис. 7.1, встановивши знайдене в попередньому пункті значення ємкості.

3.6 Міняючи індуктивність і підтримуючи напругу незмінним, зняти і записати в таблиці. 7.2 свідчень ватметра і всіх амперметра. При цьому встановити 2-3 значення L до резонансу, резонансне значення L і 2-3 - після резонансу.

Таблиця 7.1 – Результати обчислень і вимірювань

Положення сердечника	Зміряно	Обчислено
U	I	P	у	g	bL	Cрез
В	А	Вт	См	См	Сим	мкФ
1 Повністю видвинут
2 Повністю задвинут
3 Середнє

3.7 Включити С = 6 мкФ і встановити сердечник котушки в положення, відповідне резонансу (мінімум загального струму).

3.8 Не міняючи положення сердечника, встановити по черзі значення ємкості: 2, 4, 5, 6, 8, 12, 16 мкФ. При кожному значень ємкості зняти свідчення приладів і записати їх в таблицю 7.3

Рисунок 7.1 – Схема ланцюга

Таблиця 7.2 - Резонанс при регулюванні індуктивності

№ n/n	Зміряно	Обчислено
I	I1	I2	P	укот	g	bL	Ia	IL	L
А	А	А	Вт	См	См	См	А	А	Гн
	U = 150 B C =

Таблиця 7.3 - Резонанс при регулюванні ємкості

№ n/n	Зміряно	Обчислено
I	I1	I2	P	уц	gц	bц	C	Ia	IL
А	А	А	Вт	См	См	См	мкФ	А	A
	U = 150 B L =

4 Обробка результатів вимірювань:

4.1 Обчислити величини, вказані в графах "обчислено" таблицю. 7.2, використовуючи формули п. 3.3, де як I має бути I₁, L, I_a, I_L обчислюються по формулах:

4.2 У загальній системі координат побудувати графіки залежності I, I_a, I_L, I_С (I_С = I₂) від індуктивності L.

4.3 За даними таблиці. 7.2 побудувати три векторні діаграми для режимов: b_L > b_С; b_L = b_C; b_L < b_C.

4.4 Обчислити величини, вказані в графах "обчислено" таблицю. 7.3: y_ц, g_ц, b_c - по формулах п.3.3, L₁, I_L і I_a - як в п.4.1. У графу "С" записати значення, знайдені з даних досвіду:

4.5 Побудувати графіки залежності I, I₂, I_L, I_a від ємності С (у загальній системі координат).

4.6 За даними таблиці. 7.3 побудувати три векторні діаграми для режимів, вказаних в п.4.3.