Учебное пособие: Теоретичні основи електротехніки

Напруги на реактивних елементах при резонанасі можуть значно перевищувати вхідну напругу. Тому резонанас в нерозгалуженому колі називають резонанасом напруги.

При резонансі відношення напруги на індуктивності чи ємності до вхідної напруги є добротністю контура:

.

Характеристичні опори контурів можуть мати значення від кількох десятків до сотен Ом, а опір втрат r – кілька Ом, тому добротність коливальних контурів, які застоствують в радіотехніці, може досягати кількох сотен одиниць. У стільки ж разів напруги на реактивних елементах будуть перевищувати вхідну напругу.

При зміні частоти вхідної напруги змінюється реактивний опір кола  , тобто, будуть змінюватись струм, напруги на елементах та кут зсуву фаз між струмом та вхідною напругою. Залежності струму, напруги на елементах і кута зсуву від частоти вхідної напруги при незмінній його амплітуді називають частотними характеристиками контура.

Коли резонанс в колі досягається зміною параметрів L або С (при фіксованій частоті джерела напруги), залежності струму в контурі і напруг на індуктивності і ємності від L або С називаються настроєчними кривими (мал.8.3).

Настроєчні криві, як і частотні характеристики будуються при сталій вхідній напрузі.

Якщо резонанас в колі досягається зміною ємності С, при ємностях, менших резонанасної, реактивний опір кола має ємний характер, тобто кут зсуву фаз в колі φ<0 (див.(8.5)).

Зменшуючись по модулю із збільшенням ємності, він стає рівним нулю при резонансі, а потім змінює знак і збільшується з подальшим збільшенням ємності, прагнузі до значення

.

На практиці резонанас напруг використовується головним чином в радіотехніці – для збільшення напруг, а також в електричних фільтрах, коли бажано пропустити струм певної частоти.

Порядок виконяння роботи

1.  Зібрати коло згідно мал.8.4, де V1–вольтметр на 60В; V2, V3–вольтметри на 75-150В; W–ватметр на 1-2 А і 75В; С–змінна ємність (знаходиться на стенді); rL, L–котушка індуктивності (1200 віт).

2. Встановити напругу на вході кола U1=25В. Реостата вивести. Змінюючи ємність, встановити в колі резонанс напруг (по найбільшому показанню амперметра). Результати вимірів звнести до табл.8.1.

3. З’ясувати залежність добротності кола від опору. Для двох значень опору реостата – середньому та повному (при резанансному значенні ємності конденсатора) зняти показання приладів і занести в табл.8.1.

4. Підтримуючи з допомогою ЛАТРа сталу напругу на вході кола U1=25В, вивести реостата r і зняти показання приладів при зміні ємності від нуля до максимального значення (по 5-7 точок до і після резонанасу), змінюючи ємність через 1-2мкФ, а біля резонансу – через 0,25-0,5мкФ.

Результати вимірів занести в табл.8.1.

Обробка результатів досліду

1. За даними вимірів обчислити величини згідно табл.8.1, вважати опір rc=0.

2. За даними вимірів та обчислень побудувати на одному малюнку залежності:

I=f(С), Uкат=f(С), UL=f(С), Uc=f(С), φ=f(С), P=f(С).

3. Побудувати в масштабі три векторні діаграми струму та напруги: до резонансу С<С0, в момент резонансу С=С0 та після резонансу С>С0.

4. Обчислити добротність контуру при резонансі для усіх значень опору реостату.

5. Зробити висновки по роботі.

Контрольні питання

1. Який режим роботи кола називають резонансним?

2. Як дослідним шляхом досягти резонансу в колі С послідовно з’єднаними котушкою індуктивності і конденсатором?

3. Від чого залежить добротність контура, резонанасна частота контура?

4. Як аналітично записати умову резонансу в колі в загальному випадку?

5. Як знайти вираз ω0 для розгалуженого кола?

Література:

[ 1, c.120; 2, c.105; 3, c.116; 4, c.262; 5, c.147 ].

Лабораторна робота №9

РЕЗОНАНС СТРУМІВ

Мета роботи: дослідити електричний резонанс в лінійному колі синусоїдного струму з паралельним з’єднанням котушки індуктивності і конденсатора.

Теоретичні положення

На мал.9.1 зображено коло з паралельним з’єднанням котушки з втратами і конденсатором, яке називають паралельним коливальним контуром.

Повну вхідну провідність кола позначають виразом

,

де g та b — відповідно активна та реактивна провідності кола:

.

За визначенням резонансу умова резонансу запишеться:

. (9.1)

Звідки знаходять резонансну частоту:

,

де —характеристичний опір контура;

—резонансна частота при відсутності втрат в контурі.

При наявності умови резонансу повна вхідна провідність контура y=g і вхідний струм співпадає по фазі з вхідною напругою. Векторна діаграма кола (мал.9.1) при резонансі показана на мал.9.2.

Маючи умову резонансу легко знайти значення струмів у колі (мал.9.1) в стані резонансу:

 (9.2)

З останнього виразу ясно, що при ρ>>r струми в вітках значно перевищують вхідний струм. Тому резонанс в паралельному коливальному контурі називають резонансом струмів. В практиці відношення  може досягти сотен одиниць і в стільки разів вхідний струм буде менший струмів у вітках.

При резонансі реактивні потужності котушкиі конденсатора рівні за значенням і протилежні за знаком :

,

тому реактивна потужність всього кола дорівнює нулю. Потужність, яка втрачається в котушці при резонансі,

.

Величину, яка показує, в скільки разів реактивна потужність котушки або конденсатора при резонансі більша потужності яка втрачається в контурі, називають добротністю контура і позначають літерою Q –

.

Якщо  , то  і струм на вході при резонанасі приблизно в Q раз менше струмів у вітках.

 Стану резонансу в колі, як це очевидно із умови резонансу (9.1), можна досягти зміною частоти ω, або параметрів кола r, L, С. Залежності струмів у колі (мал.9.1) від частоти і параметрів кола визначають виразами:

,

С ,

.

В практиці, як правило, настройку контурів в резонанс здійснюють з допомогою зміни ємності, оскільки ємність можна легко змінювати в широких межах.

З виразу (9.2) витікає, що при настройці контура в резонанс з допомогою зміни ємності вхідний струм в стані резонансу буде мінімальним, також мінімальною буде активна потужність, яку споживає контур.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати коло згідно мал.9.3, використовуючи наступні прилади: вольтметр на 75-150В, фазометр на 5А, 127В, амперметри на 1-2А. Конденсатор змінної ємності знаходиться на стенді. Котушку індуктивності взяти у лаборанта.

2. На вхід кола подати напругу 50В, і змінюючи ємність, досягти в колі резонансу струмів.

Результати вимірювання занести до табл. 9.1.

3. Підтримуючи за допомогою ЛАТРа сталу напругу на вході кола (яка встановлена в п.2), змінювати ємнічть від нуля до максимального значення (по 5-7 точок до і після резонансу ) через 1-2мкФ, а поблизу резонанса через 0,25-0,5 мкФ. Результати вимірювання занести до табл. 9.1.

Обробка результатів досліду

1. За даними вимірів розрахувати величини наведені в табл.9.2, вважаючи, що активний опір конденсатора дірівнює нулю.

2. На підставі даних вимірів і обчислень побудувати на одному малюнку залежності I=f(C), I1=f(C), I2=f(C), P=f(C), φ=f(C), cosφ=f(C).

3. Побудувати в масштабі три векторні діаграми струмів і напруг: до резонансу С<С0, в момент резонансу С=С0 та після резонансу С>С0.

4. Обчислити добротність контуру при резонансі .

5. Зробити висновки по роботі.

Контрольні запитання

1.Чим відрізняється резонанс струмів від резонансу напруг?

2.Як дослідним шляхом встановити в паралельному коливальному контурі резонансний режим?

3.Що таке добротність контура, як її визначити дослідним шляхом?

4.Як аналітично визначити ємність паралельного контура, при якій наступає резонанс?

5.Чому до резонансу φ>0?

Література:

[ 1, c.130; 2, c.110; 3, c.125; 4, c.268; 5, c.149 ].

Лабораторна робота №10

ДВОПОЛЮСНИК І ЙОГО КРУГОВА ДІАГРАМА

Мета роботи: визначити комплексний опір пасивного двополюсника і побудувати кругову діаграму за дослідними даними.

Теоретичні положення

Будь –яке складне коло, що складає пасивний двополюсник, можна завжди з допомогою перетворень привести до одного, в загальному випадку комплексного, опору. На практиці часто (мал.10.1) характер та значення опорів, а токож схема з’єднання елементів кола невідомі. В цих випадках еквівалентний двополюснику опір знаходять дослідним шляхом за методом амперметра-вольтметра-ватметра, як показано на мал.10.2.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7