Порядок выполнения работы. Предварительный расчет

Предварительный расчет

Для предварительного расчета электрической схемы рис. 1 используйте следующие элементы стенда С3-ЭМ1:

−В качестве конденсатора С выберите один из следующих: С1(0,022 мкФ), С2(0,033 мкФ) или С3(0,047 мкФ);

−В качестве индуктивности L_К выберите L (L_K = 10 мГн R_K = 12 Ом);

−В качестве сопротивления контура R выберите один из следующих: R1(68 Ом) или R2(150 Ом).

Для полученной схемы проведите предварительный расчет комплексов амплитудных значений тока Im, напряжений U_Rm, U_Lm и U_Cm, комплекс входного сопротивления Z _BX, комплексную передаточную функцию - K _C (j ω) = U_Cm (j ω) / U _{1 m} , значение ЛАЧХ - 20lgK_C (ω) и ФЧХ - φ_КС(ω), результаты которых занесите в таблицы 1 и 2. Для всех расчетов принять:

U _{1 m} =2 B и f = 1000 Гц, и f₀ = 15000 Гц. Для рассчитанных режимов построить векторные диаграммы токов и напряжений.

Для измерения комплекса амплитудного значения тока Im и комплексного входного сопротивления -

необходимо воспользоваться комбинированным прибором измерителя мощности и фазы (ИМФ1). Он позволяет проводить измерения амплитудных значений синусоидального тока и падения напряжения на участке исследуемой цепи, а также разности фаз между током и напряжением. Измерительная схема представлена на рис. 6.

Рис. 6

Для определения комплекса амплитудного значения напряжения на элементе Z2 (U _Rm, U _Lm и U_Cm), комплексной передаточной функции по напряжению необходимо воспользоваться комбинированным прибором измерителя мощности и фазы (ИМФ1). Он позволяет проводить измерения амплитудных значений падений напряжения на участках исследуемой цепи, а также разности фаз между ними. Измерительная схема представлена на рис. 7

Рис. 7

Задание к работе

1. Собрать схему по рис 6. В качестве исследуемой цепи, входным сопротивлением Z соберите схему рис. 1. Для этой схемы номиналы элементов R, L и C должны соответствовать значениям, выбранных при расчетах. Установить амплитуду напряжения генератора U₁ = 2B.

Определить резонансную частоту f₀. Для этого плавно изменяя частоту генератора f от 1000 до 15000 Гц необходимо получить разность фаз входного напряжения и тока – φ (показание ИМФ1 в режиме измерения фазы между напряжением и током), равную нулю. При этом ток в цепи достигает максимальной величины (показание ИМФ1 в режиме измерения тока). Задавая частоту генератора f = 1000, f₀ =15000 Гц, измерить с помощью ИМФ1 измерения комплекса амплитудного значения тока Im и комплексного входного сопротивления Z. Результаты измерений занести в табл. 1 и 2.

2. В схеме рис. 7 последовательно включая в качестве элемента Z 2 резистор R_M и индуктивность L и задавая частоту генератора f = 1000, f₀, 15000Гц, измерить с помощью прибора ИМФ1 комплексы действующих значений напряжения на резисторе U_Rm = U_U2e^jφи катушке индуктивности U_Lm = U_U2e^jφ. Результаты измерений занести в табл. 1.

3. В схеме рис. 3.7 поменять местами катушку L и конденсатор C. Задавая частоту генератора f = 1000, f0, 15000 Гц, измерить с помощью прибора ИМФ1 комплексы действующих значений напряжения на конденсаторе U_Cm = U_U2e^jφ. Результаты измерений занести в табл. 1. Плавно изменяя частоту входного сигнала, определить нижнюю - f_Г1 и верхнюю - f_Г2 граничные частоты полосы пропускания. Частоты определяются по уровню напряжения на конденсаторе U_Cm(f_Г1) = U_Cm(f_Г2) = U_Cm(f₀)/ . Результаты измерений занести в табл. 2.

4. По данным эксперимента (табл. 1) для схемы рис 1 рассчитать и построить графики

входных частотных характеристик модуля и угла входного сопротивления Z_BX(ω) и ψ_BX(ω), АЧХ - K_C(ω) и ЛАЧХ - 20lgK_C(ω) и ФЧХ - φ_K(ω) в тех же осях, что и теоретические расчеты подготовки к работе. По экспериментальным данным определить добротность контура - Q, характеристическое сопротивление - r и граничные частоты полосы пропускания контура - f _Г1 и f_Г2. Отметить на графиках граничные частоты и полосу пропускания. Результаты расчетов занести в табл. 1 и 2.

5. По данным эксперимента, снятым для частот f = 1000, f₀ и 15000 Гц (табл. 1, схема рис 1), построить векторные диаграммы токов и напряжений.

6. Сравните полученные результаты с теоретическими.

Вопросы для самоконтроля

1. От каких величин зависит значение угла сдвига фаз между напряжением и током?

2. Что называется индуктивным и емкостным сопротивлениями, от чего они зависят?

3. Каким способом можно измерить величины индуктивности и емкости реактивных приемников?

4. От каких величин зависит полное сопротивление электрической цепи?

5. Как рассчитать действующее значение тока в неразветвленной части цепи с приемниками, характеризуемыми сосредоточенными параметрами R, L и С?

6. Каково условие резонанса напряжений?

7. Как определяется резонансная частота, резонансная емкость?

8. Дать понятие добротности контура.

9. Как рассчитывают активную, реактивную и полную мощность в линейной электрической цепи синусоидального тока?

10. Для последовательной цепи, состоящей из R, L и С при постоянном значении действующего напряжения на зажимах цепи вывести и проанализировать зависимости I, U_к, U_с , S от емкости С и частоты генератора f.

11. Как по известным параметрам R, L, C определить напряжения на отдельных элементах и участках цепи и построить векторные диаграммы напряжений?

Список литературы

1. Электротехника и электроника: учебное пособие для вузов/ В.В. Кононенко и др.Ростов н/Д: Феникс, 2008.

2. Жаворонков М.А. Электротехника и электроника: учеб. Пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений/ М.А. Жаворонков, А.В. Кузин.-М.: Издательский центр «Академия», 2010.

3. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. Пособие.- М.: Высшая школа, 2000.

Лабораторная работа №4

РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПАРАЛЛЕЛЬНОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ

Требуемое оборудование: Модульный учебный комплекс МУК-ЭТ1.

Приборы:

1. Генератор звуковых частот ЗГ1 -1 шт.

2. Комбинированный измерителя мощности и фазы ИМФ1 -1 шт.

3. Стенд с объектами исследования С3-ЭМ01 -1 шт.

Цель работы

Экспериментально и теоретически исследовать резонансные явления в параллельном колебательном контуре:

1. Исследовать электрическое состояние линейной разветвленной цепи синусоидального тока при различных параметрах цепи.

2. Экспериментально проверить условие, при котором наблюдается резонанс токов. Определить добротность цепи.

3. Вычислить коэффициент мощности. При различных параметрах цепи определить активную, полную и реактивную мощности.

4. Построить по опытным данным векторные диаграммы напряжения и токов при различных режимах цепи: до резонанса, при резонансе и после резонанса.

Дата добавления: 2015-05-06