- •Методические указания
- •Лабораторная работа №3
- •Аппаратура и материалы
- •Указания по технике безопасности
- •Методика и порядок выполнения работы
- •1 Исследование токораспределения в цепи с параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора при различных величинах емкости конденсатора
- •2 Исследование частотных характеристик цепи с параллельным соединением r, l и с элементов
- •Содержание отчета и его форма
- •Задание 3
- •Форма отчета
- •Контрольные вопросы и защита лабораторной работы
- •Лабораторная работа №4
- •2 Цепи с трансформаторами
- •Аппаратура и материалы
- •Указания по технике безопасности
- •Методика и порядок выполнения работы
- •1 Экспериментальное определение взаимной индуктивности м и коэффициента связи k между катушками
- •2 Исследование токораспределения в цепи с индуктивно связанными катушками
- •3 Исследование различных режимов работы трансформатора
- •Содержание отчета и его форма
- •Контрольные вопросы и защита лабораторной работы
- •Литература Основная учебная литература
- •Дополнительная литература
- •Методические указания
- •355029, Г. Ставрополь, пр.Кулакова, 2
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
по дисциплине “Теоретические основы электротехники”
для студентов специальностей:
140205 (100200) «Электроэнергетические системы и сети»,
140211 (100400) «Электроснабжение»,
210104 (200100) «Электроника и микроэлектроника»,
210106 (200400) «Промышленная электроника»
Ставрополь 2005
Методические указания к выполнению лабораторных работ составлены в соответствии с требованиями ГОСВПО, рабочих учебных планов специальностей: 140205 (100200) – электроэнергетические системы и сети, 140211 (100400) – электроснабжение, 10104 (200100) – электроника и микроэлектроника, 210104 (200400) – промышленная электроника и программ дисциплины «Теоретические основы электротехники».
Предназначены для студентов всех форм обучения.
Составители: В.М. Кожевников, Ю.А. Ларионов, Т.Ф.Морозова,
И.Ю. Чуенкова
Рецензент: Гринь А.И.
Содержание:
Лабораторная работа №3
Цель и содержание………………………………………………………4
Теоретическое обоснование…………………………………………….4
Аппаратура и материалы………………………………………………..10
Указания по технике безопасности…………………………………….12
Методика и порядок выполнения работы……………………………...13
Содержание отчета и его форма………………………………………...17
Контрольные вопросы и защита работы……………………………….20
Лабораторная работа №4
Цель и содержание………………………………………………………22
Теоретическое обоснование……………………………………………..22
Аппаратура и материалы…………………………………………………29
Указания по технике безопасности……………………………………...30
Методика и порядок выполнения работы……………………………….34
Содержание отчета и его форма …………………………………….......34
Контрольные вопросы и защита работы………………………………...38
Литература…………………………………………………………….…..39
Лабораторная работа №3
«Исследование явления резонанса при параллельном соединении
участков цепи с R, L и С элементами»
Цель и содержание
Цель работы: Экспериментально исследовать режимы работы цепи с параллельным соединением участков цепи, содержащих R, L и С элементы, в том числе режима «резонанса токов».
Для достижения цели необходимо:
1. Исследовать токораспределение в цепи с параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора при различных величинах емкости конденсатора. Определить условие резонанса в параллельной цепи.
2. Исследовать частотные характеристики цепи с параллельным соединением R, L и С элементов.
Теоретическое обоснование
В качестве критерия режима резонанса в электрических цепях, содержащих катушки индуктивности и конденсаторы, принимается совпадение по фазе тока и напряжения на входных зажимах, т.е. фазовый резонанс. Ток совпадает по фазе с напряжением, если входное реактивное сопротивление или входная реактивная проводимость всей цепи оказываются равными нулю. Возможны два основных типа резонанса: при последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора – резонанс напряжений и при их параллельном соединении – резонанс токов.
А. Резонанс напряжений. Резонанс напряжений возможен на неразветвленном участке электрической цепи, который содержит индуктивный L, емкостной С и резистивный R элементы, т.е. в последовательном колебательном контуре (рисунок 1).
Рисунок 1 – Последовательный колебательный контур
По закону Ома комплексная величина тока в контуре определяется
,
где – комплексное входное сопротивление,– его модуль (полное сопротивление), – его аргумент.
Действующее значение тока: .
Режим работы неразветвленного участка цепи, при котором ее ток и напряжение совпадают по фазе ,, называется резонансом напряжений. В режиме резонанса напряжение на емкостном и напряжение на индуктивном элементах равны и находятся в противофазе (рисунок 2).
Рисунок 2 – Векторная диаграмма при резонансе напряжений
Резонансного режима можно достичь, изменяя частоту приложенного к цепи напряжения или параметры цепи: индуктивность катушки и емкость конденсатора. Величины угловой частоты, индуктивностиLo и емкости Co, в резонансном режиме:
Если напряжение U на зажимах цепи и активное сопротивление R цепи не изменяются, то ток при резонансе имеет наибольшее значение, равное и не зависящее от величин реактивных сопротивлений. Напряжения на емкостном и индуктивном элементах могут во много раз превысить напряжение питания, если, где- характеристическое (волновое) сопротивление колебательного контура. Отношениеопределяет кратность превышения напряжения на зажимах индуктивного и емкостного элементов над напряжением питания и называется добротностью контура.
Практическое значение имеют зависимости действующих или амплитудных значений токов и напряжений от частоты для цепей, в которых возможен резонанс. Эти зависимости называются резонансными кривыми (рисунок 3).
Рисунок 3 – Резонансные кривые
Для оценки избирательных свойств электрической цепи введено понятие ширины резонансной кривой или полосы пропускания контура, которую определяют как разность верхней ωВ и нижней ωН частотами, между которыми . Чем выше добротностьQ, тем уже полоса пропускания контура.
Рисунок 4 – Полоса пропускания контура
Б. Резонанс токов. Резонанс токов может возникнуть в параллельном колебательном контуре (рисунок 5). При напряжении питания комплексное значение общего тока будет равно:
Рисунок 5 – Параллельный колебательный контур
,
где – комплексная проводимость цепи;– ее модуль (полная проводимость) и- аргумент. Действующее значение тока.
При угловой частоте индуктивная и емкостнаяпроводимости ветвей одинаковы, угол сдвига фаз тока и напряжения, т.е.. Полбольшее значениеная проводимость активная, и общий ток. Если напряжениеU на зажимах цепи активная проводимость g цепи не изменяются, то общий ток при резонансе имеет наименьшее значение. Токи в индуктивном и емкостном элементах равны по величине и находятся в противофазе. (рисунок 6).
Рисунок 6 Векторная диаграмм при резонансе токов
Если в ветвях с индуктивным и емкостным элементами включены резисторы RL и RC, то условием резонанса токов в цепи будет равенство индуктивной и емкостной проводимостей ветвей (рисунок 7):
, резонансная частота. .
Если RC=0, то резонанс наступает при : (рисунок 8).
Добротность для параллельного контура определяет кратность превышения тока в индуктивном и емкостном элементах над общим током при резонансе, где RЭКВ – эквивалентное сопротивление ;- волновая проводимость.
Резонансные свойства контура характеризуют также величиной, носящей название затухание контура .
Рисунок 7 – Колебательный контур с потерями
Рисунок 8 – Колебательный контур и векторная диаграмма при RC=0