ЭЛ32

Министерство цифрового развития и массовых коммуникаций Российской Федерации ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ)

Кафедра теории электрических цепей

Лабораторная работа №32

«Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте»

По Дисциплине

«Электротехника»

Выполнил: студент группы

Москва 2023г

Оглавление

1 Цель работы 3

2 Ход работы 3

3 Основные формулы 4

4 Выполнение работы 5

5 Ответы на контрольные вопросы Error: Reference source not found

Заключение Error: Reference source not found

Цель работы

С помощью программы Micro-Cap исследовать электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.

Ход работы

–Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление конденсатора ZC,определить его полное сопротивление |ZC| (модуль) и аргумент arg|ZС| (фазу) на пяти частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, если С=38,7 нФ.

–Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRC RC-цепи для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=3 кОм, С=38,7 нФ.

–Рассчитать напряжения на конденсаторе U2=U2e j , если U1=0,707e j0 на частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу

– Рассчитать в экспоненциальной форме комплексное сопротивление катушки индуктивности ZL для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить её полное сопротивление и аргумент, если L=31 мГн.

–Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRL RL-цепи для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=3 кОм, L=31 мГн.

–Рассчитать напряжения на катушке индуктивности U2=U2e j , если U1=0,707e j0 для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу.

Основные формулы

Выполнение работы

Рисунок 1. Схема C-цепи.

Рисунок 2. График зависимости модуля комплексного сопротивления конденсатора от частоты.

Рисунок 3. График зависимости фазы сопротивления С-цепи от частоты.

По предварительному расчету						Получено экспериментально
f,кГЦ	С, нФ	ZC, Ом	|ZC|, Ом	arg(ZC),град.	ZC, Ом		arg(ZC),град.
1	38,7	4113	4113	-90	4112,53		-90
2	38,7	2056	2056	-90	2056,26		-90
3	38,7	1371	1371	-90	1370,84		-90
4	38,7	1028	1028	-90	1028,13		-90
5	38,7	822,5	822,5	-90	822,50		-90

Рисунок 4. Схема RS-цепи.

Рисунок 5. Графики зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RС-цепи от частоты.

По предварительному расчету						Получено экспериментально
кГц	С, нФ	R,кОм	ZRC, Ом	|ZRC|, Ом	arg(ZRC),град.	ZRC, Ом	arg(ZRC),град.
1	38,7	3,024	5105	5105	-53,6	5104.65	-53.67
2	38,7	3,024	3657	3657	-34,5	3656.88	-34.21
3	38,7	3,024	3320	3320	-24,4	3320.20	-24.38
4	38,7	3,024	3194	3194	-18,8	3193.99	-18.77
5	38,7	3,024	3134	3134	-15,2	3133.86	-15.21

Рисунок 6. График зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RС-цепи от частоты.

По предварительному расчету							Получено экспериментально
f, кГц	C, нФ	R, кОм	U1, В	U2, В	φ, град.	U2, В	U2, В	φ, град.
1	38,7	3,024	0,707	0,805	-36,3	0,805*e-36j	0,805	-36,32
2	38,7	3,024	0,707	0,562	-55,7	0,562*e-56 j	0,562	-55,78
3	38,7	3,024	0,707	0,412	-65,6	0,412*e-66 j	0,412	-65,61
4	38,7	3,024	0,707	0,321	-71,2	0,321*e-71j	0,321	-71,22
5	38,7	3,024	0,707	0,221	-74,4	0,221*e-74 j	0,262	-74,78

Рисунок 7. Схема L-цепи.

Рисунок 8. График зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления катушки L-цепи от частоты.

По предварительному расчету						Получено экспериментально
f, кГц	L, мГн	ZL, Ом	|ZL|, Ом	arg(ZL), град.	ZL, Ом		arg(ZL), град.
1	31	194,8	194,8	90	194,77		90
2	31	389,6	389,6	90	389,55		90
3	31	584,3	584,3	90	584,33		90
4	31	779,1	779,1	90	779,11		90
5	31	973,9	973,9	90	973,89		90

Рисунок 9. Схема RL-цепи.

Рисунок 10. График зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи от частоты.

По предварительному расчету						Получено экспериментально
f, кГц	L, мГн	R, кОм	ZRL, Ом	|ZRL|, Ом	arg(ZRL), град.	|ZRL|, Ом	arg(ZRL), град.
1	31	3,024	3030	3030	3,69	3030,26	3,68
2	31	3,024	3049	3049	7,34	3048,98	7,34
3	31	3,024	3080	3080	10,9	3079,93	10,93
4	31	3,024	3123	3123	14,48	3122,75	14,44
5	31	3,024	3177	3177	17,86	3176,95	17,85

Рисунок 11. График зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи от частоты.

По предварительному расчету							Получено экспериментально
f, кГц	L, мГн	R, кОм	U1, В	U2, В	φ, град.	U2, В	U2, В	φ, град.
1	31	3,024	0,707	0,064	86,3	0,640*e86 j	0,064	86,3
2	31	3,024	0,707	0,127	82,6	0,127*e83 j	0,127	82,6
3	31	3,024	0,707	0,189	79	0,189*e79 j	0,189	79
4	31	3,024	0,707	0,249	75,6	0,249*e76 j	0,249	75,5
5	31	3,024	0,707	0,306	72,1	0,306*e72 j	0,306	72,1

Рисунок 12. Расчеты для Zc и Zrc, а так же их аргументов.

Рисунок 13. Векторная диаграмма Zrc для RС-цепи.

Рисунок 14. Векторная диаграмма Zc для С-цепи.

Рисунок 15. Графики зависимости модуля RС-цепи от частоты.

Рисунок 16. Графики зависимости модуля С-цепи от частоты.

Рисунок 17. Расчеты для Urc и его аргумента.

Рисунок 18. График зависимости фазы комплексного напряжения на конденсаторе RС-цепи от частоты.

Рисунок 19. График зависимости модуля на конденсаторе RС-цепи от частоты.

Рисунок 20. Расчеты для Zl и Zrl, а так же их аргументов.

Рисунок 21. Векторная диаграмма Zrl для RL-цепи.

Рисунок 22. Векторная диаграмма Zl для L-цепи.

Рисунок 23. Расчет для Url и его аргумента.

Рисунок 24. График зависимости модуля на катушке RL-цепи от частоты.

Рисунок 25. График зависимости фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи от частоты.

Ответы на контрольные вопросы.

1.Какая частота называется граничной для RL-цепи?

Частота, на которой действительная и мнимая часть комплексного входного сопротивления равны, называется граничной.

2. Каково значение модуля входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?

1. , , , = =

3.Каково значение аргумента входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?

, , ,

arg = = 9°.

4.К чему стремиться модуль тока RL-цепи при увеличении частоты?

Модуль тока стремится к нулю.

5.Чему равен модуль входного сопротивления RL-цепи при частоте равной нулю?

, , , , = 3024 Ом.

Заключение

С помощью программы Micro-Cap мы исследовали электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока. Сравнили полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.