Лабораторный практикум «Линейные и нелинейные электрические цепи» на стендах УИЛС–1 (стр. 8 )

Данные занести в табл. 7.3. Установить одноименные зажимы катушек.

Рис. 7.2. Последовательное соединение катушек

Таблица 7.3

Результаты исследования последовательного соединения катушек

Включение катушек	Способ исследования	I, mA	U, V	U1, V	U2, V	φ, …º	Z, Ω	f, kHz
Согласное	Эксперимент
Расчет
Встречное	Эксперимент
Расчет

4. По результатам измерения п. 3 определить полные сопротивления цепи для обоих включений катушек и внести их в табл. 7.3.

5. По найденным значениям параметров катушек (см. табл. 7.2) и измеренным значениям тока и частоты (см. табл. 7.3) построить векторные диаграммы напряжений и тока при согласном и встречном включениях последовательно соединенных катушек. Определить по векторным диаграммам величины U, U1, U2, φ и полное сопротивление цепи Z, занести их в табл. 7.3. Сравнить приведенные в таблице значения величин,

найденные экспериментально и по векторной диаграмме, и при существенных расхождениях, установив причину, повторить эксперимент либо построение диаграммы.

6. Собрать цепь по рис. 7.3. Катушки подключить в соответствии с вариантом задания (см. табл. 7.1). Измерить частоту, напряжение U, токи I, I1, I2 и сдвиг фаз φ входных напряжения и тока. По измеренным значениям U и I определить полное сопротивление цепи. Данные занести в табл. 7.4.

Рис. 7.3. Параллельное соединение катушек

Таблица 7.4

Результаты исследования параллельного соединения катушек

Способ исследования	f, kHz	U, V	I, mA	φ, …º	I1, mA	I2, mA	Z, Ω
Эксперимент
Расчет

7. Используя в качестве исходных данных параметры катушек (см. табл. 7.2) и значения напряжения U и частоты (см. табл. 7.4), рассчитать токи I, I1, I2, сдвиг фаз φ и сопротивление цепи Z. Результаты занести в табл. 7.4. Сравнить приведенные в таблице рассчитанные значения величины с определенными экспериментально.

8. Собрать цепь по рис. 7.4. В качестве нагрузки ZH подключить заданный в табл. 7.1 элемент. Измерить частоту, напряжения U1, U2, токи I1, I2 и сдвиг фаз φ1. По этим данным определить комплексные сопротивления всей цепи и нагрузки (элемент не считать идеальным). Рассчитать комплексное сопротивление цепи по известным частоте, параметрам катушек (см. табл. 7.2) и нагрузки ZH, сравнить рассчитанное значение комплексного сопротивления всей цепи с полученным экспериментально.

9. Сделать выводы по работе, обратив внимание на метод определения одноименных зажимов, влияние схемы соединения и способа включения катушек на полное сопротивление и причины расхождения расчетных и экспериментальных значений.

Рис. 7.4. Схема для исследования трансформатора

Литература для подготовки

[11, с. 106-111, 115–119; 12, с. 146–152; 13, с. 100–108; 14, с. 184–192, 199–200; 15, с. 388–392; 16, с. 127, 128,242–252]

8. ЛАБОРАТОРНАЯ PAБОТА № 8

Исследование электрического резонанса

Цель работы – изучить резонансные явления при последовательном соединении катушки и конденсатора. В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать условия возникновения резонанса, определение характеристического сопротивления, добротности, затухания, полосы пропускания; уметь определять резонансную частоту и характеристики колебательного контура; приобрести навыки построения графиков частотных характеристик.

Резонансные свойства колебательного контура определяются характеристическим сопротивлением ρ, добротностью Q и затуханием α:

, , (8.1)

Зависимости действующих значений тока, напряжений, сдвига фаз и полного сопротивления цепи от частоты называются частотными характеристиками. При их построении удобно использовать относительную частоту*

(8.2)

* Индексом «О» обозначены значения величин при резонансе.

Полосу частот f1 ≤ f ≤ f2, для которых (при условии постоянства входного напряжения контура), называют полосой пропускания. При высокой добротности ( Q ≥ 10) полоса пропускания практически симметрична относительно резонансной частоты f0 и находится из условия

или (8.3)

Для точного определения характеристик колебательного контура необходимо измерить реальные значения параметров его элементов. Проще всего это выполнить на частоте f0. Наличие резонанса устанавливают по максимальному значению тока в цепи при неизменном входном напряжении. Измерив частоту f0, ток I0 и напряжения U, UKO, UCO (рис.8.1), определяют параметры контура

; ; (8.4)

Рис. 8.1. Последовательный колебательный контур

В работе используются блоки переменных напряжения, сопротивления, индуктивности и емкости. Измерения выполняются частотомером, ампервольтметром и фазометром (измерителем разности фаз). Сдвиг фаз напряжения и тока при отсутствии соответствующего измерительного прибора

(8.5)

Задачи работы – определение фактических параметров элементов на резонансной частоте; построение частотных характеристик; определение влияния добротности контура на частотные характеристики.

Порядок и методика выполнения исследований

1. Собрать последовательный колебательный контур (см. рис. 8.1). В качестве катушки и конденсатора использовать блоки переменных индуктивности и емкости. Установить номинальные значения параметров согласно варианту задания (табл. 8.1).

Таблица 8.1

Варианты задания

Вари-ант	L, mH	C, μF	U, V	Вари-ант	L, mH	C, μF	U, V	Вари-ант	L, mH	C, μF	U, V
1	30	0,25	10	6	50	0,06	6	11	70	0,05	5
2	30	0,1	5	7	60	0,11	7	12	80	0,08	7
3	30	0,13	7	8	60	0,06	6	13	80	0,04	5
4	40	0,1	6	9	60	0,05	5	14	90	0,07	6
5	50	0,15	8	10	70	0,1	7	15	90	0,04	5

Контур подключить к блоку переменного напряжения при синусоидальной форме сигнала. Изменяя частоту в диапазоне, определенном предварительно расчетом, установить экспериментально значение резонансной частоты по максимуму тока в цепи. Результаты измерений свести в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Фактические параметры колебательного контура

f0, Hz

U, V

I0, mA

UK0, V

UC0, V

R, Ω

L, mH

C, μF

ρ, Ω

Q

α

2. По данным п. 1 вычислить фактические параметры контура, а также характеристическое сопротивление, добротность и затухание (8.1). результаты вычислений занести в табл. 8.2. При отличии полученных фактических значений L и С (см. табл, 8.2) от номинальных (см. табл. 8.1) более чем на 10 % после консультации с преподавателем повторить измерения или расчет.