Лабораторная работа №5
Исследование резонанса токов. Цель работы. Изучение и экспериментальное исследование явления резонанса токов. Основные теоретические сведения. Резонансом называется такой режим электрической цепи, при котором входной ток совпадает по фазе с входным напряжением, несмотря на наличие в цепи реактивных элементов. Резонансный режим наступает тогда, когда частота внешних воздействий на систему равна собственной частоте системы ω = 2 πƒ = ω о = 2 πƒ о, (4.1) т.е. частоте преобразования энергии внутри системы из одной формы в другую (энергии магнитного поля в энергию электрического поля и наоборот). Резонанс, таким образом, возникает при наличии в цепи индуктивности и емкости. Одна из ценных особенностей резонансов - это значительное увеличение напряжений или токов при весьма экономичном использовании электрической энергии. Резонанса в электрической цепи можно достичь, изменяя либо частоту источника питания, либо индуктивность, либо емкость. Цепь, находящаяся в резонансном режиме, характеризуется следующим: 1) входные реактивные сопротивления или проводимости равны нулю: χ вx =0; bвx =0; 2) угол сдвига фаз между входным током и входным напряжением равен нулю, а коэффициент мощности максимален: φ вx =0; Cos φ вx =1; 3) входная мощность чисто активная: Ŝвx =Pвx ±jQ вx =Pвx Резонанс токов. Резонанс при параллельном соединении индуктивности и емкости, при взаимной компенсации реактивных составляющих токов в параллельных ветвях, называют резонансом токов. Если к цепи, изображенной на рис. 4-1, приложено переменноесинусоидальное напряжение
то ток равен
где
Из приведенного выражения видно, что ток
Таким образом, при резонансе токов входная реактивная проводимость цепи bвx равна нулю, а полная проводимость У имеет наименьшее значение, поэтому ток в неразветвленной части цепи минимален. При резонансе токов в параллельных ветвях реактивные составляющие токов равны между собой: IL =IC и могут во много раз превышать ток в неразветвленной части цепи, что характеризуется величиной добротности
где ρ - волновое или характеристическое сопротивление контура.
Нерезонансные режимы.
Изменяя величину емкости конденсатора при постоянной индуктивности можно получить графики функциональных зависимостей в параллельной цепи (рис. 4-5) и построить соответствующие векторные диаграммы (рис. 4-6). Для схемы рис. 4-1 на основании векторных диаграмм для нерезонансных режимов (рис. 4-6) можно построить треугольник токов для всей цепи (рис. 4-7,а), а также для отдельной ветви, в данном случае для ветви с катушкой (рис. 4-7,6). Для этой же ветви построен треугольник сопротивлений на рис. 4-7,в.
В схеме рис.4-1 активная составляющая входного тока определяется активной составляющей тока катушки IR. Если сопротивление ветви с катушкой не изменяется, то IR=const, а, следовательно, и Из треугольников рис.4-7 следует:
Следовательно,
Перечень оборудования: 1. Источники переменного напряжения 220В, 35В, ƒ =50Гц. 2. Катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником с подмагничиванием (подмагничивание постоянным током уменьшает эквивалентную индуктивность катушки). 3. Батарея конденсаторов со ступенчатым регулированием 94 мкФ. 4. Вольтметр 100 В. 5. Амперметры - 3 шт. с пределом измерений 2 А. Содержание работы. Исследовать дорезонансный, резонансный и послерезонансный режимы параллельной цепи изменением индуктивности при постоянной емкости и изменением емкости при постоянной индуктивности. Измерить параметры катушки при помощи амперметра, вольтметра и ваттметра. Порядок выполнения работы. 1.Собрать схему для исследования параллельной цепи (рис.4-8) 2.Ключ В1 замкнут. Включаем выключатели батареи конденсаторов, набираем суммарную емкость С =30 мкФ. Включаем источники питания тумблерами. Изменяя индуктивность катушки, устанавливаем резонансный режим, который определяется по минимальному показанию амперметра 3.Изменяя индуктивность катушки, установить дорезонансный режим ( Таблица 1
4. По данным таблицы 1 построить векторные диаграммы цепи для трех режимов: резонансного, дорезонансного и послерезонансного. Диаграмму удобно строить методом засечек с помощью циркуля, согласно балансу токов 5. Установить ток Таблица 2
6. По данным таблицы. 2 определить
7. Включить суммарную емкость С=30 мкФ. Ключ В1 замкнуть. Изменяя индуктивность, установить резонансный режим, Оставив индуктивность неизменной, записать показания приборов при ступенчатом изменении емкости в пределах имеющегося магазина емкостей. Показания приборов занести в таблицу 3. Таблица 3
8. По данным таблицы 3 построить графики зависимостей:
Содержание отчёта. Отчет должен содержать: 1.Название работы. 2.Цель работы. 3.Схема исследования. 4.Таблица приборов и оборудования. 5.Таблицы с результатами измерений и вычислений. 6.Расчетные формулы. 7.Графики зависимостей. 8.Векторные диаграммы. 9.Выводы об особенностях резонансного и нерезонансного режимов. Контрольные вопросы. 1.Что такое резонанс токов? 2.Каким способом регулируется собственная частота цепи? 3. Чем определяется величина усиления токов? 4.Почему входной коэффициент мощности при резонансе равен единице, а до и после резонанса быстро снижается? 5.Как строятся векторные диаграммы цепи для режимов до и после резонанса, для режима резонанса? 6.Почему резонансные режимы весьма экономичны? 7.Где используются резонансы токов? Литература 1. Электротехника/ Под ред. В.С. Пантюшина.- М.: Высшая школа, 1976, гл. 5, С.116-119. • 2. Касаткин А.С., Немцов М.В.,. Электротехника.- М.: Енергоатомиздат, 1983, гл. 2, С.84-86, 97-98. 3. Бессонов Л.А.Теоретические основы электротехники. -М.: Высшая школа,1984,§3.26,3.27.
Читайте также: А. Лабораторная установка Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|