Резонансные явления в простых цепях

2.1.6. Резонанс в цепи гармонического тока.

В настоящей работе исследуется резонанс напряжений и резонанс токов, для каждого из которых собирается своя электрическая схема.

1. Собрать схему с последовательным соединением элементов (рис. 2.21).

Для исключения из цепи отдельных элементов (R, L, C) предусмотрены перемычки, замыкающие их накоротко.

В данной работе резонанс достигается изменением величины емкости при фиксированном значении индуктивности, поэтому перед снятием резонансных кривых необходимо определить величину индуктивности L2, а затем рассчитать величину емкости C1, при которой достигается резонанс.

Рис. 2.21.Схема цепи при последовательном

соединении элементов

2. Экспериментально-расчетное определение величины индуктивности L2.

2.1 Замкнуть перемычки на зажимах сопротивления R17 и конденсатора C1.

2.2. Подать напряжение на схему замыканием тумблера S7. Величину напряжения питания устанавливать галетными переключателями Г1 и Г2, начиная от нуля, до величины, не превышающей 60В. Напряжение контролировать по вольтметру V3.

2.3. Измерить напряжение U, ток I и мощность P в цепи, записать показания в табл. 2.8.

Опытные данные для определения параметров катушки Таблица 2.8

2.4. Рассчитать параметры катушки:

- полное сопротивление

- активное сопротивление

- реактивное сопротивление индуктивности

- индуктивность

- угол фазового сдвига

2.5. С использованием формулы (2.13) для рассчитанного значения индуктивности L2 при частоте входного напряжения 50 Гц рассчитать величину С₀ емкости С1= С₀, обеспечивающую резонанс в цепи.

3. Снятие резонансных характеристик последовательного контура.

3.1. Установить рассчитанную величину С₀ емкости С1 соответствующими переключателями на стенде.

3.2. Установить величину сопротивления R17=200 Ом.

3.3. Разомкнуть перемычки, замыкающие элементы R17 и С1, подключить источник питания, установив напряжение 60В.

Перед снятием характеристик попытаться небольшим изменением величины емкости С1 в ту или другую сторону от резонансного значения С₀ добиться более точного резонанса по максимуму потребляемого тока. Полученное значение емкости, тока и напряжений на элементах R17, C1, L2 при резонансе записать в табл. 2.9. Напряжения на элементах измерять мультиметром, выдаваемым преподавателем.

Опытные данные резонансных кривых

последовательного контура; U=60 В Таблица 2.9

Поддерживая входное напряжение 60В, изменять величину емкости конденсатора C1 вверх и вниз от резонансной (по три точки в каждую сторону). Величину емкости и показания приборов в каждой точке занести в табл. 2.9.

3.4. Установить величину сопротивления R17=100 Ом и произвести измерения в соответствии с п. 3.3. Опытные данные записать в табл. 2.9.

4. Исследование резонанса в параллельном контуре.

4.1. Собрать схему с параллельным соединением элементов (рис. 2.22).

В данной работе параллельный контур исследуется только в режиме резонанса. Параметры элементов C1, L2 при резонансе определены в пп. 2.4,2.5. Если индуктивность L2 и емкость C1 являются идеальными элементами, то резонанс в параллельном контуре имеет место при тех же параметрах элементов, что и в последовательном контуре. Величина активного сопротивления R9=200 Ом. Перемычки П1−П3 позволяют исключать из схемы отдельные элементы. Все измерения проводятся при входном напряжении, равном 60 В.

Рис. 2.22. Схема цепи при параллельном

соединении элементов

4.2 Исключая из схемы с помощью перемычек два из трех элементов, измерить токи в каждом по отдельности: I_R9, I_C1, I_L2. Данные измерений записать в табл. 2.10. Включая нужные перемычки, измерить входной ток и токи в элементах при включенных элементах согласно табл. 2.10.

Опытные данные режима резонанса

параллельного контура; U=60 В Таблица 2.10

2.4.4. Расчетная часть

Расчеты и построения для резонанса напряжений.

1. Рассчитать резонанс в последовательном контуре (резонансный ток, напряжения на элементах) при R17=0, напряжении U=60В и частоте f=50Гц. В качестве исходных данных использовать параметры катушки L2 и конденсатора C1, определенные в пп.2.4 и 2.5 раздела 2.4.3. При расчете воспользоваться сведениями из раздела 2.1.6.

2. Построение векторных диаграмм.

2.1. Построить векторные диаграммы для тока и всех напряжений по данным расчета резонанса в п.1 для максимальной добротности (R17=0).

2.2. Построить векторные диаграммы для тока и всех напряжений для низкой добротности (R17=200 Ом) по данным табл. 2.9 для значений емкости C1=С₀; C1˂С₀; C1>С₀. Значения емкости, большие или меньшие резонансной, выбираются студентами произвольно из данных табл. 2.9.

3. Построить графики зависимостей тока и напряжений на элементах в функции емкости конденсатора C1 для случаев низкой (R17=200 Ом) и повышенной (R17=100 Ом) добротности.

Построения для резонанса токов.

1. Построить по опытным данным векторные диаграммы входного напряжения и токов, измеренных для случаев включения элементов в соответствии с табл. 2.10.

2.4.5. Содержание отчета