 |
|
Экспериментальная часть
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра теоретических основ электротехники
Теоретические основы электротехники
Лабораторная работа №4
Исследование резонанса напряжений.
Выполнил: студент группы ЭСиС-217
Закиров М.И.
Проверил: Лукманов В.С.
Уфа
2008
Цель работы
Изучить явление резонанса напряжения в электрической цепи, содержащей последовательно соединённую индуктивную катушку и конденсатор.
Приборы и принадлежности
Лабораторная работа выполняется на стенде ЛСЭ-2 с использованием:
1)Блока включения, состоящего из вольтметра автотрансформатора, с помощью которого имеется возможность регулировать напряжение от 0 до 250 В.
2)Блока резисторов.
3)Блока индуктивностей.
4)Блока конденсаторов.
5)Блока «Фазометр», с ценой деления 2 градуса, и классом точности 1,5
Кроме приборов и оборудование стенда используются:
1)Ваттметр, с пределом измерения по току до 1 А и напряжений до 30 В, с ценой деления 0,1 Вт и классом точности 0,5
2)Амперметр, с пределом измерений до 1 А, с ценой деления 5 мА и классом точности 0,5
3)Вольтметр цифровой с автоматическим выбором и пределом измерения до 100 В.
4)Соединительные провода.
Схема установки
Экспериментальная часть
| Измерены | |||||||
| U, В | C, мкФ | I, А | UК, В | UC, В | P, Вт | j, град | знак |
| U=const=35 В | С=const=18 мкФ | 0,52 | |||||
| 0,51 | 103,53 | 94,3 | 19,5 | + | |||
| 0,50 | 104,3 | 92,6 | + | ||||
| 0,49 | 104,6 | 91,4 | 18,5 | + | |||
| 0,48 | 89,5 | + | |||||
| 0,47 | 104,6 | 17,5 | + | ||||
| 0,50 | 94,7 | 19,5 | - | ||||
| 0,49 | 89,8 | 90,7 | - | ||||
| 0,48 | 84,4 | 88,7 | - | ||||
| 0,46 | 77,6 | 85,6 | 16,5 | - | |||
| 0,44 | 70,9 | 82,13 | 15,5 | - | |||
| 11,5 | 0,31 | 63,9 | 88,8 | 8,5 | - | ||
| 12,5 | 0,38 | 76,9 | 95,2 | - | |||
| 13,5 | 0,42 | 84,5 | 97,9 | 14,5 | - | ||
| 14,5 | 0,44 | 89,3 | 98,7 | 16,5 | - | ||
| 0,46 | 92,8 | 97,6 | 17,5 | - | |||
| 0,49 | 96,25 | 94,4 | |||||
| 0,48 | 94,9 | 84,4 | 18,5 | + | |||
| 20,5 | 0,46 | 92,2 | 73,9 | 17,5 | + | ||
| 0,44 | 87,7 | + | |||||
| 0,41 | 82,7 | 56,5 | + | ||||
| 27,5 | 0,37 | 74,9 | 44,7 | 11,5 | + |
| № | URкат, В | UL, В | RK, Ом | ZK, Ом | Z, Ом | XC, Ом | XL, Ом | X, Ом | S, ВА | P, Вт | Q, ВАр | cosjK | cosj |
| 38,46 | 94,47 | 73,96 | 196,15 | 73,97 | 182,69 | 181,67 | -1,02 | 20,00 | -0,28 | 0,377 | 0,999 | ||
| 38,24 | 96,21 | 74,97 | 203,00 | 75,06 | 184,90 | 188,65 | 3,75 | 19,52 | 19,5 | 0,97 | 0,369 | 0,998 | |
| 38,00 | 97,13 | 76,00 | 208,60 | 76,54 | 185,20 | 194,26 | 9,06 | 19,13 | 2,27 | 0,364 | 0,993 | ||
| 37,76 | 97,55 | 77,05 | 213,47 | 78,07 | 186,53 | 199,08 | 12,55 | 18,74 | 18,5 | 3,01 | 0,361 | 0,987 | |
| 37,50 | 98,08 | 78,13 | 218,75 | 80,14 | 186,46 | 204,32 | 17,87 | 18,46 | 4,12 | 0,357 | 0,975 | ||
| 37,23 | 97,75 | 79,22 | 222,55 | 82,46 | 185,11 | 207,98 | 22,87 | 18,21 | 17,5 | 5,05 | 0,356 | 0,961 | |
| 39,00 | 86,30 | 78,00 | 189,40 | 78,83 | 184,00 | 172,59 | -11,41 | 19,71 | 19,5 | -2,85 | 0,412 | 0,989 | |
| 38,78 | 81,00 | 79,13 | 183,27 | 81,57 | 185,10 | 165,30 | -19,80 | 19,59 | -4,75 | 0,432 | 0,970 | ||
| 37,50 | 75,61 | 78,13 | 175,83 | 82,75 | 184,79 | 157,52 | -27,27 | 19,06 | -6,28 | 0,444 | 0,944 | ||
| 35,87 | 68,81 | 77,98 | 168,70 | 86,09 | 186,09 | 149,59 | -36,49 | 18,22 | 16,5 | -7,72 | 0,462 | 0,906 | |
| 35,23 | 61,53 | 80,06 | 161,14 | 92,75 | 186,66 | 139,84 | -46,82 | 17,96 | 15,5 | -9,06 | 0,497 | 0,863 | |
| 27,42 | 57,72 | 88,45 | 206,13 | 133,70 | 286,45 | 186,19 | -100,26 | 12,85 | 8,5 | -9,64 | 0,429 | 0,662 | |
| 31,58 | 73,39 | 83,10 | 202,37 | 84,15 | 250,53 | 193,12 | 13,23 | 12,15 | 1,91 | 0,411 | 0,988 | ||
| 34,52 | 80,73 | 82,20 | 201,19 | 85,89 | 233,10 | 192,22 | 24,91 | 15,15 | 14,5 | 4,39 | 0,409 | 0,957 | |
| 37,50 | 84,76 | 85,23 | 202,95 | 91,42 | 224,32 | 192,64 | 33,08 | 17,70 | 16,5 | 6,40 | 0,420 | 0,932 | |
| 38,04 | 89,67 | 82,70 | 199,57 | 93,15 | 213,70 | 194,94 | 42,86 | 19,71 | 17,5 | 9,07 | 0,414 | 0,888 | |
| 38,78 | 93,88 | 79,13 | 196,43 | 96,80 | 203,27 | 191,59 | 55,75 | 23,24 | 13,39 | 0,403 | 0,817 | ||
| 38,54 | 91,80 | 80,30 | 197,71 | 80,85 | 175,83 | 191,26 | 9,46 | 18,63 | 18,5 | 2,18 | 0,406 | 0,993 | |
| 38,04 | 89,10 | 82,70 | 200,43 | 83,58 | 160,65 | 193,69 | 12,09 | 17,69 | 17,5 | 2,56 | 0,413 | 0,989 | |
| 36,36 | 85,60 | 82,64 | 199,32 | 87,93 | 147,73 | 194,55 | 30,03 | 17,02 | 5,81 | 0,415 | 0,940 | ||
| 34,15 | 79,20 | 83,28 | 201,71 | 93,46 | 137,80 | 193,17 | 42,42 | 15,71 | 7,13 | 0,413 | 0,891 | ||
| 31,08 | 72,06 | 84,00 | 202,43 | 106,10 | 120,81 | 194,75 | 64,82 | 14,53 | 11,5 | 8,87 | 0,415 | 0,792 |
XC 1 = 
= 
= 182,69 Ом – емкостное сопротивление
RK1 = 
73,96 Ом – активное сопротивление на катушке
ZK1= 
196,15 Ом – полное сопротивление катушки
XL1 = 
= 
= 181,67 Ом – индуктивное сопротивление на катушке
URк=I*RK =0,52*73,96=38,46 В – напряжение на активном сопротивлении катушки
UL=I*XL =0,52*181,67=94,47 В – напряжение на индуктивности катушки
X1 = 
-1,02 Ом – реактивное сопротивление цепи
Z1 = 
= 
= 73,97 Ом – полное сопротивление цепи
Q1 = I 2* X = (0,52)2 * (-1,02) = - 0,28 ВАр – реактивная мощность цепи
S1 = 
= 
= 20 ВА – полная мощность цепи
cosjK= 
0,377– косинус угла сдвига фаз между напряжением и током на катушке
cosj = 
0,999 – косинус угла сдвига фаз между напряжением и током в цепи
Абсолютные погрешности значений косинуса угла j:
Dcosj1= 
0,001
Dcosj4= 
0,002
Dcosj8= 
0,008
Dcosj15= 
0,026
Dcosj22= 
0,026
Относительные погрешности значений косинуса угла j:
d1= 
0,1 %
d4= 
0,2 %
d8= 
0,8 %
d15= 
2,8 %
d22= 
3,4 %
Вывод: В данной работе мы исследовали явление резонанса напряжений в последовательно соединенной электрической цепи синусоидального тока. Добившись установления резонанса в цепи, когда угол сдвига фаз между током и напряжением, регистрируемый фазометром, был равен нулю, мы сняли показания с амперметра, и вольтметра, подключаемого сначала к индуктивной катушке, а затем к конденсатору (батарее конденсаторов), и ваттметра, измеряющего активную мощность. Затем, изменяя поочерёдно сначала индуктивность катушки, а затем ёмкость, мы добивались изменения угла сдвига фаз, и снимали показания с приборов при различных его значениях, и получили меньшие значения тока в цепи, активной мощности, и большие значения реактивного и полного сопротивлений, и, соответственно, реактивной и полной мощностей. Сравнивая величины, полученные из расчётов, мы сопоставили их с измеренными и получили соответствие с точностью до приведённых выше погрешностей. Таким образом, мы экспериментально убедились в том, что при резонансе напряжений ток в цепи будет максимальным.