Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

Горный Кафедра электротехники энергетики и электромеханики Отчёт по лабораторной работе ’ 3

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-12-26


Министерство образования и науки Российской Федерации

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра электротехники, энергетики и электромеханики

Отчёт по лабораторной работе № 3

По дисциплине:  Электротехника и электроника

Частотные характеристики элементов электрических цепей

Выполнила:   ст.гр. ВД-10                                /Денисенко К.В./

Проверил:  асистент каф. ЭЭЭ                               / Скамьин А.Н./                                                                                                      

Санкт-Петербург

2012 

Цель работы – исследование свойств основных элементов электрических цепей и определение их параметров по опытным данным.

Программа работы

  1.  Исследование основных элементов электрических цепей: резистора, катушки индуктивности и конденсатора на различных частотах.
  2.  Определение параметров основных элементов цепи по показаниям электроизмерительных приборов и выявление характера их зависимости от частоты.
  3.  Определение сдвига фаз напряжения и тока в различных элементах электрических цепей.

Основные сведения

Резистором (сопротивлением) называется идеализированный элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую. Магнитные и электрические поля вокруг  резистора отсутствуют.

Напряжение и ток в сопротивлении связаны законом Ома.

В цепи постоянного тока         

В цепи переменного тока         ,

где Im - амплитуда тока;    - действующее значение тока,

i - начальная фаза тока,     u - начальная фаза напряжения,      = 2f

Ток в резисторе совпадает по фазе с напряжением   

  ;     ;

  - угол сдвига фаз между напряжением и током.

Временная и векторная диаграммы напряжения и тока в резисторе представлены на рисунке 

Активная, реактивная и полная мощности резистора равны

P = U I cos = U I        ( = 0,   cos  = 1 )

Q = U I sin = 0            ( = 0,   sin  = 0 )

S  = U I = P

P = U I = I2 R = U2 g

R =

Идеальное активное сопротивление от частоты не зависит.

 

                                                                                   R = const

Индуктивная катушка.

Индуктивным элементом электрической цепи называют такой идеализированный элемент, в котором происходит только процесс накопления энергии в магнитном поле. Электрическое поле вокруг такого элемента отсутствует, а протекание тока не сопровождается выделением тепла.

Связь между напряжением и током в катушке индуктивности определяется законом электромагнитной индукции

Индуктивностью L называется элемент электрической цепи, в которой накапливается энергия магнитного поля.

Количественно индуктивность L определяется как отношение потокосцепления самоиндукции к току в данном элементе    .

Потокосцеплением самоиндукции цепи называется сумма произведений магнитных потоков, обусловленных только током в этой цепи, на число витков, с которыми они сцеплены.

Если все витки пронизываются одним и тем же магнитным потоком, то потокосцепление равно произведению магнитного потока на число витков.               

В системе СИ потокосцепление измеряется в веберах (Вб), индуктивность в генри (Гн).

Зависимость потокосцепления от тока может быть постоянной (линейная зависимость) или нелинейной.

В цепях с изменяющимся током i  всякое изменение тока, вызывающее изменение его собственного потокосцепления L , сопровождается наведением э.д.с.   eL   в этом элементе.

Явление наведения э.д.с. в элементах цепи при изменении их собственного потокосцепления называют самоиндукцией.

По закону электромагнитной индукции э.д.с. самоиндукции определяется скоростью изменения собственного потокосцепления.

,                ,                .

При исследовании цепей с э.д.с. самоиндукции условились положительное направление э.д.с. самоиндукции брать совпадающим с положительным направлением тока, который наводит эту э.д.с.

При нарастании тока  > 0, UL   >  0 , направления тока и напряжения совпадают, в индуктивности запасается энергия магнитного поля. При убывании тока  < 0,    UL   <  0 , направления тока и напряжения не совпадают, энергия магнитного поля в индуктивности убывает, возвращается обратно в источник.

Если ток протекающий через индуктивность L меняется по закону синуса     , то

         

 -  индуктивное сопротивление цепи переменного тока.

Индуктивное сопротивление линейно зависит от частоты

                                                                                  XL = L

В идеальной индуктивности ток отстает от напряжения на 90о.

Временная и векторная диаграммы напряжения и тока в идеальной катушке индуктивности представлены на рисунке 

Активная, реактивная и полная мощности идеальной катушки индуктивности

P = U I cos  = 0       ( так как = 0 )

         Q = U I sin = U I = I2 XL = U2 bL

          S = U I = Q

В реальных катушках индуктивности часть электрической энергии преобразуется в тепло, т.е. катушка обладает не только индуктивностью L, но и активным сопротивлением Rk .

Эквивалентная схема замещения реальной катушки индуктивности представлена на рисунке.

          

Um = Im Zk          Zk =

XL= L         = 2f        

В реальной индуктивности к < 900

         

Емкость С.

Емкостью С называается элемент электрической цепи (конденсатор), в котором накапливается энергия электрического поля. Количественно емкость определяется выражением      .

Если q   - количество электричества измеряется в кулонах,

Uc  - в вольтах, то емкость С в фарадах.

,                   ,                     

Если напряжение возрастает, то > 0.  Это значит, что ток и напряжение совпадают по направлению, энергия электрического поля в конденсаторе возрастает.

При убывании напряжения ток также уменьшается, энергия возвращается обратно к источнику.

Если напряжение на емкости С меняется по закону синуса         ,

то      

                                  

В идеальной емкости ток опережает  напряжения на 90о.

Емкостное сопротивление зависит от частоты по гиперболическому закону

                                                                                  XС =

Временная и векторная диаграммы напряжения и тока в емкости представлены на рисунке 

Активная, реактивная и полная мощности идеального конденсатора составляют соответственно

P = U I cos  = 0       ( так как = - 0 )

         Q = U I sin = U I = I2 XС = U2 bС

          S = U I = Q

Реальные конденсаторы характеризуются не только емкостью С, но и активным сопротивлением RС или проводимостью gC , учитывающими потери энергии в диэлектрике.

Эквивалентная схема замещения реального конденсатора представлена на рисунке.

                  

Im = Um YC          YC =

XC  =             

        

Порядок выполнения работы

  1.  Собрать схему, изображенную на рис.1.

Рис.1.

  1.  Установить напряжение источника питания 5 В и записать показания приборов в табл.1 для ряда частот источника, начиная с f = 0.
  2.  Построить в Excel зависимость R = f() и поместить в отчет.
  3.  Включить осциллограф и поместить в отчет кривые напряжения и тока.

Таблица 1

f  

 Гц

U

B

I

A

P

Вт

R

Ом

cos

 

град

1

150

4

0,0402

0,16

100

1

0

2

500

4

0,0402

0,16

100

1

0

3

1000

4

0,04

0,156

100

1

0

4

5000

4

0,0382

0,152

100

1

0

5

10000

4

0,0326

0,129

100

1

0

6

20000

4

0,0097

0,030

100

0,97

11,64

  1.  Собрать схему, изображенную на рис.2.

Рис.2.

  1.  Записать показания приборов в табл.2 для ряда частот источника, начиная с f = 0, произвести необходимые вычисления.
  2.  Построить в Excel зависимость XL = f() и поместить в отчет.
  3.  Включить осциллограф и поместить в отчет кривые напряжения и тока.

Таблица 2

f  

 Гц

U

B

I

A

P

Вт

Zк

Ом

Rк

Ом

XL

Ом

L

Гн

cos

град

1

150

4

0,018

0,0615

223,2

190,9

115,1

0,1

0,85

31

2

500

4

0,0098

0,0187

410

197,4

360,1

0,1

0,48

61,2

3

1000

4

0,0054

0,0062

739

213,5

708,6

0,1

0,28

73,2

4

5000

4

0,0011

0,000661

3500

527

3520

0,1

0,14

81,4

5

10000

4

0,00049

0,000379

8240

1610

8020

0,1

0,19

78,6

6

20000

4

0,0001

0,000124

31200

7510

20280

0,1

0,34

70

;   ;   ;   ;   ;   

  1.  Собрать схему, изображенную на рис.3.

Рис.3.

  1.  Записать показания приборов в табл.3 для ряда частот источника, начиная с f = 0, произвести необходимые вычисления.
  2.  Построить в Excel зависимость XC = f() и поместить в отчет.
  3.  Включить осциллограф и поместить в отчет кривые напряжения и тока.

Таблица 3

f  

 Гц

U

B

I

A

P

Вт

Yc

1/Ом

gc

1/Ом

RС

Ом

XС

Ом

C

мкФ

cos

град

1

150

4

0,001

0,000334

0,00025

0,0026

380

-4200

0,22

0,08

-84,9

2

500

4

0,028

0,000358

0,007

0,022

43,5

-1300

0,22

0,03

-88,24

3

1000

4

0,057

0,000391

0,014

0,084

11,89

-697

0,22

0,01

-89

4

5000

4

0,267

0,000451

0,066

1,67

0,597

-149,3

0,22

0

-90

5

10000

4

0,456

0,0035

0,114

0,58

1,7

-87,7

0,22

-0,01

-91

6

20000

4

0,354

0,0055

0,088

0,23

4,32

-112,6

0,22

-0,03

-92,22

;      ;      ;         ;  

 мкФ;        ;            

Контрольные вопросы

  1.  Чему равен угол = u -  i  для активного сопротивления?
  2.  Чему равен угол  для идеального индуктивного сопротивления?
  3.  Чему равен угол   для идеального емкостного сопротивления?
  4.  Чему равен угол  для реального индуктивного сопротивления?
  5.  Чему равен угол   для реального емкостного сопротивления?

XС

EMBED PBrush  

 u

 i

RС

XL

С

R

eL

UL

EMBED PBrush  

i

   U   f = var

 A

 C

 V

 u

 i

RK

EMBED PBrush  

L

   U   f = var

 A

 L

 V

   U   f = var

 A

 R

 V




1. Об обязательном социальном страховании от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеван
2. Факторы влияющие на содержание контракта и детализацию его условий
3. тема; б производственная система; в система строительства производства; г строительный комплекс
4. включение рынка как важнейшего элемента регулирования нашей общественной системы требует знания основны
5. Флобер Гюстав
6. Краткая история развития ботаники от Теофраста до наших дней Структура типичной растительной клетк
7. Понятие правового регулирования исполнения и отбывания наказания
8. тематические модели для описания основных свойств жидкостей и газов
9. Доклад- Простота и утонченность японские идеалы красоты (Ваби-саби)
10. Трейд л инк использует систему оплаты труда реализаторов продовольственных товаров на рынке от выручки ба
11. РЕЛИГИОЗНО-ОБРЯДОВЫЕ ПРАЗДНИКИ И ОБЫЧАИ ВЕЛИКОБРИТАНИИ СЕГОДНЯ
12. тематичних наук Харків ~ 2007 Дисертацією є рукопис
13. Дмитрий Беломойцев
14. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА По бухгалтерскому учету Вариант 2 Выполнила- ст
15. 1 Харчування як галузь народного господарства 57 1
16. держави Північного Причорномор~я
17. и девушка 2. 1 В хороший и светлый день октября В зале вновь собрались учителя
18.  ldquo;Частинская средняя общеобразовательная школа~~ Пр
19. Внутренние объекты имели много синонимов- интроекты Schfer 1983 p
20. марлеві подушечки розміром 17х32см