Федеральное агентство по образованию
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА
им. И.М.Губкина
И.А.Мелик-Шахназарова
Исследование резонансов напряжений и токов в цепях однофазного синусоидального тока
(на базе системы моделирования электрических цепей Electronics Workbench) (аудитория 318)
Лабораторная работа №4
по дисциплине «Теоретические основы электротехники»
Москва 2009
УДК 621.7
Мелик-Шахназарова И.А. Исследование резонансов напряжений и токов в цепях однофазного синусоидального тока (на базе системы моделирования электрических цепей Electronics Workbench) -М.: РГУ нефти и газа, 2009.
Работа посвящена изучению частотных характеристик токов и напряжений при последовательном и параллельном включении элементов
Лабораторная работа предназначена для студентов факультета АиВТ
Издание подготовлено на кафедре теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности.
Рецензент – А.В. Егоров, профессор кафедры ТЭЭП, д.т.н..
© Российский Государственный Университет нефти и газа
им. И.М. Губкина, 2009
Домашнее задание
Для схемы, представленной на рис.1, записать формулу для определения резонансной частоты. Определить значение частоты, при которой наступает резонанс напряжений, для параметров схемы, выбранных в соответствии с Таблицей вариантов.
Рис.1
Определить значение эквивалентного активного сопротивления, при котором добротность резонансного контура будет критической. Вычислить величину RДОБ, которое необходимо дополнительно включить в цепь, представленную на рис.1, для достижения режима критической добротности.
Для схемы, представленной на рис.2, записать формулу для определения резонансной частоты. Вычислить значение частоты, при которой наступит резонанс токов, для параметров, выбранных в соответствии с Таблицей вариантов.
Рис.2
Таблица вариантов
№ стенда |
R |
C |
L |
Ом |
мкФ |
мГн |
|
1 |
220 |
0,1 |
20 |
2 |
300 |
0,1 |
25 |
3 |
400 |
0,1 |
30 |
4 |
250 |
0,1 |
35 |
5 |
350 |
0,1 |
40 |
Лабораторное задание
Лабораторная работа выполняется в компьютерном классе на базе системы моделирования электрических цепей Electronics Workbench
1. Собрать с помощью системы моделирования электрических цепей Electronics Workbench схему для исследования резонанса напряжений (рис.1). В качестве источника питания используется источник напряжения с переменной частотой и произвольно выбранным напряжением в пределах 50-100 В. Изменяя частоту источника питания от 100 Гц до 10 кГц, исследовать амплитудно-частотные характеристики тока и напряжений на элементах резонансного контура. Данные измерений занести в Таблицу 1.
Методические указания:
Снятие амплитудно-частотной характеристики следует начать с резонансной частоты, уточненное значение которой определяется опытным путем. Ориентировочное значение резонансной частоты определено в п.1. Домашнего задания.
Угол сдвига фаз между входным током и напряжением измеряется с помощью осциллографа, как это показано на рис.3. Промежуток времени между начальными значениями кривых (Т1-Т2), измеряемый с помощью подвижных линий, соответствует углу сдвига фаз между кривыми тока и напряжения на входе схемы.
Внимание: при проведении эксперимента осциллограф и одна из точек схемы должны быть обязательно заземлены.
Таблица 1
|
Задано |
Измерено |
||||||||
L |
C |
r |
f |
UВХ |
UR |
UC |
UK |
I |
|
|
мГн |
мкФ |
Ом |
кГц |
В |
В |
B |
B |
мА |
Град |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычислено |
|||||||
XC |
XL |
X |
ZВХ |
S |
P |
Q |
Q |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
мВА |
мВт |
мВАр |
б/р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Заменить в схеме на рис.1 сопротивление R1 на сопротивление, соответствующее критической добротности. Изменяя частоту генератора от 100 Гц до 10 кГц снять амплитудно-частотную характеристику элементов резонансного контура. Измерения следует начать с резонансной частоты. Данные измерений занести в Таблицу 2.
Таблица 2
|
Задано |
Измерено |
||||||
L |
rKР |
f |
U |
UC |
UL |
I |
|
|
мГн |
Ом |
кГц |
В |
B |
B |
А |
Град |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Собрать схему для исследования резонанса токов (рис.2). Изменяя частоту источника питания от 100 Гц до 10 кГц исследовать амплитудно-частотные характеристики токов в ветвях резонансного контура. Измерения следует начать с резонансной частоты, определенной опытным путем. Данные измерений занести в Таблицу 3.
Методические указания:
Снятие амплитудно-частотной характеристики следует начать с резонансной частоты, которая определяется опытным путем.
Угол сдвига фаз между входным током и напряжением измеряется с помощью осциллографа
Таблица 3
|
Задано |
Измерено |
Вычислено |
||||||||||||
f |
U |
IL |
IC |
IВХ |
|
gВХ |
bВХ |
yВХ |
gL |
bC |
bL |
S |
P |
Q |
|
кГц |
В |
А |
А |
А |
Град |
Сим |
Сим |
Сим |
Сим |
Сим |
Сим |
ВА |
Вт |
ВАр |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|