Электротехника в облачном приложении Multisim Live (лабораторный практикум)
.pdf
(таблица 6.1) и предварительными расчетами:
– источник переведите в режим действующего напряжения (во вкладке
«Item» вместо пункта «Peak Voltage» выберите «RMS Voltage»), введите требуемые действующее значение входного напряжения и рассчитанную в
пункте 2) частоту;
– введите значения сопротивления R, индуктивности L, емкости
конденсатора C.
4) Амперметры переведите в режим измерения действующих токов
(галочку в пункте «Measurement labels» вкладки «Item» прибора переставьте в
поле «Periodic»). |
|
|
5) Включите симуляцию и движком плавно уменьшая |
частоту источника |
|
(рисунок 6.3), найдите такую частоту, при которой |
ток I1 |
будет |
минимальным. Это и будет точное значение резонансной частоты для данного колебательного контура.
Рисунок 6.3
61
6) Экспериментально установленное точное значение резонансной
частоты, исходные данные, а также показания амперметров запишите в таблицу
6.2.
Таблица 6.2
|
|
|
Задано |
|
|
|
Измерено |
|
||
Режимы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
UВХ |
|
R |
L |
C |
I1 |
I 2 |
|
I3 |
|
работы цепи |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гц |
В |
|
Ом |
Гн |
мкФ |
А |
А |
|
А |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f = f 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(резонанс) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ≈ 0,5 f0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ≈ 1,5 f0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7)Установите частоту генератора f ≈ 0,5 f0. Повторите измерения и занесите результаты опытов в таблицу 6.2.
8)Установите частоту генератора f ≈ 1,5 f0. Повторите измерения и занесите результаты опытов в таблицу 6.2.
9)Проведите расчеты по данным экспериментов и занесите результаты расчетов в таблицу 6.3.
Таблица 6.3
|
|
|
Вычислено |
|
|
|
|||
Режимы работы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
yL |
b |
L |
b |
I |
1a |
cos |
||
цепи |
|
|
C |
|
|
||||
См |
См |
См |
См |
А |
- |
||||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f = f 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(резонанс) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ≈ 0,5 f0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ≈ 1,5 f0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10) Используя опытные данные в таблице 6.2, постройте в масштабе
векторные диаграммы токов и напряжения для каждого опыта.
62
6.4 Рекомендации по обработке результатов опытов
Активная проводимость цепи (определять только из режима резонанса токов, когда bL = bC )
|
I |
|
|
g = |
10 |
, |
|
U |
|||
|
|
где , I10 – величина тока при резонансе, таблица 6.2.
Полная проводимость катушки индуктивности
y |
|
= |
I |
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
L |
|
U |
|
|
|
|
||
Реактивная индуктивная проводимость катушки
b |
= |
y |
2 |
− g |
2 |
L |
|
||||
L |
|
|
|
|
Реактивная емкостная проводимость конденсатора
|
b |
= |
|
I |
3 |
. |
|
|
|
|
|||||
|
C |
|
U |
|
|||
|
|
|
|
|
|||
Активная составляющая тока |
|
|
|
|
|
|
|
I |
1a |
= U g |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент мощности |
|
|
|
|
|
|
|
cos = |
I |
1a |
|||||
|
|
||||||
|
I |
||||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
.
.
6.5 Содержание отчета
1)Цель работы.
2)Скрины схем электрической цепи из Multisim Live в режиме симуляции, на которых видны параметры элементов в соответствии с вариантом и показания приборов.
3)Таблицы 6.2 и 6.3.
4)Векторные диаграммы, построенные в масштабе.
5)Расчетные формулы.
6)Выводы по работе.
63
6.6 Контрольные вопросы
1)Что понимают под резонансом в электрических цепях?
2)Запишите условие возникновения резонанса токов в цепи.
3)Изобразите схемы электрических цепей идеального и реального параллельного колебательного контура.
4) Запишите мгновенное значение тока i
если приложенное напряжение u =141sin t , а
в неразветвленной части цепи,
сопротивления равны:
X L
=
XC
=10 Ом.
|
i |
|
|
~u |
X |
L |
X |
|
|||
|
|
C |
|
|
|
|
5) Определить частоту ƒ, при которой в цепи с L = 0,1 Гн,C= 25,4мкФ,
R = 5Ом наступит резонанс токов.
6) |
Чему равны полная проводимость и ток в неразветвленной части цепи |
|||||
идеального параллельного колебательного контура при резонансе? |
||||||
7) |
Запишите выражение мгновенного значения тока i в неразветвленной |
|||||
части цепи, если приложенное напряжение u =141sin t , а сопротивления |
||||||
равны X L = XC = R =10 Ом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
||
|
~u |
|
|
R |
XL |
XC |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
64
8) |
Параметры |
электрической |
цепи, |
~u |
L |
C |
R |
R |
~u |
C |
|
|
L |
|
изображенной |
на рисунке: L =0,1 |
Гн; |
C =101,4 |
|
мкФ; |
f =50 |
Гц. Выполняется |
ли |
условие |
резонанса? |
|
|
|
|
9) |
Постройте векторную |
диаграмму |
||
напряжения и токов для колебательного контура, изображенного на рисунке, при
= 0 .
|
i |
|
|
|
|
|
|
~u |
|
|
R |
|
X |
L |
X |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
C |
U |
I |
R |
R |
I |
|
L |
C |
|
|
||||||
|
|
L |
|
|
10)Параметры электрической цепи,
изображенной |
на |
рисунке: |
R =16 Ом; |
L =16 мГн; |
C =25 |
мкФ. |
Определите |
резонансную частоту. |
|
|
|
11)Используя векторную диаграмму,
определите ток |
I |
в неразветвленной части |
цепи, если токи в ветвях равны: |
I R =8 А; |
I L =12 А; IC =12 А. |
|
12) Какую мощность потребляет из сети
параллельным соединением катушки индуктивности и
резонанса? |
|
|
|
|
|
13) Чему равен угол |
|
между напряжением |
U |
||
резонанса? Поясните ответ. |
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
~u |
R |
L |
C |
|
|
электрическая цепь с конденсатора в режиме
и током |
I |
в режиме |
14) Как определить угловую резонансную частоту параллельного колебательного контура с потерями?
65
|
i |
|
|
~u |
R |
L |
C |
возникнет резонанс, если
R
15) |
Источник |
синусоидального |
||
напряжения с частотой 1000 Гц, подключен к |
||||
изображенной |
|
цепи. |
Чему |
равна |
индуктивность |
L , при |
которой |
в цепи |
|
=30 Ом; C =20 мкФ?
16)Объясните причину возможного превышения токов в ветвях параллельного колебательного контура относительно тока в неразветвленной части цепи. С помощью какого параметра можно оценить степень такого превышения?
17)Укажите график, соответствующий изменению тока I в данной цепи,
взависимости от частоты? Поясните ответ.
i |
|
а) |
б) |
в) |
г) |
~u |
C |
|
|
|
|
|
L |
I |
I |
I |
I |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
18) Определить показание амперметра электромагнитной системы, |
|||||
включенного в цепь, как показано на рисунке, если I1 = I2 = 10 А. |
|
||||
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
L |
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
I |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
I |
C |
|
|
|
|
А |
|
|
|
19) В цепи резонанс
амперметров I1 =10 А; I 2 = 8 А. Определить показание
токов. амперметра
Показания
A3 .
R |
L |
|
A1 |
A3 |
C |
|
A2 |
66
7 Лабораторная работа №6. Исследование резонанса напряжений
Цель работы. Изучение явления резонанса напряжений в цепи синусоидального тока с последовательным соединением R , L и C , освоение методики и практики вычислений и построений векторных диаграмм по данным измерений.
7.1Краткое описание работы. Электрическая схема опытов
Вработе исследуется электрический последовательный колебательный контур с потерями (рисунок 7.1). Контур настраивается в режим резонанса изменением частоты источника синусоидального напряжения. Точная резонансная частота f0 определяется по максимуму входного тока I и
равенству показаний вольтметров V2 и V3. Эксперименты проводятся при трех частотах питающего напряжения: f = f0 , f = 0,5f0 , f = 1,5f0 . По результатам опытов рассчитываются параметры пассивных элементов и строятся векторные диаграммы.
V1
A
R
~uвх
V2
L
С 
V3
Рисунок 7.1
67
7.2 Параметры элементов схемы
Таблица 7.1
Вариант |
|
UВХ |
|
|
R |
|
|
L |
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
Ом |
|
|
Гн |
|
|
мкФ* |
|
1 |
100 |
|
250 |
|
0,18 |
|
2,00 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
100 |
|
250 |
|
0,22 |
|
1,33 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
100 |
|
450 |
|
0,26 |
|
1,00 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
100 |
|
600 |
|
0,3 |
|
0,80 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
100 |
|
700 |
|
0,34 |
|
0,67 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
100 |
|
800 |
|
0,38 |
|
0,57 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
100 |
|
1000 |
|
0,42 |
|
0,50 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
1000 |
|
0,46 |
|
0,44 |
|
||||
8 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
100 |
|
1100 |
|
0,5 |
|
0,40 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
1200 |
|
0,54 |
|
0,36 |
|
||||
10 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
100 |
|
1300 |
|
0,58 |
|
0,33 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
100 |
|
1500 |
|
0,62 |
|
0,31 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
1500 |
|
0,66 |
|
0,29 |
|
||||
13 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
250 |
|
0,7 |
|
2,00 |
|
||||
14 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
350 |
|
0,74 |
|
2,00 |
|
||||
15 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
100 |
|
400 |
|
0,1 |
|
1,11 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
500 |
|
0,15 |
|
0,91 |
|
||||
17 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
100 |
|
600 |
|
0,2 |
|
0,77 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
100 |
|
700 |
|
0,25 |
|
0,67 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
100 |
|
800 |
|
0,3 |
|
0,59 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
100 |
|
900 |
|
0,35 |
|
0,53 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
1000 |
|
0,4 |
|
0,48 |
|
||||
22 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
100 |
|
1000 |
|
0,45 |
|
0,43 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
100 |
|
1100 |
|
0,5 |
|
0,40 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
1200 |
|
0,55 |
|
0,37 |
|
||||
25 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
100 |
|
1300 |
|
0,6 |
|
0,34 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
1400 |
|
0,65 |
|
0,32 |
|
||||
27 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
100 |
|
1500 |
|
0,7 |
|
0,30 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
100 |
|
1600 |
|
0,1 |
|
0,29 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
100 |
|
1700 |
|
0,14 |
|
0,27 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
68
7.3 Рабочее задание
1) Соберите в Multisim Live схему последовательного колебательного контура (рисунок 7.2). В качестве источника используйте источник синусоидального напряжения «AC Voltage».
Рисунок 7.2
2) По данным таблицы 7.1 для своего варианта рассчитайте значения резонансной частоты f0
f |
|
= |
1 |
0 |
|
||
|
2 |
LC |
|
|
|
ВАЖНО! При расчете частоты индуктивность L должна быть подставлена в Генри, а емкость C в фарадах (1мкФ = 10-6 Ф).
Округлите рассчитанную частоту f0 до целого значения.
3) Установите параметры элементов в соответствии со своим вариантом
(таблица 7.1) и предварительными расчетами:
– источник переведите в режим действующего напряжения (во вкладке
«Item» вместо пункта «Peak Voltage» выберите «RMS Voltage»), введите требуемые действующее значение входного напряжения и рассчитанную в пункте 2) частоту;
– введите значения сопротивления R, индуктивности L, емкости
69
конденсатора C.
4) Амперметр и вольтметры переведите в режим измерения действующих тока и напряжения (галочку в пункте «Measurement labels» вкладки «Item»
прибора переставьте в поле «Periodic»).
5) Включите симуляцию и посмотрите на показания приборов. В режиме резонанса напряжения величина измеряемого тока должна быть максимальной,
напряжения UL и UС должны быть равны (допускается небольшая погрешность). Если этого не наблюдается, изменяя немного частоту генератора
(вверх или вниз с шагом 1 Гц), добейтесь максимально близких значений UL и
UС на вольтметрах (рисунок 7.3). Эта частота и будет точным значением резонансной частоты.
Рисунок 7.3
6) Экспериментально установленное точное значение резонансной частоты, исходные данные, а также показания амперметра и вольтметров запишите в таблицу 7.2.
70