Результаты измерений и вычислений

Расчетная часть

По результатам измерений вычисляется активное сопротивление цепи R, величины полного сопротивления катушки индуктивности Z_K, индуктивного сопротивления катушки X_L, емкостного сопротивления конденсатора X_C и полного сопротивления всей цепи Z, величины напряжений U_R на активном и U_L на индуктивном сопротивлениях цепи, а также коэффициент мощности цепи cos j.

Вычисления параметров цепи проводятся по нижеследующим формулам:

Величина активного сопротивления цепи R вычисляется через общую потребляемую активную мощность Р и ток последовательной цепи I:

Полное сопротивление катушки индуктивности Z_K определяется из закона Ома для участка цепи:

Индуктивное сопротивление X_L катушки индуктивности определяется из треугольника сопротивлений:

Величины емкостного сопротивления Х_С и полного сопротивления цепи Z вычисляются по формулам:

Составляющие напряжений U_R и U_L катушки индуктивности определяются из закона Ома для участка цепи:

Коэффициент мощности цепи определяется по любому из следующих соотношений:

где S = UI, ВА – полная мощность цепи.

В табл. 1 отмечается сокращенным словом «рез.» опыт, в котором в режиме резонанса колебательного контура потребляемый цепью ток I и коэффициент мощности цепи cos φ принимают максимальные значения, полное сопротивление цепи Z достигает минимального значения, а напряжения на индуктивности U_L и конденсаторах U_C имеют максимумы вблизи режима резонанса и становятся равными друг другу в этом режиме.

Для этого опыта вычисляется добротность Q _Д колебательного контура из следующих соотношений:

Подсчитывается и записывается в отчете результат вычисления – во сколько раз напряжение на индуктивности и конденсаторе в режиме резонанса выше напряжения питания цепи (U_Lрез/U =? и U_Lрез/U =?). Этот результат сравнивается с вычисленной добротностью Q _Д колебательного контура.

Оформительская часть

Перед построением трех векторных диаграмм заполняется табл. 2, которая служит для определения длин векторов. Для этого из табл. 1 переносятся измеренные и вычисленные величины тока и напряжений для первого и последнего опыта, а также опыта, при котором наблюдается резонанс напряжений. Самостоятельно выбираются масштабы для тока m_I и напряжений m_U. Выбор масштабов и построение векторных диаграмм проводятся по правилам, изложенным в разд. 1.4 учебного пособия [2].

С помощью выбранных масштабов определяются длины векторов тока I и напряжений U_k по формулам:

где k – текущий индекс k -го напряжения (U_R, U_L, U_C, U).

Выбранные масштабы и длины векторов этих величин для трех опытов заносятся в табл. 2.

Таблица 2

Масштабы, величины и длины векторов напряжений и тока

По полученным данным, взятым из табл. 2, в выбранном масштабе строятся три векторные диаграммы. Общий характер векторных диаграмм с различным характером нагрузки показан на рис. 3.15, а для резонанса напряжений − на рис. 3.22 в электронном учебном пособии [2].

На одном рисунке по опытным данным в самостоятельно выбранных масштабах вычерчиваются графики функций U_L,U_С,I,Z,cos j = f (С) – резонансные кривые (общий вид резонансных кривых показан на рис. 3.23 в электронном учебном пособии [2]).

На построенных графиках вертикальной прямой отмечается область резонансного режима.

Самостоятельно делаютсявыводы о проведенной работе, отмечая характерные особенности экспериментально определенных параметров и характеристик исследуемой цепи.

Составляется и надлежащим образом оформляется отчет по данной лабораторной работе.

Рис. 4. Векторная диаграмма для цепи с последовательно-соединенными электроприемниками
с меньшей емкостью конденсаторов (опыт 1)

Рис. 5. Векторная диаграмма для цепи с последовательно-соединенными электроприемниками
с бóльшей емкостью конденсаторов (опыт 6)

Рис. 6. Векторная диаграмма для цепи с последовательно-соединенными электроприемниками
для резонанса напряжений (опыт?)

Рис. 7. Резонансные кривые U_L, U_С, I, Z, cos j в зависимости от емкости С
при последовательном соединении катушки индуктивности и батареи конденсаторов