Последовательный колебательный контур

С.А. Васюков, О.И. Мисеюк

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА (РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ)

Методические указания к выполнению лабораторной работы

Москва

ИЗДАТЕЛЬСТВО

МГТУ им. Н.Э. Баумана

2017

 

УДК 621.3

 

Рецензент    

 

Васюков С.А., Мисеюк О.И.

Исследование линейных электрических цепей синусоидального тока (резонанс напряжений): методические указания к выполнению лабораторной работы по курсам «Электротехника», «Электротехника и электроника» С.А.Васюков, О.И.Мисеюк – М.: Изд – во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2018 – 27,[2] с.: ил.

В методических указаниях изложены основные теоретические сведения по цепям синусоидального тока, даны определения резонанса напряжений и токов. Приведены нормированные частотные характеристики последовательного колебательного контура. Представлены задание, порядок выполнения и методические указания к проведению работы, а также контрольные вопросы.

Для студентов 2 – 4 курсов МГТУ им. Н.Э.Баумана, обучающихся по программам бакалавриата и специалитета и изучающих дисциплины «Электротехника», «Электротехника и электроника» на кафедре «Электротехника и промышленная электроника»

© Издательство МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.. 4

1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 5

1.1. Последовательный колебательный контур. 5

1.2. Частотные характеристики последовательного колебательного контура. 6

2. ЗАДАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ... 9

2.1. Изучите описание лабораторного стенда (методические указания «Стенд и приборы для исследования электрических цепей») 9

2.2. Исследование линейной электрической цепи при последовательном.. 9

соединении катушки индуктивности L и конденсатора С (резонанс напряжений) 9

2.2.1. Измерьте активное сопротивление катушек индуктивности. 10

2.2.2. Соберите схему на наборном поле. 12

2.2.3. Активация виртуальных измерительных приборов. 14

2.2.4. Измерение резонансных частот при различных параметрах элементов схемы.. 14

2.2.5. Частотные характеристики резонансного контура. 16

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ.. 24

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 25

ЛИТЕРАТУРА.. 26

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современное высшее техническое образование, ориентированное на формирование профессиональных компетенций, уделяет большое внимание подготовке специалистов, владеющих как теоретическими знаниями, так и современными методами исследования. Особо выделяется способность проводить исследования физических процессов и свойств объектов с выбором технических средств, методов измерений, обработки и представления результатов. А эта способность во многом формируется в результате выполнения лабораторных практикумов.

При выполнении лабораторных работ по электротехнике преследуются две основные цели. Первая цель – закрепление на практике основных положений курса. Вторая цель – научить студента навыкам работы с электроизмерительными приборами. Цепи синусоидального тока нашли широкое применение как в промышленности, так и в повседневной жизни. Их расчет, особенно с применением комплексного метода, является составной частью подготовки современного инженера. Резонансные явления в цепях синусоидального тока встречаются при проектировании фильтров, корректирующих устройств автоматики, электронных генераторов и.т.п. Именно поэтому лабораторная работа по изучению цепей синусоидального тока является одной из базовых работ курса электротехники.

Цель лабораторной работы – изучение основных свойств, законов и режимов работы линейных электрических цепей синусоидального тока. Экспериментальное определение значений параметров элементов, входящих в исследуемую цепь, изучение их влияния на режим ее работы; экспериментальное исследование режима резонанса напряжений.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Резонанс представляет собой такой режим пассивной электрической цепи, содержащей индуктивности и емко­сти, при котором ток и напряжение цепи совпадают по фазе. При резонансе реактивное сопротивление и реактивная проводимость цепи равны нулю; соответственно равна нулю реактивная мощность на выводах цепи.

Резонанс напряжений наблюдается в элек­трической цепи с последовательным соединением участков, содержащих индуктивности и емкости. При резонансе напряжений индуктивное сопротивле­ние одной части цепи компенсируется емкостным сопро­тивлением другой ее части, последовательно соединенной с первой. В результате реактивное сопротивление и реак­тивная мощность на выводах цепи равны нулю.

В свою очередь резонанс токов наблюдается в электрической цепи с параллельным соединением участ­ков, содержащих индуктивности и емкости. При резонансе токов индуктивная проводимость одной части цепи компенсируется емкостной проводимостью дру­гой ее части, параллельно соединенной с первой. В резуль­тате реактивная проводимость и реактивная мощность на выводах цепи равны нулю.

Частоты, при которых наблюдается явление резонанса, называются резонансными частотами.

Последовательный колебательный контур

Резонанс напряжений. Резонансная цепь с последовательным соединением r, L  и C, рис. 1, является простейшей цепью для изу­чения явления резонанса напряжений.

Рис. 1. Последова­тельный колебательный контур.

 

Комплексное сопротивление такой цепи зависит от частоты:

                                           (1)

Резонанс напряжений наступает при частоте  когда

                                                    (2)

Резистивное сопротивление контура при резонансе .

Определим реактивные сопротивления на индуктивности и емкости при резонансе:

, .

Видно, что сопротивления  – характеристическое (волновое) сопротивление контура.

Резонансные свойства контура характеризуются добротностью .

Величина, обратная добротности,  называется затуханием.

Добротность последовательного колебательного контура:

                                                                        (3)