double arrow

Общие сведения. В работе сначала определяются параметры катушки методом амперметра, вольтметра и ваттметра при питании напряжения частоты f1 = 50 Гц

В работе сначала определяются параметры катушки методом амперметра, вольтметра и ваттметра при питании напряжения частоты f1 = 50 Гц.

Схема для определения параметров катушки показана на рис.4.3.

Рис.4.3

По изменённым значениям тока IK, напряжения UK и мощности PK можно определить полное, активное и индуктивное сопротивления катушки по формулам

, , , (4.1)

а также индуктивность и сдвиг по фазе между напряжением и током

; (4.2)

- угловая частота.

При последовательном соединении элементов R, L, C полное сопротивление цепи определяется выражением

(4.3)

где Rактивное сопротивление цепи;

x – реактивное сопротивление цепи.

Реактивное сопротивление цепи при этом определяется выражением

(4.4)

где xL = ωL – индуктивное сопротивление цепи;

xC = 1/ωC – емкостное сопротивление цепи.

Действующее значение тока в цепи определяется выражением

(4.5)

где U – действующее значение напряжения на зажимах цепи.

При последовательном соединении R, L и C при определённых значениях xL и xC имеет место явление, называемое резонансом напряжения.

Резонансом напряжений называется такое состояние электрической цепи при последовательном соединении элементов R, L, C (рис.4.4.), когда сдвиг по фазе между напряжением на зажимах цепи и током в ней равен нулю, при этом xL = xC[1,2].

Рис. 4.4.

Напряжение на активном сопротивлении совпадает по фазе с током и равно

(4.6)

Напряжение на емкости отстаёт от тока по фазе на 900

(4.7)

Напряжение на индуктивности опережает ток на 900

(4.8)

Средняя мощность, расходуемая в цепи, определяется по формуле

(4.9)

Сдвиг фаз между напряжением на зажимах цепи и током в ней определяется выражениями:

; ; (4.10)

При резонансе cosφ = 1, а ток в цепи достигает максимального значения.

Если катушка индуктивности L имеет собственное сопротивление RL, то падение напряжения на ней равно

(4.11)

При этом полное активное сопротивление цепи будет равно сумме внешнего сопротивления R1 и собственного сопротивления катушки RL

Векторная диаграмма напряжений и тока в цепи при индуктивном характере нагрузок показана на рис.4.5.

Рис.4.5.

При резонансе φ = 0, и, следовательно, xL = xC. При постоянных L и C это равенство имеет место на резонансной частоте

или (4.12)

Резонансное значение тока в цепи

(4.13)

Напряжение на активном сопротивлении R при резонансе равно напряжению источника питания.

(4.14)

Напряжение на емкости и на индуктивности при резонансе равны между собой

(4.15)

где - добротность контура;

- волновое или характеристическое сопротивление контура.

Средняя мощность при резонансе

(4.16)

Векторная диаграмма напряжений и токов при резонансе напряжений показана на рис. 4.6. Настроить цепь в резонансе с частотой источника питания можно также изменением индуктивности на ёмкости. Графики изменений тока в цепи, сдвига фаз и напряжений на элементах схемы при изменении частоты источника питания называются амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристиками контура и показаны на рис.4.7.

Рис.4.6.

Рис.4.7.

Частотные характеристики могут быть построены по уравнениям (4.3 ÷ 4.11). Из выражения (4.5) следует

(4.17)

Максимумы UL и UC достигаются при частотах, отличных от резонансной частоты ωР. UL maxнаступает при частоте , а UC maxпри частоте .

Частотная характеристика тока позволяет экспериментально определить добротность контура.

Если определить полосу частот , пропускаемых контуром на уровне , то добротность контура может быть найдена из выражения

(4.18)

На границах полосы пропускания сдвиг фаз между напряжением на зажимах цепи и током в ней составляет φ = ± 450.


Сейчас читают про: