Материал: Лабораторная работа 32
Федеральное агентство связи
ордена Трудового Красного Знамени
Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский технический университет связи и информатики
Кафедра «Теории электрических цепей»
Лабораторная работа №32
«Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте»
Выполнила:
студентка группы БСТ1904
Пантелеева К.А.
Вариант 15
Проверил:
доц. Микиртичан А.Г.
Москва 2020
Оглавление
1 Цель работы 3
2 Формулы 3
3 Предварительный расчет 3
4 Графики и выводы 6
5 Вопросы для самопроверки 15
6 Вывод 15
1 Цель работы
С помощью приложения Micro-cap исследовать электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока.
2 Формулы
Для С-цепи
- комплексное сопротивление конденсатора
– емкостное сопротивление конденсатора
Для L-цепи
– комплексное сопротивление катушки
XL = ωL – индуктивное сопротивление катушки
Закон Ома для комплексных величин
I = U / Z – комплексный ток
U = Z * I – комплексное падение напряжения
- комплексное напряжение на катушке
- комплексное напряжение на конденсатор
3 Предварительный расчет
3.1 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление конденсатора ZC (рисунок 1)., определить его полное сопротивление и аргумент на пяти частотах 1,2,3,4 и 5 кГц, если С=38,7 нФ.
Рисунок 1 – схема 1
Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 1 предварительного расчета.
Таблица 1
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||
f, кГц |
C, нФ |
ZС, Ом |
|ZС|, Ом |
arg(ZС), град. |
|ZС|, Ом |
arg(ZС), град. |
|
1 |
38,7 |
-4210 |
4210 |
-90 |
4113 |
-90 |
|
2 |
38,7 |
-2105 |
2105 |
-90 |
2056 |
-90 |
|
3 |
38,7 |
-1403 |
1403 |
-90 |
1371 |
-90 |
|
4 |
38,7 |
-1053 |
1053 |
-90 |
1028 |
-90 |
|
5 |
38,7 |
-849 |
849 |
-90 |
832 |
-90 |
|
3.2 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRC RC-цепи (рисунок 2) для пяти частот 1,2,3,4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=сли R=3 кОм, С=38,7 нФ.
Рисунок 2
Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 2 предварительного расчета.
Таблица 2
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
|||||||
f, кГц |
C, нФ |
R, кОм |
ZRC, Ом |
|ZRC|, Ом |
arg|ZRC|, град. |
|ZRC|, Ом |
arg|ZRC|, град. |
|
1 |
38,7 |
3 |
-5089 |
5089 |
-53,890 |
5089 |
-53,890 |
|
2 |
38,7 |
3 |
-3636 |
3636 |
-34,411 |
3636 |
-34,411 |
|
3 |
38,7 |
3 |
-3299 |
3299 |
-24,565 |
3299 |
-24,565 |
|
4 |
38,7 |
3 |
-3171 |
3171 |
-18,917 |
3171 |
-18,917 |
|
5 |
38,7 |
3 |
-3111 |
3111 |
-15,332 |
3111 |
-15,332 |
|
3.3 Рассчитать напряжения на конденсаторе U2=U2ejφ, если U1=0,707ej0 на частотах 1,2,3,4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу (рисунок 3).
Рисунок 3
Записать комплексное напряжение U2 в экспоненциальной форме. Полученные данные занести в таблицу 3 предварительного расчета.
Таблица 3
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||||
f, кГц |
C, нФ |
R, кОм |
U1, В |
U2, В |
φ, град. |
U2, В |
U2, В |
φ, град. |
|
1 |
38,7 |
3 |
0,707 |
0,807 |
-36,19 |
-0.0075 + 0.8070i |
0,807 |
-36,119 |
|
2 |
38,7 |
3 |
0,707 |
0,565 |
-55,589 |
0.3242 + 0.4627i |
0,565 |
-55,589 |
|
3 |
38,7 |
3 |
0,707 |
0,415 |
-65,519 |
-0.3729 - 0.1822i |
0,415 |
-65,519 |
|
4 |
38,7 |
3 |
0,707 |
0,323 |
-71,165 |
-0.1489 - 0.2866i |
0,323 |
-71,165 |
|
5 |
38,7 |
3 |
0,707 |
0,211 |
-83,567 |
0.1967 + 0.1761i |
0,264 |
-74,668 |
|
3.4 Рассчитать в экспоненциальной форме комплексное сопротивление катушки индуктивности (рисунок 4) для пяти частот 1,2,3,4 и 5 кГц, определить ее полное сопротивление и аргумент, если L=31 мГн.
Рисунок 4
Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 4 предварительного расчета.
Таблица 4.
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||
f, кГц |
L, мГн |
Z1, Ом |
|Z1|, Ом |
arg(Z1), град. |
|Z1|, Ом |
arg(Z1), град. |
|
1 |
31 |
-194,7 |
194,7 |
90 |
194,7 |
90 |
|
2 |
31 |
-389,2 |
389,2 |
90 |
389,2 |
90 |
|
3 |
31 |
-583,4 |
583,4 |
90 |
583,4 |
90 |
|
4 |
31 |
-799,8 |
779,8 |
90 |
779,8 |
90 |
|
5 |
31 |
-973,0 |
973,0 |
90 |
973,0 |
90 |
|
3.5 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление RL-цепи (рисунок 5) для пяти частот 1,2,3,4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=3 кОм, L=31 мГн.
Рисунок 5
Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 5 предварительного расчета.
Таблица 5
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
|||||||
f, кГц |
L, мГн |
R, кОм |
ZRL, Ом |
|ZRL|, Ом |
arg(ZRL), град. |
|ZRL|, Ом |
arg(ZRL), град. |
|
1 |
31 |
3 |
-3006 |
3006 |
3,715 |
3006 |
3,715 |
|
2 |
31 |
3 |
-3025 |
3025 |
3,399 |
3025 |
7,399 |
|
3 |
31 |
3 |
-3056 |
3056 |
11,022 |
3056 |
11,022 |
|
4 |
31 |
3 |
-3100 |
3100 |
14,558 |
3100 |
14,558 |
|
5 |
31 |
3 |
-3154 |
3154 |
17,935 |
3154 |
17,935 |
|
3.6 Рассчитать напряжения на катушке индуктивности, если U1=0,707 для пяти частот 1,2,3,4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу (рисунок 6).
Рисунок 6
Записать комплексное напряжение в экспоненциальной форме. Полученные данные занести в таблицу 6 предварительного расчета.
Таблица 6
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||||
f, кГц |
L, мГн |
R, кОм |
U1, В |
U2, В |
φ, град. |
U2, В |
U2, В |
φ, град. |
|
1 |
31 |
3 |
0,707 |
0,064 |
-93,715 |
0.0551 + 0.0325i |
0,064 |
-93,715 |
|
2 |
31 |
3 |
0,707 |
0,128 |
-97,399 |
-0.1280 + 0.0012i |
0,128 |
-97,399 |
|
3 |
31 |
3 |
0,707 |
0,191 |
-101,022 |
0.1684 - 0.0901i |
0,191 |
-101,022 |
|
4 |
31 |
3 |
0,707 |
0,251 |
-104,558 |
-0.1589 + 0.1943i |
0,251 |
-104,558 |
|
5 |
31 |
3 |
0,707 |
0,308 |
-107,95 |
0.1171 - 0.2849i |
0,308 |
-107,995 |
|
4 Графики и выводы
На рисунках 7-8 представлены теоретический и экспериментальный графики зависимости модуля С-цепи от частоты.
Рисунок 7
Рисунок 8
Вывод: при увеличении частоты уменьшается модуль сопротивления С-цепи.
На рисунках 9-10 представлены теоретический и экспериментальный графики зависимости модуля С-цепи от частоты.
Рисунок 9
Рисунок 10
Вывод: при увеличении частоты фаза сопротивления С-цепи остается неизменной.
На рисунках 11-12 представлены теоретический и экспериментальный графики зависимости модуля комплексного сопротивления RС-цепи от частоты.
Рисунок 11
Рисунок 12
Вывод: при увеличении частоты модуль комплексного сопротивления RC-цепи уменьшается.
На рисунках 13-14 представлены теоретический и экспериментальный графики зависимости фазы комплексного сопротивления RС-цепи от частоты.
Рисунок 13
Рисунок 14
Вывод: при увеличении частоты фаза комплексного сопротивления RC- цепи увеличивается.
На рисунках 15-16 представлены теоретический и экспериментальный графики зависимости модуля комплексного напряжения RС-цепи от частоты.
Рисунок 15
Рисунок 16
Вывод: при увеличении частоты модуль комплексного напряжения RC-цепи на конденсаторе уменьшается.
На рисунках 17-18 представлены теоретический и экспериментальный графики зависимости фазы комплексного напряжения RС-цепи от частоты.