NUOSEKLIOSIOS KINTAMOSIOS SROVĖS GRANDINĖS TYRIMAS

by

2 laboratorinis darbas

NUOSEKLIOSIOS KINTAMOSIOS SROVĖS GRANDINĖS TYRIMAS

 

 

Atliko stud. Amf-14/1 Atliktas
(grupė) (data, dėst. parašas)
Lina Aleksandravičiūtė Apgintas
(vardas pavardė) (data, dėst. parašas)

 

Darbo tikslas:

Ištirti kintamosios srovės grandinę.

Išmokti skaičiuoti kintamosios srovės grandines, sudarytas iš nuosekliai sujungtų R, L, ir C imtuvų.

Įgyti vektorinių diagramų braižymo įgūdžius ir išmokti naudoti juos analizuojant kintamosios srovės grandines.

Susipažinti su įtampų rezonanso reiškiniu.

 

TYRIMŲ OBJEKTAS IR DARBO EIGA.

Šis darbas susideda iš dviejų dalių. Pirmoje mes tirsime kontūrą, susidedantį tik iš aktyvinio ir talpinio elemento (RC), antroje – tirsime kontūrą susidedantį iš aktyvinio, talpinio ir induktyvinio (RLC) elemento.

 

RC grandinės tyrimas.

Tyrimų objektas yra nuosekliai sujungtas rezistorius R8 (R8 =1 kΩ) ir kondensatorius C2 (C2 = 4,7 μF), kurie yra sumontuoti modulio KL – 13001 bloke e. Grandinė bus prijungta prie 9 V 50 Hz kintamos įtampos šaltinio.

 

Užduotis

Eksperimentiškai ištirti nuosekliąją RC grandinę.

 

Įrenginiai

Pagrindinis blokas KL-21001 su moduliu KL-13001

Laidai

Voltmetras

 

Darbo eiga

Surinkite 4.1 pav. parodytą nuosekliosios kintamosios srovės grandinės tyrimo schemą. Įtampą kondensatoriuje C2 (UC) bei rezistoriuje R8 (UR) matuokite multimetru.

Naudojant aukščiau pateiktas formules apskaičiuokite atskirų elementų parametrus ir įtampas:

C2 reaktyvioji varža XC =

Pilnutinė varža Z ===

Įtampa rezistoriuje R8 UR =I*==== = 7,45 V

Įtampa kondensatoriuje C2 UC =

 

Prijunkite voltmetrą ir pamatuokite maitinimo šaltinio įtampą, rezistoriaus R8 ir kondensatoriaus C2 įtampas. Užrašykite jų vertes:

Maitinimo šaltinio įtampa U = 9,31 V

Įtampa rezistoriuje R8 UR = 7,64 V

Įtampa kondensatoriuje C2 UC = 5,19 V

Srovė grandinėje I = 7 mA

Ar sutampa jūsų matavimai su skaičiavimais?

Skaičiavimo ir matavimų rezultatai skiriasi nedidele paklaida, kuri galėjo atsirasti dėl matavimo netikslumo, matavimo prietaisų paklaidos arba apvalinimo skaičiuojant netikslumų.

Ar galioja formulė ? Jei ne – paaiškinkite kodėl.

9,31≠7,64+5,19. Formulė negalioja, nes išmatuota įtampa U yra lygi efektinei įtampos vertei, o įtampų suma lygi amplitudinei (maksimaliai) vertei.

Nubrėžkite šios grandinės įtampų ir varžų vektorinės diagramas.

 

R

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Įtampų trikampis Varžų trikampis

 

 

 

 

b)

 

4.1 pav. Nuosekliosios RC grandinės tyrimo ekvivalentinė (a) ir surinkimo (b) schema

 

 

 

Nuosekliosios RCL grandinės tyrimas.

Šio darbo tyrimo objektas yra nuosekliai sujungtas kondensatorius C4 (C4 = 0,1 μF), induktyvioji ritė L3 (L3 = 10 mH) ir rezistorius R13 (R13 = 330 Ω), kurie yra sumontuoti modulio KL – 13001 bloke i. Grandinė bus prijungta prie kintamos įtampos generatoriaus. Tyrimus atliksime keičiant kintamos įtampos dažnį.

 

Užduotis

Eksperimentiškai ištirti nuosekliąją kintamosios srovės grandinę ir:

apskaičiuoti grandinės parametrus Z, R, XL, XC, X;

nubraižyti vektorių diagramas;

sudaryti charakteristikas: cosφ = f(f), I = f(f) ir P = f(cosφ).

 

Įrenginiai

Pagrindinis blokas KL-21001 su moduliu KL-13001

Laidai

Ommetras, voltmetras

 

4.2 pav. Nuosekliosios RLC grandinės tyrimo ekvivalentinė schema

 

Darbo eiga

Pasirinkite modulio KL-13001 bloką i (žr.4.3 pav.).

Išmatuokite ir užrašykite rezistoriaus R13 bei induktyvinės ritės aktyvines varžas:

R13 = 326,3 Ω RL3 = 61,4 Ω .

 

Surinkite 4.2 ir 4.3 pav. parodytą nuosekliosios kintamosios srovės grandinės tyrimo schemą. Funkcinio generatoriaus išėjimo įtampą (V) bei grandinės srovę (I) matuokite su voltmetru ir ampermetru, esančiais pagrindiniame bloke. Įtampą kondensatoriuje (U1), induktyvinėje ritėje (U2) bei rezistoriuje R13 (UR) matuokite multimetru.

Perjunkite funkcinį generatorių į sinusinio signalo generavimo padėtį. Keisdami funkcinio generatoriaus amplitudės rankenėlę nustatykite ir palaikykite viso eksperimento metu pastovią išėjimo įtampos amplitudę U = 5 V.

Keisdami kintamo signalo dažnį matuokite įtampą kiekviename elemente ir srovės stiprį visoje grandinėje. Matavimo rezultatus surašykite į 4.1 lentelę Matavimus pradėkite nuo mažiausių dažnių. Kintamos įtampos dažnį keiskite sukdami dažnio rankenėlę bei perjungdami dažnių diapazoną.

 

4.3 pav. Nuosekliosios RLC grandinės tyrimo jungimo schema

Keisdami dažnį f nustatykite grandinėje įtampų rezonanso režimą (jis bus tada, kai I = Imax). (L3 = 10 mH)

Apskaičiuokite lentelėje nurodytus dydžius. Atkreipiame dėmesį, kad Uakt, UL, XC, XL, tg galima apskaičiuoti taip:

 

 

4.1 lentelė. Bandymų ir skaičiavimų rezultatai

Bandymų duomenys Skaičiavimų duomenys
f, kHz UR, V U1, V U2, V I, mA ULakt, V UL, V XC,  XL,  tg cos 
0,1 0,06 5,05 0,01 0 0 0,01 338,6 6,28 -84 0,012
0,5 0,48 4,96 0,096 1 0,0614 0,074 67,7 31,4 -9,02 0,11
1 0,99 4,93 0,26 3 0,1842 0,183 33,9 62,8 -4,04 0,24
2 1,64 4,88 0,598 5 0,307 0,513 16,9 125,7 -2,24 0,408
3 2,71 4,96 1,53 8 0,4912 1,449 11,3 188,5 -1,10 0,673
4 3,77 4,82 2,81 11 0,6754 2,728 8,47 251,3 -0,47 0,905
5 4,3 4,02 4,46 12 0,7368 4,399 6,77 314,2 0,075 0,997
6 4,17 2,47 5,72 10 0,614 5,687 5,64 377,0 0,67 0,831
7 3,87 1,79 6,53 9 0,5526 6,507 4,84 439,8 1,07 0,683
8 2,62 1,38 6,87 7 0,4298 6,857 4,23 502,7 1,80 0,486
9 2,24 0,99 7,57 6 0,3684 7,561 3,76 565,5 2,52 0,369
10 2,11 0,85 8,15 5 0,307 8,144 3,39 628,3 3,02 0,314
20 1,63 0,47 9,46 4 0,2456 9,457 1,69 1256,6 4,79 0,204

Apskaičiuokite užduoties Z vienam bandymų atvejui, pateikdami skaičiavimo formules, eigą ir rezultatus;

 

 

Kai f=20 kHz:

 

Nubraižykite vektorių diagramas trims konkretiems bandymų atvejams (diagramos braižomos masteliu):

 

kai tg φ > 0 (UL > U1), (kai f=8 kHz):

U

I

Z

 

 

 

 

 

 

++1

 

 

 

 

 

Įtampų trikampis Varžų trikampis

 

 

kai tg φ ≈ 0 (UL ≈ U1), (kai f=5 kHz):

 

 

I

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Įtampų trikampis Varžų trikampis

 

 

 

 

 

kai tg φ < 0 (UL < U1), (kai f=1 kHz):

 

 

 

I

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nubraižykite charakteristikas: cosφ = f(f), I = f(f) ir P = f(cosφ).

 

 

 

 

 

 

 

Išvados: Laboratorinio darbo metu tyrėme nuosekliai sujungtas RC ir RLC grandines ir apskaičiavome pagrindinius grandinių parametrus. Iš antrosios grandinės matome, kad didinant dažnį parametrai(cos(ɸ) ir srovės stipris I) didėja tik iki tam tikros ribos, o toliau didinant dažnį parametrai pradeda mažėti. Iš paskutinio grafiko grandinės galia tiesiogiai proporcinga cos(ɸ) ).

8