Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте. Отчет_лабораторная 32_вариант 11. Лабораторная работа 32 Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте Выполнила студентка Группы бст 0000

Название	Лабораторная работа 32 Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте Выполнила студентка Группы бст 0000
Анкор	Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте
Дата	04.03.2022
Размер	1.43 Mb.
Формат файла
Имя файла	Отчет_лабораторная 32_вариант 11.docx
Тип	Лабораторная работа #383157

Минцифры России

Ордена трудового красного знамени федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»
Кафедра

Теория электрических цепей

Лабораторная работа №32

«Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте»

Выполнила студентка

Группы БСТ 0000

Фамилия И.О.

Проверил доц. Микиртичан А.Г.

1 Цель работы 3

2 Задание для лабораторной работы 3

3 Предварительный расчет 3

4. Машинный эксперимент 11

4.1. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления С-цепи. 11

4.2. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RС-цепи. 13

4.3. Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RC-цепи. 15

4.4. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления L-цепи. 16

4.5. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи. 17

4.6. Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи. 19

Выводы. 20

Вопросы для самопроверки 21

1 Цель работы

С помощью программы Micro-Cap исследовать электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.

2 Задание для лабораторной работы

Изучить основные положения ТЭЦ о частотных характеристиках электрических цепей, о комплексных сопротивлениях RC- и RL-цепей. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования. Выполнить предварительный расчет, письменно ответить на вопросы для самопроверки.

3 Предварительный расчет

3.1. Расчет в алгебраической форме комплексного сопротивления конденсатора

(рис.1), определение его полного сопротивления

и аргумента arg

на пяти частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, если С = 37 нФ.

Рис.1

Формулы для расчета:

– комплексное сопротивление конденсатора;

– емкостное сопротивление конденсатора;

– модуль комплексного сопротивления конденсатора;

– аргумент(фаза) комплексного сопротивления конденсатора;

- мнимая единица;

– угловая частота;

f – частота.

Полученные величины занесли в таблицу 1 предварительного расчета.

Таблица 1 – Расчет сопротивления конденсатора

По предварительному расчету						Получено экспериментально
f, кГц	С, нФ	Ом	Ом	град.	Ом		град.
1	37	-j4301	4302	-90	4302		-90
2	37	-j2151	2151	-90	2151		-90
3	37	-j1434	1434	-90	1434		-90
4	37	-j1075	1075	-90	1075		-90
5	37	-j860	860	-90	860		-90

Векторная диаграмма показана на рис. 2.

Рис.2

- сопротивление конденсатора на частоте f = 1 кГц,

- сопротивление конденсатора на частоте f = 2 кГц,

- сопротивление конденсатора на частоте f = 3 кГц,

- сопротивление конденсатора на частоте f = 4 кГц,

- сопротивление конденсатора на частоте f = 5 кГц.

3.2. Расчет в алгебраической форме комплексного сопротивления

RC-цепи (рис.3) для пяти частот 1, 2, 3, 4, 5 кГц. Определение его полного сопротивления и аргумента, если R = 2800 Ом, С = 37 нФ.

Рис.3

Формулы для расчета:

– комплексное сопротивление RC-цепи;

– модуль комплексного сопротивления двухполюсника;

– аргумент (фаза) комплексного сопротивления двухполюсника;

- мнимая единица;

– угловая частота;

f – частота.

Полученные величины занесли в таблицу 2.

Таблица 2 – Расчет полного сопротивления RC-цепи

По предварительному расчету						Получено экспериментально
f, кГц	С, нФ	R, кОм	Ом	Ом	град.	Ом	град.
1	37	2,8	2800-j4301	5133	-56,9	5133	-56,9
2	37	2,8	2800-j2151	3531	-37,5	3531	-37,5
3	37	2,8	2800-j1434	3146	-27,1	3146	-27,1
4	37	2,8	2800-j1075	2999	-21	2999	-21
5	37	2,8	2800-j4301	2929	-17,1	2929	-17,1

Векторная диаграмма показана на рис.4.

Рис.4

- комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 1 кГц,

- комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 2 кГц,

- комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 3 кГц,

- комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 4 кГц,

- комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 5 кГц.

3.3. Расчет напряжения на конденсаторе

, если

на частотах 1, 2, 3, 4, 5 кГц, определение его модуля и фазы (рис.5).

Рис.5

Формулы для расчета:

– комплексный ток;

– комплексное падение напряжения;

- комплексное напряжение на конденсаторе.

Полученные данные занесли в таблицу 3.

Таблица 3 – Расчет напряжения на конденсаторе

По предварительному расчету								Получено экспериментально
f, кГц	С, нФ	R, кОм	U₁, В	U₂, В	φ, град.	, В	U₂, В		φ, град.
1	37	2,8	0,707	0,838	-33,1	0,838e^-j33,1^º	0,838		-33,1
2	37	2,8	0,707	0,609	-52,5	0,609e^-j52,5^º	0,609		-52,5
3	37	2,8	0,707	0,456	-62,9	0,456e^-j62,9^º	0,456		-62,9
4	37	2,8	0,707	0,359	-69	0,359e^-j69^º	0,359		-69
5	37	2,8	0,707	0,294	-72,9	0,294e^-j72,9^º	0,294		-72,9

3.4. Расчет в экспоненциальной форме комплексного сопротивления катушки индуктивности

(рис.6) для пяти частот 1, 2, 3, 4, 5 кГц. Определение ее полного сопротивления и аргумента, если L = 28 мГн.

Рис.6

Формулы для расчета:

– комплексное сопротивление катушки;

– индуктивное сопротивление катушки;

– модуль комплексного сопротивления катушки;

– аргумент (фаза) комплексного сопротивления катушки;

- мнимая единица;

– угловая частота;

f – частота.

Полученные данные занесли в таблицу 4.

Таблица 4 – Расчет сопротивления катушки индуктивности

По предварительному расчету						Получено экспериментально
f, кГц	L, мГн	Ом	Ом	град.	Ом		град.
1	28	j175,929	175,929	90	175,929		90
2	28	j351,858	351,858	90	351,858		90
3	28	j527,788	527,788	90	527,788		90
4	28	j703,717	703,717	90	703,717		90
5	28	j879,646	879,646	90	879,646		90

Векторная диаграмма (рис.7).

Рис.7

- комплексное сопротивление катушки на частоте f = 1 кГц,

- комплексное сопротивление катушки на частоте f = 2 кГц,

- комплексное сопротивление катушки на частоте f = 3 кГц,

- комплексное сопротивление катушки на частоте f = 4 кГц,

- комплексное сопротивление катушки на частоте f = 5 кГц.

3.5. Расчет в алгебраической форме комплексного сопротивления

RL-цепи (рис.8) для пяти частот 1, 2, 3, 4, 5 кГц. Определение его полного сопротивления и аргумента, если R = 2800 Ом, L = 28 мГн.

Рис.8

Формулы для расчета:

– комплексное сопротивление RL-цепи;

– модуль комплексного сопротивления двухполюсника;

– аргумент (фаза) комплексного сопротивления двухполюсника;

- мнимая единица;

– угловая частота;

f – частота.

Полученные данные занесли в таблицу 5.

Таблица 5 – Расчет полного сопротивления RL-цепи

По предварительному расчету							Получено экспериментально
f, кГц	L, мГн	R, кОм	Ом	Ом	град.	Ом		град.
1	28	2,8	2800+j175,929	2806	3,6	2806		3,6
2	28	2,8	2800+j351,858	2822	7,2	2822		7,2
3	28	2,8	2800+j527,788	2849	10,7	2849		10,7
4	28	2,8	2800+j703,717	2887	14,1	2887		14,1
5	28	2,8	2800+j879,646	2935	17,4	2935		17,4

Векторная диаграмма показана на рис.9.

Рис.9

- комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 1 кГц,

- комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 2 кГц,

- комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 3 кГц,

- комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 4 кГц,

- комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 5 кГц.

3.6. Расчет напряжения на катушке индуктивности

, если

для пяти частот 1, 2, 3, 4, 5 кГц, определение его модуля и фазы (рис.10).

Рис. 10
Полученные данные занесли в таблицу 6.

Таблица 6 – Расчет напряжения на катушке индуктивности

По предварительному расчету								Получено экспериментально
f, кГц	L, мГн	R, кОм	U₁, В	U₂, В	φ, град.	, В	U₂, В		φ, град.
1	28	2,8	0,707	0,063	86,4	0,063e^j86,4^º	0,063		86,4
2	28	2,8	0,707	0,125	82,8	0,125e^j82,8^º	0,125		82,8
3	28	2,8	0,707	0,185	79,3	0,185e^j79,3^º	0,185		79,3
4	28	2,8	0,707	0,244	75,9	0,244e^j75,9^º	0,244		75,9
5	28	2,8	0,707	0,3	72,6	0,3e^j72,6^º	0,3		72,6

4. Машинный эксперимент

4.1. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления С-цепи.

Собираем схему с источником синусоидального напряжения и конденсатором (рис.11).

Рис. 11 – Схема для исследования модуля и фазы комплексного сопротивления С-цепи

4.1.1. Построение зависимости модуля сопротивления С-цепи от частоты.

В меню Analysis выбрали команду AC…. В окне AC Analysis Limits устанавливаем параметры (рис.12).

Рис. 12
На рисунке 13 изображен график зависимости модуля комплексного сопротивления конденсатора от частоты. На графике отмечены величины модуля комплексного сопротивления конденсатора при f = 1 кГц и f = 2 кГц.

Рис. 13 – График зависимости модуля комплексного сопротивления конденсатора от частоты
Полученные данные величин модуля комплексного сопротивления конденсатора на частотах f = 1, 2, 3, 4, 5 кГц занесены в таблицу 1.
4.1.2. Построение зависимости фазы сопротивления С-цепи от частоты.

В окне AC Analysis Limits устанавливаем параметры Y Expression - “ph(V(C1)/I(C1))” и Y Range – “0, -180, 30” (рис.14).

Рис. 14
Получили график как на рисунке 15. На графике отмечены величины фазы комплексного сопротивления конденсатора при f = 1 кГц и f = 2 кГц.

Рис.15 - Зависимость фазы комплексного сопротивления конденсатора от частоты
С помощью окна Go To X задаем значения частоты f = 1, 2, 3, 4, 5 кГц и заполняем таблицу 1.

4.2. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RС-цепи.

Добавляем в предыдущую схему резистор (рис. 16).

Рис.16
Построение зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RC-цепи от частоты.

В окне AC Analysis Limits устанавливаем параметры как на рис.17.

Рис. 17
Получили графики (рис.18).

Рис. 18 - Зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RC-цепи от частоты
С помощью окна Go To X задаем значения частоты f = 1, 2, 3, 4, 5 кГц и заполняем таблицу 2.

4.3. Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RC-цепи.

В окне AC Analysis Limits устанавливаем следующие параметры (рис.19).

Рис. 19
Получили графики (рис.20).

Рис. 20 – Зависимость модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе

в RC-цепи от частоты
С помощью окна Go To X задаем значения частоты f = 1, 2, 3, 4, 5 кГц и заполняем таблицу 3.

4.4. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления L-цепи.

Собираем схему с источником синусоидального напряжения и катушкой (рис.21).

Рис. 21 – Схема для исследования модуля и фазы комплексного сопротивления L-цепи
Построение зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления L-цепи от частоты.

В меню Analysis выбрали команду AC…. В окне AC Analysis Limits устанавливаем параметры (рис.22).

Рис. 22
Получили графики (рис.23).

Рис. 23 – Зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления катушки от частоты
С помощью окна Go To X задаем значения частоты f = 1, 2, 3, 4, 5 кГц и заполняем таблицу 4.

4.5. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи.

Добавляем в предыдущую схему резистор R1 = 2.8k (рис. 24).

Рис.24
Построение зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи от частоты.

В окне AC Analysis Limits устанавливаем параметры как на рис.25.

Рис. 25
Получили графики (рис.26).

Рис. 26 - Зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи от частоты
С помощью окна Go To X задаем значения частоты f = 1, 2, 3, 4, 5 кГц и заполняем таблицу 5.

4.6. Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи.

В окне AC Analysis Limits устанавливаем следующие параметры (рис.27).

Рис. 27
Получили графики (рис.28).

Рис. 28 – Зависимость модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе

в RL-цепи от частоты
С помощью окна Go To X задаем значения частоты f = 1, 2, 3, 4, 5 кГц и заполняем таблицу 6.

Выводы.

В ходе проделанной работы были исследованы электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока.

Было рассчитано комплексное сопротивление конденсатора для различных частот, определены его модуль и аргумент, построена векторная диаграмма. При исследовании модуля и фазы комплексного сопротивления С-цепи в программе Micro-Cap, были получены параметры, полностью совпадающие с величинами предварительного расчета.

Произведён расчет комплексного сопротивления RC-цепи для различных частот, определено его полное сопротивление и аргумент, построена векторная диаграмма. При исследовании модуля и фазы комплексного сопротивления RС-цепи в программе Micro-Cap, были получены параметры, полностью совпадающие с величинами предварительного расчета.

Произведён расчет напряжения на конденсаторе RC-цепи для различных частот, напряжение записано в экспоненциальной форме. При исследовании модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RС-цепи в программе Micro-Cap, были получены параметры, полностью совпадающие с величинами предварительного расчета.

Произведён расчет комплексного сопротивления катушки индуктивности для различных частот, определено ее полное сопротивление и аргумент, построена векторная диаграмма. При исследовании модуля и фазы комплексного сопротивления L-цепи в программе Micro-Cap, были получены параметры, полностью совпадающие с величинами предварительного расчета.

Произведён расчет комплексного сопротивления RL-цепи для различных частот, определено его полное сопротивление и аргумент, построена векторная диаграмма. При исследовании модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи в программе Micro-Cap, были получены параметры, полностью совпадающие с величинами предварительного расчета.

Произведён расчет напряжения на катушке индуктивности RL-цепи для различных частот, напряжение записано в экспоненциальной форме. При исследовании модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи в программе Micro-Cap, были получены параметры, полностью совпадающие с величинами предварительного расчета.

Вопросы для самопроверки

Какая частота называется граничной для RL-цепи?

Граничной называется частота, при которой модуль реактивного сопротивления равен резистивному сопротивлению.

, , .

Каково значение модуля входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?

На граничной частоте модуль входного сопротивления RL-цепи:

Каково значение аргумента входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?

К чему стремится модуль тока RL-цепи при увеличении частоты?

При увеличении частоты увеличится индуктивное сопротивление, соответственно увеличится модуль входного сопротивления. Модуль тока RL-цепи будет уменьшаться и стремится к 0.

Чему равен модуль входного сопротивления RL-цепи при частоте равной нулю?

При частоте равной нулю модуль входного сопротивления RL-цепи равен R.

Москва 2021

Оглавление

1 Цель работы

2 Задание для лабораторной работы

3 Предварительный расчет

4. Машинный эксперимент

4.1. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления С-цепи.

4.2. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RС-цепи.

4.3. Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RC-цепи.

4.4. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления L-цепи.

4.5. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи.

4.6. Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи.

Выводы.

Вопросы для самопроверки