2
Temat ćwiczenia:
BADANIE REZONANSU NAPIĘĆ
Zespół Nr. 2
Hubert Zemsta
Data wykonania ćwiczenia:
Ocena:
WEAiI
Cel ćwiczenia – wprowadzenie teoretyczne.
Celem ćwiczenia jest poznanie własności i pomiar parametrów obwodu rezonansowego szeregowego.
Obwody elektryczne, w których mamy do czynienia ze zjawiskiem rezonansu, nazywamy obwodami rezonansowymi. Rezonans występujący w obwodzie, w którym elementy R, L, C połączone są szeregowo nazywamy rezonansem szeregowym lub rezonansem napięć. W trakcie rezonansu dochodzi do spadku napięcia na kondensatorze (UC) i na cewce (UL), które połączone są szeregowo i są zasilane prądem przemiennym (I). Napięcia te znoszą się wzajemnie, ponieważ kierunki przesunięcia ich faz względem prądu są przeciwne. Częstotliwość przy której występuje rezonans, to częstotliwość rezonansowa.
Rezonans napięć można osiągnąć poprzez zmianę indukcyjności cewki, pojemności kondensatora lub częstotliwości źródła zasilającego. Częstotliwość rezonansowa opisana jest wzorem:
f – czÄ™stotliwość obwodu (Hz)
L – indukcyjność cewki (H)
C – pojemność kondensatora (F)
W stanie rezonansu napięć:
Impedancja (opór całkowity) obwodu jest równa rezystancji (Z=R),
Napięcie przyłożone do obwodu jest równe napięciu na rezystancji (U = UR),
Suma geometryczna napięć na indukcyjności i pojemności jest równa zeru (UL + UC = 0),
Napięcie na indukcyjności jest równe co do modułu napięciu na pojemności (|UL|=|UC|),
Prąd jest zgodny w fazie z napięciem zasilającym i osiąga wartość maksymalną.
Rozpatrując zjawisko rezonansu napięć nie można pominąć dobroci rezonansowej. Dobroć (Q) jest stosunkiem napięcia na elemencie reaktancyjnym do napięcia na elemencie rezystancyjnym. Jest miarą przepięcia w obwodzie w stanie rezonansu, wskazuje ile razy napięcie na indukcyjności lub pojemności jest większe od napięcia na zaciskach obwodu.
Dobroć (Q) wyrażona jest wzorem:
Pomiary laboratoryjne – badanie rezonansu napięć.
Pierwszym krokiem było podłączenie układu pomiarowego według podanego schematu:
Wykorzystane elementy:
3 woltomierze V541
amperomierz AA-104 AC
generator GFG-8216A
kable
Generator ustawiamy na napięcie 3V i sygnał sinusoidalny. Zmieniając wartości częstotliwości wyjściowej generatora od 20Hz do 300Hz dokonujemy pomiaru prądu A, napięcia na cewce URL oraz napięcia na kondensatorze UC. Dane umieszczamy w tabeli.
Napięcie wyjściowe generatora należy każdorazowo korygować po zmianie częstotliwości do wartości 3V. Następnie korzystając z wzorów obliczamy napięcie na rezystancji cewki UR, napięcie na cewce UL, impedancję Z oraz kąt przesunięcia fazowego φ. Rysujemy na papierze milimetrowym wykresy wektorowe UL = UMAX, UC = UL, UL = UMAX.
Wzory:
Częstotliwość rezonansowa przy uwzględnieniu parametrów elementów obwodów w przybliżeniu wyniosła 91Hz. W praktyce po uwzględnieniu pomiarów rezonans otrzymaliśmy przy częstotliwości 77-80Hz.
Wnioski:
w trakcie rezonansu napięć, napięcie na cewce jest równe napięciu na kondensatorze,
różnica częstotliwości może być spowodowana błędem odczytu oraz godzinną przerwą w dostawie prądu podczas pomiarów,
dobroć rezonansowa w energetyce jest efektem niepożądanym, przepięcia w układzie mogą spowodować uszkodzenie sprzętu.