Резонанс в электрических сетях
Чертухин В.А.,
Браилов А.О.
ГБПОУ ЯНАО
«Муравленковский многопрофильный колледж», г. Муравленко
Научный руководитель: Гараева Т.Е.,
преподаватель.
Актуальность данной темы заключается в том, что накоплено множество знаний по теме: «Резонанс в электрической цепи» и их необходимо представить в понятной форме для облегчения общего восприятия темы для студентов.
Тема исследования - Резонанс в электрической цепи.
Цель исследования заключается в том, чтобы осмыслить, структурировать, обобщить знания в виде таблиц и графиков. Разработать для студентов колледжа инструкцию по выполнению лабораторно- практической работы по дисциплине «Электротехника и электроника».
Методы исследования: Анализ научной и публицистической литературы, эксперимент.
Эксперимент проводился на базе ГБПОУ ЯНАО «Муравленковский многопрофильный колледж».
1.Теоретические подходы к понятию электрических цепей
Электрическая цепь - совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.
Резонанс в электрической цепи — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний тока при приближении частоты внешнего напряжения (эдс) и собственной частоты колебательного контура.
Явление резонанса относится к наиболее важным с практической точки зрения свойствам электрических цепей. Оно заключается в том, что электрическая цепь, имеющая реактивные элементы обладает чисто резистивным сопротивлением.
Для определения условий возникновения режима резонанса в электрической цепи нужно:
1) Найти ее комплексное сопротивление или проводимость;
2) Выделить мнимую часть и приравнять к нулю.
1.1 Причины резонанса
Резонанс напряжений появляется в случае последовательного соединения участков, содержащих сопротивления индуктивного и емкостного характера, а также резисторы.
Такая простая цепь очень часто носит название последовательного или параллельного контура. В резонансном контуре вовсе не обязательно присутствие резистивного сопротивления.
Явление резонанса используется в радиотехнике для измерения частоты колебаний или отвечающей ей длины электромагнитной волны с помощью измерительных приборов, называемых волномерами.
Особенно опасен резонанс при последовательном соединении индуктивных и емкостных элементов цепи при малом активном сопротивлении ее, так как при этом на индуктивных и емкостных элементах могут появиться весьма высокие напряжения.
Подобные явления могут возникнуть при подключении к зажимам генератора или трансформатора длинной линии передачи или кабеля, не замкнутых на другом их конце на приемник энергии.
Генератор и трансформатор обладают индуктивностью, а линия и кабель обладают емкостью и индуктивностью.
При отсутствии активной нагрузки на конце линии затухание такой цепи невелико, и легко могут появиться перенапряжения, если частота близка к резонансной.
Таблица 1
| Резонанс в электрических цепях | |
Последовательное соединение резистора, катушки индуктивности и конденсатора
| Параллельное соединение резистора, катушки индуктивности и конденсатора
|
Ul>Uс – В цепи преобладает индуктивность
| Il>Ic - В цепи преобладает индуктивность
|
Ul<Uc– В цепи преобладает ёмкость
| Il<Ic - В цепи преобладает ёмкость
|
Ul=Uc – Возникновение резонанса ( = 0). 
| Il=Ic - Возникновение резонанса ( = 0).
|
2. Экспериментальная часть
Нами была разработана инструкция по проведению эксперимента, которая в дальнейшем будет предложена студентам для выполнения лабораторно-практических работ по дисциплине «Электротехника и электроника». Данная инструкция приведена ниже.
Инструкция для выполнения лабораторно-практической работы по дисциплине «Электротехника и электроника»
1 Порядок выполнения работы для последовательного резонансного контура.
Снимите экспериментально частотные характеристики последовательного резонансного контура - R(), X(), Z(), I(), UL(), UC() и () - при Q>1.
Измерьте омметром активное сопротивление катушки индуктивности, указанной на схеме (рисунок 5).
R= Ом.
Вычислите резонансную частоту, характеристическое сопротивление и добротность резонансного контура:
f0=1/2√(LC)= Гц; =√(L/C)= Ом; Q=/R=
Соберите цепь согласно схеме (рисунок 5), включив в неё в качестве измерительных приборов соответствующие гнёзда коннектора и считая сопротивление R сопротивлением катушки индуктивности. Добавочное сопротивление Rдоб на этом этапе примите равным нулю (Q>1). Подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U=5 B, f=f0.
Рисунок-5
Включите приборы и по показанию фазометра настройте более точно резонансный режим, изменяя частоту приложенного напряжения. Сравните экспериментальную резонансную частоту с расчётной:
Экспериментальная f0= Гц.
Расчётная f0= Гц.
Изменяя частоту от 0,2 до 2 кГц, запишите в таблицу 2 показания приборов.
Включите в цепь добавочное сопротивление Rдоб=100…330 Ом и убедитесь, что резонансная частота не изменилась, а ток и напряжения UL и UC при резонансе стали меньше.
Таблица 2
| f, Гц | R, Ом | X, Ом | Z, Ом | I, мА | UC, В | URL, В | , град |