54, CW54


Cel cwiczenia :

Celem cwiczenia bylo wykonanie poniarow pozwalajacych wykreslic krzywe rezonansu dla roznych tlumien, wyznaczenie czestotliwosci rezonansowej oraz wspolczynnikow dobroci obwodow i obliczenie nieznanej indukcyjnosci metoda rezonansowa.

Wiadomosci teoretyczne :

.

Jezeli do obwodu zlozonego z rezystora o rezystancji R, cewki indukcyjnej o indukcyjnosci L i kondensatora o pojemnosci C ( obwor RLC ) dolaczymy sile elektromotoryczna sinusoidalnie zmienna w czasie

E(t) = E0 sinωt

gdzie E0 - amplituda

ω - pulsacja

t - czas

to natezenie pradu I(t) w obwodzie wyrazi się wzorem :

I(t) = I0 sin(ωt - ϕ)

Natezenie praadu zmienia sie zatem w czasie równiez w sposob sinusoidalny z taka sama czestotliwoscia

f = ω/(2π) jak E(t).

Amplituda natezenia pradu I0 i roznica faz ϕ zaleza od wartosci R,L,C oraz E0

i pulsacji ω wedlug wzorow :

Wynika z tego, ze przy stalych wartosciach R,L,C amplituda I0 osiaga wartosc maksymalna rowna E0/R wtedy gdy ωL=1/(ωC) czyli

Wystepowanie maksimum amplitudy natezenia pradu dla okreslonej pulsacji sily elektromotorycznej , wymuszajacej przeplyw pradu w obwodzie, nazywamy rezonansem elektromagnetycznym (szeregowym). Pulsacja ω0 , przy ktorej wystepuje rezonans nazywa się pulsacja rezonansowa , czyli czestotliwosc rezonansowa jest rowna :

Z wykresu krzywych rezonansowych widac, ze im mniejsza jest rezystancja, tym wieksza jest wartosc amplitudy I0 i bardziej stromy przebieg krzywej rezonansu. W szczegolnym przypadku gdy R dazy do zera to maksimum I0 dazy do nieskonczonosci. Podczas rezonansu roznica faz ϕ jest rowna zeru.

Tlumiaca rola rezystancji w obwodzie RLC zwiazana jest z rozpraszaniem energii w postaci ciepla Joule'a. Wspolczynnik dobroci obwodu Q okreslamy nastepujaco :

W1 - energia zgromadzona w obwodzie podczas rezonansu

W2 - energia rozpraszana podczas jednego okresu

W obwodzie RLC energia zgromadzona W1 jest na przemian maksymalna energia naladowanego kondensatora, badz maksymalna energia pola magnetycznego cewki. W tym drugim przypadku mozemy napisac :

Na podstawie powyzszego wzoru mozemy obliczyc wspolczynnik dobroci obwodu w zaleznosci od danych jakimi dysponujemy . Wartosc Q jak widac jest odwrotnie proporcjonalna do rezystancji R.

Inna metoda wyznaczania wspolczynnika dobroci obwodu polega na pomiarze napiecia skutecznego UCS wystepujacego na kondensatorze C podczas rezonansu. Konieczna jest również znajomosc wartosci skutecznej sily elektromotorycznej Napiecie ES .na kondensatorze zgodnie z prawem Ohma dla pradu zmiennego, wynosi :

gdzie ZC = 1/(ωC) jest impedancja pojemnosciowa kondensatora.

Podczas rezonansu ω = ω0 oraz I0 = E0 /R.

Mozna wiec zatem napisac :

Czyli ostatecznie :

Schemat ukladu pomiarowego :

Zmierzone zaleznosci natezenia pradu od czestotliwosci dla stalej wartosci napiecia zasilajacego obwod ( U = 2 V ), oraz odczytane wartosci napiecia na kondensatorze w chwili rezonansu :

Lp.

f [kHz]

UC [V]

I [mA]

Lp.

f [kHz]

UC [V]

I [mA]

R3 i C1

R3 i C24.5

1

2.5

6.3

1

5.00

4.4

2

2.6

7.1

2

5.05

4.5

3

2.7

8.5

3

5.10

4.7

4

2.8

10.4

4

5.20

5.0

5

2.9

13.4

5

5.30

5.5

6

3.0

19.1

6

5.40

6.1

7

3.05

22.9

7

5.50

7.4

8

3.10

31.9

8

5.60

8.7

9

3.15

41.9

9

5.70

10.7

10

3.20

71.0

10

5.80

14.2

11

3.225

78.8

11

5.85

15.8

12

3.25

61.5

81.0

12

5.90

18.5

13

3.275

72.8

13

5.95

23.4

14

3.3

60.1

14

6.00

29.9

15

3.325

51.0

15

6.025

34.8

16

3.35

44.6

16

6.050

39.8

17

3.375

37.6

17

6.075

46.4

18

3.4

31.4

18

6.10

54.9

19

3.45

24.7

19

6.125

59.1

20

3.50

20.5

20

6.15

86.0

59.2

21

3.55

17.9

21

6.175

55.8

22

3.60

15.5

22

6.20

49.5

23

3.65

14.1

23

6.225

43.2

24

3.70

11.6

24

6.25

48.6

25

3.75

11.3

25

6.275

35.0

26

3.80

10.8

26

6.30

30.4

27

3.90

9.4

27

6.35

24.3

28

4.00

8.4

28

6.40

19.9

Lp.

f [kHz]

UC [V]

I [mA]

Lp.

f [kHz]

UC [V]

I [mA]

R2 i C1

R2 i C2

1

2.2

4.6

1

5.0

4.4

2

2.3

4.9

2

5.1

4.6

3

2.4

5.4

3

5.2

4.9

4

2.5

6.2

4

5.3

5.4

5

2.6

7.3

5

5.4

6.0l

6

2.7

8.3

6

5.5

6.8

7

2.75

9.5

7

5.6

8.7

8

2.80

10.5

8

5.7

10.1

9

2.85

11.5

9

5.8

12.9

10

2.90

13.2

10

5.9

17.6

11

2.95

15.2

11

5.95

20.9

12

3.00

17.7

12

6.00

26.2

13

3.05

21.7

13

6.025

31.1

14

3.10

28.5

14

6.05

33.9

15

3.125

33.2

15

6.075

36.9

16

3.150

36.6

16

6.10

40.7

17

3.175

42.1

17

6.125

43.8

18

3.20

50.0

18

6.150

63.5

44.0

19

3.225

40

54.6

19

6.175

43.5

20

3.25

54.3

20

6.20

40.6

21

3.275

52.4

21

6.225

36.2

22

3.30

46.3

22

6.25

33.3

23

3.325

40.4

23

6.275

30.3

24

3,35

37.7

24

6.30

27.3

25

3.40

28.9

25

6.350

23.0

26

3.45

23.6

26

6.40

20.0

27

3.50

20.0

27

6.450

17.5

28

3.55

17.3

28

6.50

15.6

Obliczenia:

A. Indukcyjnosci cewek

Δf1 2% wartosci obliczanej

ΔC1 5% wartosci obliczanej

f1 = 3.25 * 103 Hz Δf1 = 65 Hz

C1 = 62.53 * 10 -9 F ΔC1 = 3.126 * 10-9 F

L1 = 0.0384 H

ΔL1= 0.00141 H

dL1= 3.6 %

f2 = 6.15 * 103 Hz Δf2 = 123 Hz

C2 = 17.33 * 10 -9 F ΔC2 = 0.867 * 10-9 F

L2 = 0.0386 H

ΔL2= 0.0015 H

dL2= 6.7 %

B. Dobroc ukladu dla stalej pojemnosci kondensatora w ukladzie i dwoch opornosci

Δu 2% wartosci mierzonej

ΔU 1% wartosci mierzonej ( 0.02 V poniewaz U = 2 V)

1.R mniejsze

u1 = 61.5 V

Δu1 = 1.23 V

Q1 = 30.75 ΔQ1 = 0.615 V dQ1= 2 %

2.R wieksze

u2 = 40.0 V

Δu2 = 0.8 V

Q2 = 20.0 ΔQ2 = 0.4 V dQ2= 1 %

WNIOSKI:

Uzyskalismy idealnie pokrywajace sie czestotliwosci rezonansowe dla rownych pojemnosci i roznych oporow . Dowodzi to znacznej dokladnosci dokonanych pomiarow, co zreszta widac przy obliczaniu bledow indukcyjnosci ( bledy wzgledne 3.6 % oraz 6.7 % ).

Otrzymane wartosci czestosci rezonansowych ( odpowiadajacych najwiekszemu napieciu pradu plynacego w obwodzie ), to:

1. f = 3250 Hz

Przy tzw. slabym tlumieniu i kondensatorze o pojemnosci rownej;

- 62.53 nF wystapilo napiecie 61.5 V

Przy tzw. silnym tlumieniu wystapilo napiecie 40.0 V

2. f = 6150 Hz

Przy tzw. slabym tlumieniu i kondensatorze o pojemnosci rownej;

- 17.33 nF wystapilo napiecie 86.0 V

Przy tzw. silnym tlumieniu wystapilo napiecie 63.5 V

Na sporzadzonych wykresach widac wyraznie jaki wplyw ma rezystancja obwodu na ksztalt krzywych rezonansowych oraz na maksymalna wartosc natezenia pradu w momencie rezonansu. W opisie teoretycznym podalismy, ze im jest wieksza rezystancja tym mniejsza jest wartosc pradu w stanie rezonansu. Mozna wiec na tej podstawie wnioskowac, ze rezystancja R3 jest rezystancja mniejsza od R2. Obliczone wartosci dobroci ukladu w stanie rezonansu to odpowiednio :

- dla mniejszej wartisci rezystancji R2 - Q = 30.75 ,

- dla wiekszej wartosci rezystancji R3 - Q = 20.0

GENERATOR

PO 21

mA

V

R

L

C



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
54
53 54
51 54
54 Olimpiada chemiczna Etap III
51 54
54 55 307 POL ED02 2001
54 - Kod ramki, RAMKI NA CHOMIKA, Gotowe kody do małych ramek
54 sprawozdanie54
54 Kontrola przyrostu naturalnego
Ćwiczenie 54
06 54 89
54 Starzy przyjaciele marsz
M31f1 Engine Controls 1 54
www haker pl haker start pl warsztaty1 temat=54(1)
54 57
52 54 Aloesowy biolifting spa concept
50 54 1 SM
50 54
54 B 1984 1990 r id 41448 Nieznany

więcej podobnych podstron