Лабораторная работа №3 Тема: Параллельное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе токов Общие сведения

Когда к цепи (рис.1) с параллельным соединением конденсатора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение U, одно и то же напряжение приложено к обоим элементам цепи.

Рис. 1

Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе I_C (емкостная составляющая общего тока) и ток в катушке I_L (индуктивная составляющая общего тока), причем ток I_L отстает от напряжения U на 90⁰, а I_C опережает на 90⁰.

Токи I_C и I_L имеют противоположные фазы (180⁰) и в зависимости от их величин уравновешивают друг друга полностью или частично. Они могут быть представлены с помощью векторных диаграмм токов (рис. 2 - 4).

Когда I_C = I_L и общий ток цепи равен нулю, имеет место резонанс токов (векторная диаграмма рис. 2)

Рис. 2	Рис. 3	Рис. 4

Когда I_C  I_L, т.е. преобладает ток конденсатора, общий ток цепи I является по характеру емкостным и опережает напряжение U на 90⁰ (рис. 3).

Когда I_C I_L, т.е. преобладает ток катушки, общий ток цепи I является индуктивным и отстает от напряжения U на 90⁰ (рис.4).

Эти рассуждения проведены в пренебрежении потерями активной мощности в конденсаторе и катушке.

При резонансе токов реактивная проводимость цепи B = B_L – B_C равна нулю. Резонансная частота определяется из уравнения

,

откуда, так же, как и при резонансе напряжений,

и .

Полная проводимость при резонансе токов оказывается близкой к нулю. Остается нескомпенсированной лишь небольшая активная проводимость, обусловленная активным сопротивлением катушки и несовершенной изоляцией конденсатора. Поэтому ток в неразветвленной части цепи имеет минимальное значение, тогда как токи I_L и I_C могут превышать его в десятки раз.

Экспериментальная часть

Для цепи с параллельным соединением конденсатора и катушки индуктивности измерить действующие значения напряжения U и токов I, I_C и I_L при  = ₀, <₀ и >₀. Построить векторные диаграммы.

Порядок выполнения работы

• Соберите цепь согласно схеме (рис. 5), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 7 В, f = 500 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

Рис. 5

• Изменяя частоту приложенного напряжения, добейтесь резонанса по минимальному току I. Для точной настройки поддерживайте неизменным напряжение на входе цепи. При измерениях виртуальными приборами резонанс настраивается по переходу через ноль угла сдвига фаз между входным током и напряжением. Тогда необязательно поддерживать неизменным напряжение на входе цепи.

• Произведите измерения и запишите результаты измерений в табл.1 при f = f₀, f₁0,75f₀ и f₂ 1,25f₀.

Таблица 1

f, Гц	U, B	I, мА	IL, мА	IC, мА

• Постройте в одинаковом масштабе векторные диаграммы для каждого из рассмотренных случаев.