Лабораторный практикум «Линейные и нелинейные электрические цепи» на стендах УИЛС–1 (стр. 11 )

a)

б)

Рис. 10.3. Схемы исследования фильтров: а – П–образная схема; б – Т–образная схема

В качестве элементов фильтра, параметры которых определены в п. 1, использовать блоки переменных индуктивности и емкости, выставив на них значения, равные фактическим параметрам по табл. 10.2.

3. В качестве нагрузки R2 фильтра выбрать блок переменного сопротивления. Рассчитать K по расчетным значениям L и C и установить R2 = K.

Подключить блок переменного напряжения и задать значение ЭДС синусоидальной формы в соответствии с табл. 10.1.

4. Изменяя частоту источника вначале переключателем черев 1 kHz, а затем плавно регулятором «Частота» и. контролируя напряжение U2 (см. рис. 10.3), определить частоту среза fc по резкому изменению значения U2. Точное значение fc измерить по частотомеру. Экспериментально найденное значение fc занести в табл. 10.2. В случае расхождений с заданным значением fc более 10 % выяснить причину и повторить измерения либо определение и установку параметров элементов фильтра.

5. Изменяя частоту источника в диапазоне (0,5…2,0) fc и контролируя ее значение при помощи частотомера, измерить ряд напряжений на входе и выходе фильтра и углов сдвига фаз напряжения U2 относительно U1. Количество измерений выбрать 10–20, при этом в зоне частот, близких к fc, шаг изменения частоты должен быть достаточно малым.

При измерении угла сдвига по фазе Δψ следует иметь в виду, что при малых значениях U2 показания фазометра случайные.

Вычислить для каждой частоты соответствующие значения модуля коэффициента напряжения η = U2 / U1, коэффициента затухания (в неперах) и (в децибелах).

Коэффициент фазы соответствует углу сдвига фаз напряжений U2 и U1, т. е. β = Δψ. Найденные значения величин занести в табл. 10.3, по данным которой построить графики зависимостей η ( ν ), α (ν ) и β ( ν ). При этом относительную частоту ν определить по (10.5), используя экспериментальное значение fc.

Таблица 10.3

Коэффициенты затухания и фазы

№ п/п	f, Hz	ν	U1, V	U2, V	η	α, Np	α, dB	β, …º
1 …

6. Для исследования прохождения через фильтр сигналов различной формы подать от источника переменного напряжения сигнал прямоугольной (треугольной) формы. значение ЭДС рекомендуется установить в соответствии с вариантом задания, а значение относительной частоты – ν = 0,7…0,9, что дает возможность оценить фильтрующие свойства для основной и третьей гармоник несинусоидального сигнала. Формы сигналов u1 ( t ) и u2 ( t ) зарисовать с экрана осциллографа.

7. По указанию руководителя выполнить гармонический анализ сигналов по осциллограммам п. 6. определить амплитуды напряжений 1–й и 3–й гармоник и по их отношению оценить фильтрующие свойства исследуемой схемы. При анализе руководствоваться рекомендациями вводной части и пп. 6 и 7 лабораторной работы № 9.

8. На экспериментально полученные в п. 5 графики частотных характеристик реального фильтра при R2 =K нанести графики АЧХ и ФЧХ, рассчитанные для фильтра с идеализированными элементами при работе на согласованную нагрузку.

Результаты расчета занести в табл. 10.4.

Таблица 10.4

Коэффициенты затухания и фазы

№ п/п	ν	f, Hz	α, Np	α, dB	β, …º
1 …	0,5 ….

9. Сделать выводы по работе, обратив внимание на влияние сопротивления нагрузки и реальных элементов, а также на фильтрующие свойства исследуемого четырехполюсника при несинусоидальном напряжении.

Литература для подготовки

[ 11, с. 370–379; 12, с. 446–453; 13, с. 146–153; 14, с. 454–466; 15, с. 385–398; 16, с. 437–443: 17, с. 46–58: 18, с. 5–7, 13–17, 61–66, 112-118]

11. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

Исследование трехфазной цепи при соединении фаз источника и приемника звездой

Цель работы – изучить особенности работы и свойств трехфазных цепей при соединении звездой фаз источника и приемника. В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать основные соотношения фазных и линейных величин в симметричных и несимметричных режимах, роль нулевого провода; уметь применять метод двух узлов для определения фазных токов; приобрести навыки использования топографических и векторных диаграмм для анализа симметричных и аварийных режимов трехфазной цепи.

Анализ режимов трехфазной цепи при соединении «звезда – звезда» (рис. 11.1) рационально проводить методом двух узлов.

Рис. 11.1. Схема трехфазной цепи при соединении «звезда – звезда»

При этом необходимо знать, измерить или рассчитать фазные ЭДС источника, напряжение между нулевыми точками и сопротивления фаз и нулевого провода. Использование векторной диаграммы токов и топографической диаграммы напряжений делает анализ трехфазной цепи наглядным и дает возможность проверить правильность полученных экспериментально величин.

В работе используются блок трехфазного напряжения, блок переменного сопротивления, резисторы R1– R3, конденсаторы C1 – C3, размещенные в блоках переменных сопротивления и емкости соответственно, и элементы наборного поля № 37–39.

Измерение токов и напряжений производится ампервольтметрами; сдвиг фаз напряжения и токов – фазометром (измерителем разности фаз).

При выполнении операций с комплексными числами рекомендуется использовать ПМК по программе 1.2.5 [9].

Задачи работы – построение векторных и топографических диаграмм по экспериментальным данным для симметричного режима трехфазной цепи; реализация заданного аварийного режима и определение его влияния на фазные и линейные величины; оценка роли нулевого провода.

Порядок и методика проведения исследований

1. В соответствии с вариантом задания (табл. 11.1) измерить параметры указанных элементов, размещенных в блоках переменных сопротивления и емкости. Используемые резисторы и конденсаторы близки к идеализированным, поэтому при определении параметров можно воспользоваться только амперметром и вольтметром. В качестве источника при этом следует выбрать одну из фаз блока трехфазного напряжения, установив значение напряжения порядка 10 V. Ввиду одинаковых значений

сопротивлений элементов R1– RЗ, емкостей конденсаторов CI– СЗ, а также равенства между собой сопротивлений элементов наборного поля № 37–39 измерению подлежат по одному элементу из каждой группы.

Таблица 11.1

Варианты заданий

Вариант	Симметричный режим	Аварийный режим
Источник	Приемник	Причина возникновения	RH, Ω
EФ, V	Элементы	Соединение элементов
1	12	R и C	Параллельное	Короткое замыкание фазы А приемника	50
2	24	R	-	Обрыв фазы А	0
3	36	R и C	Последовательное	Обрыв фазы В	0
4	20	C	-	Короткое замыкание фазы В приемника	50
5	22	R и C	Параллельное	Снижение ЕА на 50%	0
6	25	R	-	Снижение ЕС на 50%	0
7	30	R и C	Последовательное	Обрыв фазы С	0
8	15	R и C	“	Короткое замыкание фазы С приемника	50
9	24	R и C	“	Снижение ЕА на 50%	0
0	20	R и C	Параллельное	Обрыв фазы А приемника	0

2. Включив блок трехфазных напряжений стенда, установить значения фазных ЭДС на холостом ходу в соответствии с заданными в табл.11.1.

Собрать трехфазный источник, соединенный звездой, на наборном поле. Измерить линейные напряжения при объединении в нулевую точку начал всех фаз; начал фаз В и С и конца фазы А; начала фазы С и концов фаз А и В; концов всех фаз. Начала каждой из фаз отмечены на блоке знаком «*». Полученные результаты пояснить с помощью векторных диаграмм.

3. Собрать цепь трехфазного симметричного приемника в соответствии с заданным в табл. 11.1 вариантом. При выключенном тумблере питания блока трехфазных напряжений собрать исследуемую цепь в соответствии с рис. 11.1. Нулевые точки приемника N’ и источника N соединить накоротко. В качестве резисторов RЛ использовать элементы наборного поля № 37–39, имитирующие сопротивления линейных проводов.

4. Включить блок трехфазного напряжения. Измерить напряжения отдельных фаз источника при заданной нагрузке и при необходимости скорректировать их, приведя в соответствие с заданием (см. табл. 11.1).

Измерить фазные токи и ток нулевого провода и занести их значения в табл. 11.2.

Таблица 11.2

Токи трехфазной цепи

Значение токов и начальных фаз	Режим работы
Симметричный	Аварийный
С нулевым проводом	Без нулевого провода
IA, A
ψia,…º
…

Начальные фазы токов определить по измеренным параметрам заданных элементов и схеме их соединения (см. табл. 11.1), приняв для фазы А ψ2a = 0. При наличии фазометра сдвиги по фазе токов относительно ЭДС фазы А могут быть измерены непосредственно. Убедиться, что IN= 0 и отключение нулевого провода не изменяет значений токов

в симметричном режиме.

5. Измерить фазные и линейные напряжения и занести их значения в табл. 1I.3. По результатам измерений пп. 4 и 5 построить векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму напряжений.

6. Отключив тумблер питания блока трехфазных напряжений, собрать цепь, соответствующую заданному аварийному режиму (см. табл. 11.1). В качестве таких режимов в работе исследуются в зависимости от варианта задания обрыв или короткое замыкание одной из фаз приемника или значительное изменение напряжения одной из фаз источника.

Для предотвращения срабатывания защиты блока трехфазных напряжений, настроенной на ток IA, необходимо при коротком замыкании фазы приемника обязательно ввести сопротивление нулевого провода (блок переменных сопротивлений) в соответствии с заданием (см. табл. 11.1).

Включить тумблер питания блока и измерить фазные и линейные токи и напряжения. Результаты занести в табл. 11.2 и 11.3.

Таблица 11.3

Напряжения трехфазной цепи

Значение напряжений	Режим работы
Симметричный	Аварийный
С нулевым проводом	Без нулевого провода
ŮAN ŮA’N’ …

7. По результатам п. 6 построить векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму напряжений. По диаграмме токов получить значение тока нулевого провода в аварийном режиме и сравнить его с измеренным.