Лабораторный практикум «Линейные и нелинейные электрические цепи» на стендах УИЛС–1 (стр. 13 )

6. Рассчитать линейные и фазные токи цепи в аварийном режиме, используя определенные в п.1 параметры резисторов и конденсаторов. Сравнить результаты пп.5 и 6.

7. Сделать выводы по работе в целом, обратив внимание на роль включения фаз источника, влияние сопротивлений линейных проводов и перераспределение напряжений на отдельных фазах приемника в аварийных режимах.

Литература для подготовки

[ 11, с. 150–153, 156–157; 12, с. 176–180, 182, 183; 13, с.160–164, 166–167, 169; 14, с. 217–265, 267–272; 15, о. 300–310; 16, о. 284–290]

13. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

Исследование переходных процессов в цепях с одним реактивным элементом

Цель работы - изучить влияние параметров цепей с одним реактивным элементом на характеристики переходных процессов. В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать основные понятия, используемые при анализе переходных процессов; уметь определять постоянные времени и начальные условия; приобрести навыки реализации цепи с заданными динамическими свойствами.

Обеспечение требуемой постоянной времени является одной из возможных задач, решаемых при разработке электротехнических устройств. В данной работе моделями таких устройств служат цепи с резисторами и конденсаторами. Изменяя параметры резисторов при неизменной емкости конденсатора, можно добиться, чтобы постоянная времени в переходном процессе имела заданное значение. Для экспериментального и аналитического исследования влияния вида реактивного элемента на характеристики процесса служат цепи с катушкой.

В работе используется регулируемый источник постоянного напряжения, электронный ключ, блоки переменных сопротивления и индуктивности, элементы наборного поля № 01–04, 10–12, 35 (см. табл. 1.1). Измерения выполняются ампервольтметром и осциллографом.

Задачи работы – обеспечение заданной постоянной времени цепи путем изменения параметров ее элементов; аналитическое и экспериментальное определение зависимостей от времени исследуемых величин.

Порядок и методика проведения исследований

1. Проверить баланс и калибровку осциллографа по времени и амплитуде. При необходимости выполнить корректировку под контролем руководителя занятий.

2. Собрать цепь согласно заданному варианту (рис. 13.1), используя в качестве коммутирующего устройства S один из контактов электронного ключа, регулируемых резисторов R1 – R3 – элементы наборного поля № 10–12, конденсатора С – элемент № 35. Переключатель «Синхронизация» установить в положение «внутр.».

Схема 1 Схема 4

Схема 2 Схема 5

Схема 3 Схема 6

Рис. 13.1. Варианты схем для исследования

3. Установить напряжение на входе цепи равным 10…20 V. Получить на экране осциллографа кривую напряжения на конденсаторе. Изменяя сопротивление резисторов RI – R3, проанализировать, в какой степени влияют их сопротивления на длительность переходного процесса.

4. Изменяя сопротивление резисторов, наиболее влияющих на постоянную времени при замыкании ключа S, добиться, чтобы значение τ соответствовало заданному руководителем в диапазоне 0,4 … 1,2 mS. При этом переходный процесс в промежутке времени, когда ключ S разомкнут, должен полностью заканчиваться. Полученный график uC(t) привести в отчете, нанеся масштабную сетку. Используя график, определить τ

как время уменьшения свободной составляющей в L раз.

5. Получив на экране осциллографа кривую изменения одного из токов, определить по ней τ. Сравнить найденные в пп. 4 и 5 значения постоянной времени.

6. Измерить сопротивления резисторов R1 – R3 и рассчитать значение τ. При значительном отличии расчетного значения от экспериментальных после консультации с руководителем повторить измерения или расчет.

7. Собрать цепь по рис. 13.2. В качестве катушки (L, RL) использовать блок переменной индуктивности; резистора R0, предназначенного для получения осциллограммы тока iL – блок переменного сопротивления; резисторов R1, R2 – указанные в табл. 13.1 элементы наборного поля. Установив значения индуктивности в соответствии с вариантом задания (см. табл. 13.1), сопротивления R0 = 10…20 Ω и напряжения на входе цепи U = 10…20 V, получить на экране осциллографа временную зависимость исследуемой величины. Осциллограмму привести в отчете в виде графика.

Рис. 13.2. Схема для исследования цепи с катушкой

8. Измерить напряжение U, сопротивления резисторов RI и R2 и RL катушки.

9. Рассчитать исследуемую величину при включении и выключении ключа S. Соответствующие графики нанести для сравнения на осциллограмму п. 6.

Таблица 13.1

Варианты задания

Вари-ант	Элементы цепи	L, mH	Иссле-дуемая вели-чина	Вари-ант	Элементы цепи	L, mH	Иссле-дуемая вели-чина
R1	R3	R1	R3
Номер элемента наборного поля	Номер элемента наборного поля
1	01	02	90	i1	9	4	1	80	i1
2	01	03	90	i2	10	3	2	80	i2
3	01	04	90	uK	11	4	2	80	uK
4	02	03	90	iL	12	4	3	80	iL
5	02	04	90	i1	13	1	2	70	i1
6	03	04	90	i2	14	1	3	70	i2
7	02	01	80	uK	15	2	3	70	uK
8	03	01	80	iL	16	2	4	70	iL

10. Сделать выводы по работе, обратив внимание на связь постоянной времени с длительностью переходного процесса и на ее зависимость от параметров цепи, а также на сравнение постоянных времени, полученных по осциллограммам разных величин.

Литература для подготовки

[11, с. 199–208: 12, с. 324–330, 337–338, 346–347; 13, с.198–213, 219–221: 14, с. 327–335, 340–341: 15, с. 68–76: 16, с. 319–320, 324–330, 332–335]

14. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

Исследование переходных процессов в цепях с двумя реактивными элементами

Цель работы – изучить переходные процессы в цепи, содержащей последовательно соединенные резистор, катушку и конденсатор. В результате проведения лабораторной ра60ты студенты должны знать законы изменения напряжений и тока в исследуемой цепи, влияние параметров ее элементов на характер переходного процесса: уметь определять характеристики переходного процесса и приобрести навыки их экспериментального исследования.

Тип корней характеристического уравнения и вид переходного процесса в цепи с катушками и конденсаторами определяются параметрами элементов цепи и ее топологией. В цепи, содержащей последовательно соединенные элементы R, L и C, корни характеристического уравнения являются вещественными, а переходный процесс – апериодическим, если суммарное сопротивление цепи больше некоторого критического значения RK. Для исследуемой цепи

. (14.1)

В этом случае длительность переходного процесса определяется меньшим по модулю корнем характеристического уравнения.

При R < RK корни комплексно–сопряженные и переходный процесс носит периодический (коле6ательный) характер. Угловая частота колебаний

(14.2)

Длительность переходного процесса определяется при этом по коэффициенту затухания

(14.3)

При R = RK корни равные и вещественные, Важной характеристикой этого предельного случая апериодического процесса является время tm достижения максимума тока

(14.4)

В рассматриваемой работе анализируются переходные режимы в цепи (рис. 14.1,а) при подключении и отключении источника постоянной ЭДС. Здесь в качестве коммутирующих устройств S1 и S2 используются контакты электронного ключа, имеющие внутренние активные сопротивления RS1 и RS2, зависящие от тока. Реальная катушка характеризуетcя индуктивностью L и активным сопротивлением RL. Схема замещения исследуемой цепи с учетом отмеченных параметров изо6ражена на рис.14.1.б.

Активное сопротивление катушки RL, её индуктивность L и емкость конденсатора С измеряются на резонансной частоте по рекомендациям, данным в лабораторной работе № 8; внутренние сопротивления RS1 и RS2 определяются экспериментально, как указано далее.

а)

б)

Рис. 14.1. Схема исследуемой цепи: а – упрощенная; б – с учетом схем замещения элементов

В работе используются регулируемый источник постоянного напряжения, электронный ключ, блоки переменных сопротивления, индуктивности, емкости и элемент наборного поля № 10 (см. табл. 1.1), Измерения выполняются осциллографом и ампервольтметром.

3адачи работы – определение параметров схемы замещения исследуемой цепи и характеристик переходных процессов.

Порядок и методика выполнения исследований

1. Определить значения внутренних сопротивлений RS1 и RS2, контактов электронного ключа. Для этого собрать цепь по рис. 14.2.а, используя один из контактов ключа, а в качестве резистора R – блок переменного сопротивления, установив R = 80…100 Ω. Подать на вход цепи напряжение U от источника ИР и, изменяя его от 5

до 20 V, определить ряд значений i и RS

; (14.5)

Измерить U и UR с помощью осциллографа.

После построения графика RS = f(i) (рис. 14.2, в) исследования повторить для второго контакта ключа. Для расчетов п. 7 рекомендуется использовать значения RS, соответствующие наиболее пологим участкам кривых (см. рис. 14.2,в).

а) б) в)

Рис. 14.2. К определению RS: а – схема для экспериментального определения сопротивления RS; б – определение UR; в – график для выбора RS

2. Собрать цепь по рис. 8.1. В качестве катушки и конденсатора использовать блоки переменной индуктивности и емкости. Установить номинальные значения i и С согласно варианту задания (табл. 14.1). Определить значения параметров RL, L и C. При отличии фактических значений L, и С от номинальных более чем на 10 % после консультации с преподавателем повторить измерения либо вычисления.

3. Собрать цепь согласно рис. 14.1.а. В качестве RI и R2 применить соответственно блок переменного сопротивления и элемент наборного поля № 10. Электронный ключ должен работать в режиме внутренней синхронизации.

Установив напряжение источника ИР согласно варианту задания, подключить осциллограф и, меняя значение сопротивления R1, наблюдать на экране изменение характера переходного процесса для исследуемой величины, указанной в табл. 14.1. При этом значение сопротивления резистора R2 должно быть таким, чтобы в промежутки времени, когда разомкнут S1 и замкнут S2, происходил полный разряд конденсатора.

4. Изменяя R1, определить экспериментально значение R1K, при котором происходит смена видов переходных процессов, наблюдаемых на экране осциллографа. Осциллограммы тока i1 (см. рис. 14.1,а) и исследуемой величины при R1 = R1K привести в отчете в виде графиков с соответствующей градуировкой осей. Определить по графикам длительность переходного процесса tnk и время tm наступления максимума тока. Значения tnk и tm занести в табл. 14.2.

Таблица 14.1

Варианты заданий

Вариант	U, V	L, mH	C, μF	Исследуемая величина
1	10	60	0,52	uC
2	10	60	0,50	uR1
3	10	70	0,45	i1
4	10	70	0,40	uL
5	10	80	0,39	uC
6	15	80	0,40	uR1
7	15	30	1,05	i1
8	15	50	0,60	uL
9	15	50	0,56	uC
10	15	40	0,78	uR1
11	15	40	0,75	i1
12	15	60	0,50	uL
13	10	40	0,80	uC
14	10	70	0,42	uR1
15	10	50	0,60	i1

Таблица 14.2