2015-02-18
1253
5.2.1. Цель и краткое содержание работы
Целью работы является изучение методов исследования и расчета электрических цепей при несинусоидальных периодических воздействиях.
Экспериментальное исследование заключается в сборке схемы в соответствии с опытами по программе работы, в измерении напряжений и токов на участках электрической цепи и снятии осциллограмм токов.
Расчеты с использованием экспериментальных данных проводятся с целью определения влияния реактивных элементов на форму кривой несинусоидального тока на примере индуктивности.
Обязательные теоретические сведения, необходимые для выполнения работы, изложены в следующих разделах пособия:
5.1.1. Основные понятия и определения;
5.1.2. Расчет цепей негармонического тока.
При необходимости следует воспользоваться конспектами лекций по соответствующим разделам курса и учебными пособиями.
В настоящей работе студенты на основании опытных данных производят расчеты по программе работы и строят графики токов в функции времени.
|
|
|
5.2.2. Описание лабораторного стенда
Общий вид панели лабораторного стенда приведен на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Панель лабораторного стенда
В данной лабораторной работе используются следующие элементы:
- источник напряжения 70 В, подключаемый к исследуемой схеме тумблером S 7;
- однополупериодный выпрямитель − диод VD 8;
- сопротивление R 9=220 Ом;
- катушка индуктивности L 2 (L К=0,9 Гн; R К=40 Ом);
- измерительные приборы:
вольтметр V 1 и амперметр А1 магнитоэлектрической системы;
вольтметр V 3 иамперметр А6 электромагнитной системы;
осциллограф (выдается преподавателем);
полупроводниковый диод VD 0 с проводниками для внешнего подключения в схему (необходим для опыта при индуктивной нагрузке).
Примечания.
1. Приборы V 1 и А1 магнитоэлектрической системы измеряют постоянные составляющие напряжения и тока.
2. Приборы V 3 и А6 электромагнитной системы измеряют действующие значения напряжения и тока.
3. Регулирование входного напряжения осуществляется галетными переключателями регулятора напряжения, общий вид которого показан на рис. 5.4.
Рис. 5.4. Вид регулятора напряжения лабораторного стенда
В данной работе регулирование входного напряжения осуществляется левым переключателем (рис. 5.4) с отсчетом по синей шкале при положении "вниз" тумблера S 42 и правым переключателем (точная регулировка в пределах 10 В).
5.2.3. Работа с портативным осциллографом HPS-1401
После включения осциллографа кратким нажатием правой верхней кнопки (ПВ) вывести на экран краткое меню. Нужный параметр активизируется кратким нажатием кнопки ПВ. Изменение активированного параметра вверх-вниз производится двумя левыми кнопками. В первой и третьей строчках таблицы дисплея устанавливаются масштабы напряжения и времени. В четвёртой и пятой − вид входной развязки и вид параметра напряжения. Установленные параметры высвечиваются в строке под экраном.
|
|
|
Нажатие кнопки справа внизу (HOLD) удерживает осциллограмму на дисплее. Повторное нажатие снимает удержание.
Для выполнения лабораторной работы установить следующие параметры настройки осциллографа:
- масштаб напряжения mU =20 В/дел.;
- масштаб времени mt =5 мс/дел;
- вид входной развязки АС;
- вид параметра напряжения Uac.
5.2.4. Порядок выполнения измерений
1. Собрать схему исследуемой цепи (рис. 5.5).Перемычку П поставить в положение П1.
Рис. 5.5. Схема исследуемой цепи
2. Установить левый переключатель регулятора напряжения (рис.5.4) в положение "0" по синей шкале. Подключить питание тумблером S 7 и установить входное напряжение 70 В, контролируя его по вольтметру V 3.
3. Измерить токи и напряжения по приборам V 3, V 1, А1, А6 и занести данные в табл. 5.1.
Данные измерений и расчетов Таблица 5.1
| Прибор | V 3 | A6 | V 1 | A1 | ki | ki р | ||||
| Параметр | U | I | U 0 | I 0 | ||||||
| дел. | В | дел. | А | дел. | В | дел. | А | |||
| Без L 2 | ||||||||||
| С L 2 | ||||||||||
| Измеряемое значение | действ. значение | действ. значение | пост. составл. (среднее значение) | пост. составл. (среднее значение) | оценка уровня пульсаций |
4. Снять осциллограмму напряжения на сопротивлении R 9, присвоив ей номер 1. Отключить питание.
5. Перемычку П поставить в положение П2.
6. Установить левый переключатель регулятора напряжения (рис.5.4) в положение "0" по синей шкале. Подключить питание тумблером S 7 и установить входное напряжение 70 В, контролируя его по вольтметру V 3.
7. Измерить токи и напряжения по приборам V 3, V 4, А1, А6 и занести данные в табл.5.1.
8. Снять осциллограмму напряжения на сопротивлении R 9, присвоив ей номер 2. Отключить питание.
5.2.5. Расчетная часть
1.Расчеты и построения при активной нагрузке
1.1. Вид напряжения негармонического источника приведен на рис. 5.1,б, разложение которого в ряд Фурье задается выражением (5.7). С использованием (5.7) рассчитать первые три члена ряда (постоянную составляющую и амплитуды первой и второй гармоник), полагая 
. Записать полученный укороченный ряд с числовыми коэффициентами и начертить временные диаграммы учтенных составляющих ряда и результирующую кривую напряжения на нагрузке uR 9(t) в выбранном масштабе. Занести в табл. 5.2 величины постоянной составляющей и амплитуд гармоник.
1.2. Пользуясь законом Ома, вычислить постоянную составляющую I 0 и амплитуды Im 1 и I m 2 гармоник тока нагрузки, используя данные табл. 5.2 и приняв R 9=220 Ом. По формуле (5.4) найти действующее значение тока I. Рассчитанные данные занести в табл. 5.2.
Данные расчета напряжений и токов Таблица 5.2
| Нагрузка | U 0 | Um 1 | Um 2 | Z 0 | Zm 1 | Zm 2 | I 0 | Im 1 | I m 2 | I |
| В | В | В | Ом | Ом | Ом | А | А | А | А | |
| R 9 | ||||||||||
| R 9, L 2 |
1.3. Построить результирующую кривую тока путем суммирования мгновенных значений всех составляющих токов. Сравнить с осциллограммой №1.
1.4. Рассчитать по формуле (5.6) опытный ki и расчетный ki р коэффициенты формы, характеризующие пульсации выпрямленного тока, и занести их значения в табл. 5.1.
2. Расчеты при активно-индуктивной нагрузке.
Кривая напряжения источника и ряд Фурье те же, что и в случае активной нагрузки. В расчетах используются три члена ряда (постоянная составляющая, первая и вторая гармоники).
2.1. Рассчитать для нагрузки в виде последовательного соединения сопротивления R 9=220 Ом и катушки индуктивности L 2 (L к=0,9 Гн; R к=40 Ом) модули полных сопротивлений Zm 1и Zm 2 соответственно для частот 50Гц первой и 100 Гц второй гармоник. (Для расчета использовать сведения из раздела 2). Рассчитанные значения занести в табл. 5.2.
|
|
|
2.2. Рассчитать постоянную составляющую I 0 и амплитуды Im 1 и I m 2 гармоник тока, действующее значение I тока нагрузки и коэффициенты ki и ki р. Полученные значения занести в табл. 5.1 и 5.2.
2.3. Построить результирующую кривую тока путем суммирования мгновенных значений всех составляющих токов. Сравнить с осциллограммой №2.
5.2.6. Содержание отчета
1 Титульный лист.
2. Цель и краткое содержание работы.
3. Схема испытаний исследуемой цепи.
4.Таблицы с данными испытаний и расчетов.
5. Расчетные схемы для исследуемых режимов.
6. Произведённые расчёты и построения графиков кривых токов в нагрузке для первых трех членов разложения в ряд Фурье.
7. Ответы на контрольные вопросы
5.2.7. Контрольные вопросы
1. В чем заключается идея метода анализа цепей с источниками негармонических периодических напряжений?
2. Чем отличаются члены ряда Фурье друг от друга?
3. Почему для приближенных расчетов можно использовать только часть ряда?
4. Как построить результирующую кривую напряжения или тока по нескольким кривым разложения в ряд Фурье?
5. Как изменяется форма кривой тока в нагрузке при переходе от активной к активно-индуктивной нагрузке?
6. Какой вывод можно сделать из сравнения значений коэффициентов ki и ki р при разных типах нагрузки?
