2015-02-18
2175
6.2.1. Цель и краткое содержание работы
Целью работы является изучение переходных процессов при включении на постоянное напряжение неразветвлённых линейных цепей.
Экспериментальное исследование заключается в сборке схемы в соответствии с опытами по программе работы, в снятии осциллограмм токов и напряжений на элементах цепи в переходном режиме.
Расчеты с использованием экспериментальных данных проводятся с целью определения параметров переходных процессов.
Обязательные теоретические сведения, необходимые для выполнения работы, изложены в следующих разделах пособия:
6.1.1. Понятие переходного процесса. Законы коммутации;
6.1.3. Расчет начальных условий и установившегося режима;
6.1.4. Расчет переходного процесса в цепях первого порядка;
6.1.5. Расчет переходного процесса в цепях второго порядка.
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 и напряжений на элементах в переходном режиме в функции времени.
6.2.2. Описание лабораторного стенда
Общий вид панели лабораторного стенда приведен на рис. 6.15.
Рис. 6.15. Панель лабораторного стенда
В данной лабораторной работе используются следующие элементы:
- генератор прямоугольного напряжения (ГПН), подключаемый к исследуемой схеме тумблером S 9; переключатель S 10 находится в положении 50 Гц;
- сопротивление R 17;
- индуктивность L 2;
- емкость С 1;
- осциллограф (выдается преподавателем).
Величина индуктивности L 2 устанавливается переключателем, вид которого представлен на рис. 6.16, в положении 2.
Рис. 6.16. Переключатель для установки величины индуктивности
Общий вид панели батареи емкостей показан на рис. 6.17. С помощью переключателей S 17... S 26 устанавливается требуемая величина емкости.
Рис. 6.17. Панель батареи конденсаторов
Величина переменного сопротивления R 17 изменяется с помощью переключателя на блоке, общий вид которого представлен на рис. 6.18.
Рис. 6.18. Общий вид блока регулирования сопротивления R 17
Вид напряжения на выходе ГПН приведен на рис. 6.19.
Рис. 6.19. Напряжение на выходе генератора
Поскольку частота следования импульсов 50 Гц, период Т =0,02 с. Длительность импульса Т 1 измеряется в процессе выполнения работы.
6.2.3. 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 точного определения величин ординат и абсцисс точек на кривых можно использовать маркеры, которые открываются в полном меню длительным нажатием кнопки ПВ.
Для предварительной настройки осциллографа выполнить следующие действия:
1. Включить тумблер S 9.
2. Подключить осциллограф к зажимам ГПН и установить на экране следующие величины параметров:
− масштабы напряжения mU =0,5 В/дел и времени mt =5мс/дел;
− вид входной развязки − DC и вид параметра напряжения − Udc.
Убедиться в том, что осциллограмма напряжения на выходе ГПН соответствует по форме и параметрам его изображению на рис.6.19. Снять осциллограмму этого напряжения.
3. Выключить тумблер S 9.
6.2.4. Порядок выполнения измерений
1. Исследование переходного процесса в цепи RC
Собрать схему, представленную на рис. 6.20.
Включить тумблер S 9.
Рис. 6.20. Схема RС -цепи
Установить ёмкость конденсатора С 1 равную 8 мкФ. Устанавливая поочерёдно величину сопротивления резистора R 17 равную 200, 500 и 1100 Ом снять осциллограммы напряжения uC 1 на конденсаторе С 1 и напряжения на сопротивлении R 17, которое пропорционально току iC 1. Пронумеровать осциллограммы в соответствии с табл. 6.4.
Определить постоянную времени при параметрах С 1=8мкФ и R 17=200 Ом, изменив масштаб времени на mt =2мс/дел. Для этого по осциллограмме uC определить абсциссу t =τ при напряжении uC 1, равном 2/3 от установившегося значения.
Снять аналогичные осциллограммы переходных режимов при сопротивлении R 17, равном 200 Ом, и значениях ёмкости С 1, равных 2, 4 и 8 мкФ, сохранив масштаб времени mt =2мс/дел. Осциллограммы пронумеровать в соответствии с табл. 6.4.
Выключить тумблер S 9.
Характеристики RС -цепи в переходных режимах Таблица 6.4
| № осциллограммы | ||||||||||||
| Вид осциллограммы | uC 1 | iC 1 | uC 1 | iC 1 | ||||||||
| С 1, мкФ | ||||||||||||
| R 17,Ом | ||||||||||||
| τ, мс | ----------------------------------------------------------- |
2. Исследование переходного процесса в цепи RL
Собрать схему, представленную на рис. 6.21.
Включить тумблер S 9.
Вернуться к величине масштаба времени mt =5мс/дел.
Величина индуктивности L к катушки L 2 и её активное сопротивление R К заданы в табл. 6.5.
Рис. 6.21. Схема RL- цепи
Характеристики RL -цепи в переходных режимах Таблица 6.5
L = 0,95 Гн; R К = 40 Ом
| № осциллограммы | ||||||
| Вид осциллограммы | iL | uL | ||||
| R 17, Ом |
Снять осциллограммы тока iL (напряжения на R 17) и напряжения uL на катушке при сопротивлениях R 17 равных 1000, 500, 200 Ом. Пронумеровать осциллограммы в соответствии с табл. 6.5.
Выключить тумблер S 9.
3. Исследование переходного процесса в цепи RLС
Собрать схему, представленную на рис. 6.22.
Включить тумблер S 9.
Установить масштаб времени mt =0,5мс/дел.
Снять и пронумеровать в соответствии с табл. 6.6 осциллограммы напряжения uL на катушке при следующих параметрах:
R17=500 Ом, С 1=0,1мкФ;
R17=500 Ом, С 1=0,5мкФ, по осциллограмме определить период колебаний Т;
R17=500 Ом, С 1=2,0мкФ;
R17=500 Ом, С 1=8,0мкФ.
Рис.6.22. Схема RLC- цепи
Характеристики RLС -цепи в переходных режимах Таблица 6.6
| № осциллограммы | ||||
| Вид осциллограммы | uL | |||
| R 17, Ом | ||||
| С 1, мкФ | 0,1 | 0,5 | 2,0 | 8,0 |
| Период колебаний Т,мкс | _______ | ________ | ________ |
При снятии осциллограмм напряжения uL подключением осциллографа к конденсатору С 1 и резистору R17 убедиться в идентичности характера переходного процесса на всех элементах.
Выключить тумблер S 9.
6.2.5. Расчетная часть
1. Для переходных режимов в цепи RC
Рассчитать для осциллограммы №1 постоянную времени и сравнить с опытной. Построить кривую напряжения на конденсаторе ёмкостью 8мкФ при подключении его на напряжение U =2В через сопротивление R =200 Ом. Сравнить полученную кривую с осциллограммой №1.
2.Для переходных режимов в цепи RL
Рассчитать по параметрам цепи для осциллограммы №1 постоянную времени τ и построить кривые тока и напряжения на индуктивности при подключении цепи к источнику постоянного напряжения 2 В. Сравнить с осциллограммами №1 и №4.
3.Для переходных режимов в цепи RLC второго порядка
Рассчитать для каждой осциллограммы по формуле (6,35) критическое сопротивление Rкр. Проверить соответствие полученных величин сопротивлений характеру переходного процесса.
Рассчитать по параметрам цепи осциллограммы №2, используя формулу (6,36), период колебаний Т и сравнить его с полученным из опыта.
6.2.6. Содержание отчета
1 Титульный лист.
2. Цель и краткое содержание работы.
3. Схемы испытаний исследуемых цепей.
4.Таблицы с данными испытаний и расчетов.
5. Произведённые расчёты и построения.
6. Осциллограммы кривых токов и напряжений.
7. Ответы на контрольные вопросы
6.2.7. Контрольные вопросы
1. Что подразумевается под переходным процессом в электрических цепях, и в чём причина его возникновения?
2. Какой вид функции времени описывает переходный процесс в линейных цепях? Какие коэффициенты этой функции необходимо определять для описания конкретного переходного процесса?
3. Что такое законы коммутации, чем они обусловлены, и как их используют для определения начальных условий?
4. Что такое постоянная времени τ в цепи первого порядка, как её измерить на осциллограмме?
5. Чем определяется характер переходного процесса в цепи второго порядка: апериодический или колебательный?
6. Как по параметрам цепи определить приближенно длительность переходного процесса в цепях первого и второго порядка?
