Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ 3

Исследование переходных и установившихся режимов в электрических цепях

Методические указания к лабораторным работам

 (для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика)

 

 

 

Алматы 2012

 

Составители: В.И. Денисенко, Е.Х. Зуслина, Л.П. Болдырева  ТОЭ3. Исследование переходных и установившихся режимов в электрических цепях. Методические указания и задания к выполнению лабораторных работ (для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика). – Алматы: АУЭС, 2012.- 39 с.

 

Методическая разработка содержит основные положения по подготовке, выполнению, анализу результатов и  оформлению лабораторных работ по дисциплине ТОЭ 3.

Каждая лабораторная работа включает следующие подразделы: цель работы, подготовка к работе, порядок выполнения работы, оформление и анализ экспериментальных результатов и выводы о проделанной работе.

Методическая разработка предназначена для студентов, обучающихся в бакалавриате по специальности 5В071800-Электроэнергетика.

Ил. 21, табл. 15, библиограф.- 7 назв.

 

Рецензент: канд. техн. наук, профессор Ю.А. Цыба

 

Печатается по плану издания НАО «Алматинского университета энергетики и связи» на 2012 г.

 

 

Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.

 

1 Лабораторная работа № 1. Переходные процессы в цепях первого порядка

 

Цель работы: получение навыков экспериментального исследования переходных процессов в цепи с одним накопителем энергии.

 

         1.1 Подготовка к работе

 

         Повторить раздел курса ТОЭ «Переходные процессы в цепях R-L, R-C».

         [Л.1] с.17-27.

         [Л.3] с.234-243.

 

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         1) Что такое переходные процессы и в результате чего они возникают? В каких цепях имеют место переходные процессы?

         2) Записать законы коммутации.

         3) Что такое переходный, принуждённый и свободный токи?

         4) Каков физический смысл постоянной времени цепи? Чему равна постоянная времени цепи R-L,  цепи R-C? Как экспериментально определить постоянную времени цепи?

         5) Что называют  коэффициентом затухания цепи?

         6) Привести уравнения, по которым изменяются uC(t), iC(t) при коротком замыкании цепи R-C, начертить графики uC(t), iC(t).

         7) Чему равна постоянная времени цепи (см. рисунок 1.2) после размыкания ключа?

8)  Привести уравнения, по которым изменяются uL(t), iL(t) для цепи (см. рисунок 1.2) после размыкания ключа и начертить их графики.

 

         1.2 Порядок выполнения работы

 

         1.2.1 Собрать цепь (см. рисунок 1.1).

         1.2.2 Установить значения Uвх, R и C согласно варианту (см. таблицу 1.1), R1=100-300 Ом.

         1.2.3 На вход осциллографа подать напряжение с конденсатора.

         1.2.4 Срисовать в масштабе полученную кривую uC(t).

         1.2.5 На вход осциллографа подать напряжение с резистора, срисовать в масштабе полученную кривую uR(t).

         1.2.6 Изменить согласно варианту один из параметров цепи (см. таблицу 1.2), срисовать в масштабе новую кривую uC(t).

         1.2.7 Собрать цепь (см. рисунок 1.2).

         1.2.8 Установить значения Uвх, L=L1 согласно варианту (см. таблицу 1.3). Сопротивление R1=1¸4 Ом, R2=50¸200 Ом.

         1.2.9 На вход осциллографа подать напряжение с резистора R1, срисовать в масштабе полученную кривую uR1(t), которая в соответствующем масштабе представляет собой кривую тока

.

 

         1.2.10 На вход осциллографа подать напряжение с индуктивности.

         1.2.11 Срисовать в масштабе полученную кривую  (если пренебречь активным сопротивлением катушки Rк, можно считать, что ).

         1.2.12 Изменить согласно варианту индуктивность L=L2 (см. таблицу 1.3), срисовать в масштабе новую кривую uR1(t).

 

         1.3 Оформление и анализ результатов работы

 

         1.3.1 Рассчитать постоянную времени tС1 и коэффициент затухания цепи aС1 для параметров цепи согласно заданному варианту (см. таблицу 1.1) и tС2, aС2 согласно варианту (см. таблицу 1.2).

         1.3.2 По изображению кривой напряжения uC(t) определить постоянную времени tС1 и коэффициент затухания цепи aС1 (пункт 1.2.4) и tС2, aС2 (пункт 1.2.6).

         1.3.3 Рассчитать напряжение uC(t) на основе известных параметров цепи согласно заданному варианту (см. таблицу 1.1).

         1.3.4 Расчётную и экспериментальную зависимости uC(t) привести на одном графике.

         1.3.5 Рассчитать постоянную времени tL1 и коэффициент затухания aL1 цепи RL  для параметров цепи, согласно заданному варианту и tL2, aL2 согласно варианту (см. таблицу 1.3). Учесть, что сопротивление цепи R=R1+R2+Rк, где Rк – активное сопротивление  катушки индуктивности.

         1.3.6 По изображению кривой для цепи RL определить постоянную времени tL1 и коэффициент затухания aL1 (пункт 1.2.9) и tL2, aL2 (пункт 1.2.12).

         1.3.7  Рассчитать ток  в цепи RL и напряжение uR1(t) на основе известных параметров цепи согласно заданному варианту (см. таблицу 1.3).

         1.3.8 Расчетную и экспериментальную кривые uR1(t) привести на одном графике.

         1.3.9 Сделать выводы по проделанной работе: проанализировать влияние величины сопротивления R или ёмкости С на постоянную времени цепи t и соответственно на скорость протекания переходного процесса; определить время разрядки конденсатора; проанализировать влияние величины индуктивности L на постоянную времени tL цепи RL и соответственно на скорость протекания переходного процесса.

 


                            Рисунок 1.1 - Экспериментальная схема цепи RC

 

Рисунок 1.2 - Экспериментальная схема цепи RL

 

         Таблица 1.1-Параметры цепи RC (вариант 1)

№ варианта

Uвх,В

R,Ом

С,мкФ

1

10

300

4

2

15

400

2

3

20

200

5

4

10

600

5

5

15

500

3

 

         Таблица 1.2-Параметры цепи RC (вариант 2)

№ варианта

Uвх,В

R,Ом

С,мкФ

1

10

600

4

2

15

400

4

3

20

400

5

4

10

300

5

5

15

500

6

 

 

 

Таблица 1.3-Параметры цепи RL

№ варианта

Uвх,В

L1,мГн

L2,мГн

1

10

20

10

2

15

15

30

3

12

30

15

4

20

10

20

5

15

40

20

 

Методические указания

         Масштаб по оси времени определяется из условия, что электронный ключ (ЭК) замыкается и размыкается с частотой  

f=50 Гц

и   с периодом 

.

         Постоянная времени tС определяется по экспериментальной кривой uС(t) для цепи RC (см. рисунок 1.3), где t3- время, в течение которого ЭК замкнут (t3»0,01с).

 


Рисунок 1.3 - Кривая Uc(t)

 

 

         Постоянная времени tL определяется по экспериментальной кривой uR1(t) для цепи RL (см. рисунок 1.4), где tP- время, в течение которого ЭК разомкнут (tР»0,01 с).

 

Рисунок 1.4 - Кривая UR1(t)

 

 

 

 

2 Лабораторная работа № 2. Переходные процессы в цепи R-L-C

 

          Цель работы: получение навыков экспериментального исследования апериодического и колебательного разрядов конденсатора.

 

         2.1 Подготовка к работе

 

         Повторить раздел курса ТОЭ «Переходные процессы в цепи R-L-C».

         [Л.1] с.27-37.

         [Л.3] с.244-250.

 

Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         1) Записать уравнение по второму закону Кирхгофа для свободных составляющих напряжений цепи R-L-C и соответствующее ему характеристическое уравнение.

         2) При каких корнях характеристического уравнения в цепи R-L-C возникает апериодический разряд конденсатора? Написать уравнения для uC(t), i(t), uL(t) при апериодическом разряде конденсатора. Привести графики этих величин.

         3) При каких корнях характеристического уравнения в цепи R-L-C возникает колебательный разряд конденсатора? Написать уравнения для uC(t), i(t), uL(t) при колебательном разряде конденсатора. Привести графики этих величин.

         4) Что такое логарифмический декремент колебания?

         5) Как определить коэффициент затухания a и частоту собственных (свободных) колебаний wсв расчётным и опытным путём (по графику)? Как эти величины зависят от R, L и C?

         6) Что такое критическое сопротивление цепи R-L-C? Что такое критический режим цепи R-L-C?

 

         2.2 Порядок выполнения работы

 

         2.2.1 Собрать цепь (см. рисунок 2.1)

         2.2.2 Установить значения R, L и C согласно варианту (см. таблицу 2.1). Измерить сопротивление катушки Rк. Напряжение на входе Uвх установить порядка 20-30В, R1=50-300 Ом.

         2.2.3 На вход осциллографа подать напряжение с конденсатора.

         2.2.4 Исследовать колебательный разряд конденсатора, срисовать в масштабе осциллограмму напряжения uC(t). 

2.2.5 Срисовать осциллограммы тока i (t), uL(t) при колебательном разряде конденсатора.

         2.2.6 Добиться критического режима в цепи, меняя сопротивление R. Записать величину полученного сопротивления Rкр (эксп). Учесть сопротивление катушки Rк. Зарисовать полученную осциллограмму напряжения uC(t).

2.2.7 Увеличить сопротивление цепи R в 2 раза по сравнению с критическим. Зарисовать  осциллограммы тока  i(t) и напряжений uC(t), uL(t) при апериодическом разряде конденсатора.

 

2.3 Оформление и анализ результатов работы

2.3.1 Рассчитать коэффициент затухания a(РАСЧ) и частоту собственных колебаний wСВ(РАСЧ) по заданным значениям RКОНТ= R+ RК, L, C (пункт 2.2.2).
         2.3.2 По полученному изображению кривой напряжения
 (пункт 2.2.4) рассчитать экспериментальные значения a(ЭКСП) и wСВ (ЭКСП).

2.3.3 Рассчитать критическое сопротивление Rкр(расч) согласно варианту. 2.3.4 Сделать выводы по проделанной работе: сравнить расчётные значения a, wСВ, Rкр с экспериментальными, проанализировать влияние величины сопротивления RКОНТ на характер разряда конденсатора.

Рисунок 2.1 - Экспериментальная схема цепи RLC

 

Таблица 2.1-Параметры цепи RLC

№ варианта

R, Ом

L, мГн

С, мкФ

1

1

10

4

2

1

20

3

3

1

20

2

4

1

15

2

5

1

10

3

        

Методические указания

         Коэффициент затухания a(расч), частота собственных (свободных) колебаний wсв(расч) и критическое сопротивление Rкр(расч) определяется по формулам

.

         Экспериментальные значения a(эксп.) и wсв(эксп.) определяются по полученной кривой напряжения .   

 

                                

Рисунок 2.2 - ЗависимостьUc(t) при колебательном конденсаторе

 

Частоту свободных колебаний wсв(эксп) можно рассчитать по формуле ,

где  определяется по осциллограмме, масштаб по оси времени находится так же, как и в лабораторной работе № 9;

t2- время,  в течение которого ЭК замкнут.

Экспериментальное значение a(эксп.) рассчитывается по логарифмическому декременту колебания

;

  удобно взять для момента времени

где .

 

3 Лабораторная работа № 3. Исследование пассивных симметричных фильтров

 

          Цель работы: получение навыков экспериментального исследования простейших низкочастотных (ФНЧ) и высокочастотных (ФВЧ) фильтров.

 

         3.1 Подготовка к работе

 

         Повторить разделы курса ТОЭ «Четырехполюсники» и «Фильтры».

         [Л.1] с.165-170; 190-199.

         [Л.3] с.132-142; 308-316.

 

 

Ответить на следующие вопросы:

         1) Какие типы фильтров вы знаете?

         2) Дайте понятия низкочастотного, высокочастотного, полосного и заграждающего фильтров.

         3) Дайте определение вторичных параметров фильтров. В каких единицах они измеряются?

         4) Что такое область пропускания и область затухания идеального фильтра?

         5) Что такое согласованный режим работы фильтра?

         6) Привести П-образную и Т-образную схемы ФНЧ?

         7) Привести П-образную и Т-образную схемы ФВЧ?

         8) Привести графики зависимостей для a(w) и b(w) ФНЧ.

         9) Привести графики зависимостей для а(w) и b(w) ФВЧ.

         10) Привести расчётные формулы fср и r для ФНЧ.

         11) Привести расчётные формулы fср и r для ФВЧ.

 

         3.2 Порядок выполнения работы

 

         3.2.1 Собрать цепь (см. рисунок 3.1), включив в неё исследуемый фильтр согласно заданному варианту (см. рисунок 3.2). Величину сопротивления нагрузки Rн установить равной r.

         3.2.2 Установить значения U1, L и C согласно варианту (см. таблицу 3.2).    3.3.3 Изменяя частоту звукового генератора, измерить напряжение U2 на выходе фильтра. Для ФНЧ изменять частоту в пределах от f=0,1fср. до f=2fср.

Для ФВЧ изменять частоту в пределах от f=2fср. до f=0,1fср. В зоне пропускания снять 5-6 точек, в зоне затухания – 5-6 точек. Напряжение на входе фильтра U1 поддерживать постоянным. Результаты измерений занести в таблицу 3.1.

3.2.4 Собрать схему для измерения коэффициента фазы b(f). Для этого сигнал с входа подать на вертикальные пластины осциллографа, а выходной сигнал – на горизонтальные пластины, синхронизация “внешняя”. При этом на экране осциллографа появится эллипс, форма которого зависит от частоты f звукового генератора.

3.2.5 Измерить параметры эллипса (А и Х0) или (В и Y0) при тех же частотах, что и в пункте 3.3.3.

 

3.3 Оформление и анализ результатов работы

 

3.3.1 Рассчитать fср. и r согласно варианту (см. таблицу 3.2).

3.3.2 Рассчитать коэффициент затухания а(f) и коэффициент фазы b(f), построить экспериментальные графики а(f)  и b(f) по данным таблицы 3.1.

3.3.3 Построить теоретические графики  а(f)  и b(f) (см. таблицы 3.3 или 3.4).

3.3.4 Сделать выводы о проделанной работе: сравнить теоретические графики  а(f)  и b(f) с экспериментальными и объяснить их различие, проанализировать зависимость а(f)  и b(f) в полосе пропускания и в полосе задерживания.

 

Таблица 3.1-Результаты измерений

 U1 =                               fср. =                  Rн=r=                       L=                 C=

f, Гц

U2,B

A(B)

X0(Y0)

а, Нп

b, град

f1

 

 

 

 

 

f2

 

 

 

 

 

f3

 

 

 

 

 

f4

 

 

 

 

 

f5

 

 

 

 

 

f6

 

 

 

 

 

f7

 

 

 

 

 

f8

 

 

 

 

 

f9

 

 

 

 

 

f10

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.2-Параметры фильтров

№ варианта

Тип

Фильтра

Схема фильтра

U1(В)

L(мГн)

С(мкФ)

1

ФНЧ

Т-схема

2

100

0,5

2

ФВЧ

Т-схема

3

70

0,5

3

ФНЧ

П-схема

3

20

0,5

4

ФВЧ

П-схема

2

15

0,5

5

ФНЧ

Т-схема

4

40

0,25

 

Таблица 3.3-Теоретические зависимости для ФНЧ

ФНЧ

f/f0

0,2

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

 

а,Нп

0

0

0

0

0

0

0

0

0,90

1,26

 

+в, град

23

47

60

74

90

106

130

180

180

180

ФНЧ

f/f0

1,3

1,5

1,6

2,0

3,0

4,0

 

 

 

 

 

а,Нп

1,52

1,94

2,30

2,74

3,60

4,16

 

 

 

 

 

+в, град

180

180

180

180

180

180

 

 

 

 

 

Таблица 3.4-Теоретические зависимости для ФВЧ

ФВЧ

f/f0

0,25

0,5

0,67

0,83

0,9

1

1,25

1,43

1,67

2

2,5

5

 

а,Нп

 

4,1

2,74

1,94

1,26

0,9

0

0

0

0

0

0

0

-в, град

180

180

180

180

180

180

106

90

74

60

47

23

 

Методические указания по проведению работы

При согласовании фильтра с нагрузкой напряжения входа U1 и выхода U2 связаны соотношением

,

откуда коэффициент затухания ,

а коэффициент фазы b=y1-y2,

где y1 и y2 – начальные фазы соответственно входного и выходного напряжений.

При снятии характеристики a(f) напряжение на входе фильтра можно поддерживать одинаковым  с помощью ручки «регулирование выходного напряжения» звукового генератора.

Для снятия характеристики b(f) используется осциллограф. После включения питания осциллографа и регулировки яркости и фокуса светящаяся точка устанавливается точно в центре экрана ручками горизонтального и вертикального перемещения луча. Для получения одинакового усиления по вертикали и по горизонтали одно и то же напряжение от звукового генератора, например, 1В, подаётся по очереди на отклоняющие по вертикали и отклоняющие по горизонтали пластины осциллографа, и соответствующими ручками “усиление” по вертикали, а затем по горизонтали устанавливается одинаковая длина светящейся линии на экране.

После такой регулировки для определения коэффициента фазы выходное напряжение u2=U2msinwt подаётся к отклоняющим по горизонтали пластинам, а входное u1=U1msin(wt+y1) – к отклоняющим по вертикали. На экране осциллографа будет виден эллипс (см. рисунок 3.3) или в частном случае – прямая.

 Угол y1 определяется из выражения

.

 

Если большая ось эллипса расположена в 1-ой и 3-ей четвертях, то

 

.

Если большая ось эллипса расположена в 2-ой и 4-ой четвертях, то

 

.

 

Знак коэффициента фазы b определяется по векторной диаграмме, построенной для фильтра при согласованной нагрузке.

 

 

 

Рисунок 3.1 - Схема экспериментальной установки

 

 

Рисунок 3.2 - Схемы Т и П-образных фильтров

 

 

 

 

Рисунок 3.3 - Экспериментальные осциллограммы

 

 

 

 

 

4 Лабораторная работа № 4. Исследование длинной линии в в режимах холостого хода, короткого замыкания, при согласованной и несогласованной нагрузках

 

 Цель работы: получение навыков исследования различных режимов в длинных линиях путем компьютерного моделирования.

 

         4.1 Подготовка к работе

 

         Повторить раздел «Установившиеся режимы в цепях с распределенными параметрами».

         [Л.1] с.269-283.

         [Л.3] с.344-364.

 

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         1) Какие величины называются первичными параметрами линии?

         2) Какая линия называется однородной?

         3) Записать формулы для определения Z0 Y0.

         4) Какие величины называются вторичными параметрами линии?

         5) Записать выражения, определяющие коэффициент распространения g и волновое сопротивление ZВ.

         6) Записать уравнения линии с гиперболическими функциями.

         7) Как рассчитывается входное сопротивление линии?

         8) Какая нагрузка называется согласованной?

         9) Как рассчитать мощности в начале линии Р1, в конце линии Р2, КПД?

         10) Рассчитать R1, L1, C2, R2, ZB согласно заданному варианту.

 

         Для исследования  различных режимов  в длинной линии путем компьютерного моделирования линия рассматривается как симметричный четырехполюсник, представленный симметричной Т-образной схемой замещения (см. рисунок 4.1).

 

Рисунок 4.1 - Схема замещения линии

 

где  - первичные параметры линии

- длина линии;

 - комплексные коэффициенты, с достаточной для практических расчётов точностью можно использовать модули  - коэффициент распространения.

 

4.2 Порядок выполнения работы

 

         4.2.1 Выбрать напряжение в начале линии U1, параметры линии и нагрузки в соответствии с заданным вариантом по таблице 4.1.

 

         Таблица 4.1-Варианты задания

вариант

U1,

КВ

,

км

ZH, Ом

1

400

700

1,043

0,927

0,07

1,0

0,2

9,0

450

2

600

800

1,056

0,899

0,09

1,2

0,08

8,3

400

3

110

1000

1,11

0,815

0,1

1,3

0,3

9,5

500

4

220

900

1,089

0,845

0,08

1,4

0,06

8,8

470

5

330

1100

1,16

0,753

0,06

1,35

0,1

10

550

 

Рисунок 4.2 - Экспериментальная схема

 

4.2.2 Собрать электрическую схему (см. рисунок 4.2).

4.2.3 Установить на генераторе амплитудное значение напряжения в начале линии , частоту  и рассчитанные параметры четырехполюсника .

4.2.4 Установить сопротивление приемника ZH согласно заданному варианту.

Измерить действующее значение напряжения в конце линии , действующие значения токов в начале линии  и в конце линии . Измерить начальные фазы напряжения в конце линии  и токов в начале и в конце линии: ,.

Результаты записать в таблицу 4.2

4.2.5 В режиме холостого хода в конце линии измерить действующее значение напряжения в конце линии , действующие значения токов в начале линии , в конце линии , начальные фазы напряжения в конце линии  и тока в начале линии . Результаты записать в таблицу 4.2.

4.2.6 В режиме короткого замыкания в конце линии измерить действующее значение напряжения  , действующие значения токов в начале линии , в конце линии , начальные фазы токов в начале  и в конце линии . Результаты записать в таблицу 4.2.

4.2.7 В режиме согласованной нагрузки ZH= ZВ измерить действующее значение напряжения , действующие значения токов в начале линии , в конце линии , начальные фазы напряжения в конце линии  и начальные фазы токов в начале  и в конце линии . Результаты записать в таблицу 4.2.

 

Методические указания

         Измерить начальные фазы напряжения и токов можно с помощью осциллографа.

         При измерении начальных фаз уменьшить амплитудное значение  в 103 раз.

         Для измерения начальных фаз напряжений канал А осциллографа подключают к точке 1, а канал В - к точке 2. Выставив курсор 1 на ноль напряжения  в начале линии , а курсор 2 на ноль напряжения в конце линии , можно измерить временной сдвиг между напряжениями  и  непосредственно по табло Т2-Т1. Фазовый сдвиг вычисляется по формуле

,

если принять, что , то .

         Для измерения начальных фаз токов применяется способ преобразования тока в потенциал, который заключается во включении в цепь измеряемого тока резистора с небольшим сопротивлением.

         Для измерения начальной фазы тока  между точками 6 и 3 включается сопротивление , канал В осциллографа подключается к точке 3. Выставив курсор 1 на ноль напряжения , а курсор 2 на ноль тока , измеряют временной сдвиг между током  и напряжением  на табло Т2-Т1.

Начальную фазу тока  вычисляют по формуле

.

         Для измерения начальной фазы тока в конце линии , между точками 5 и 4, включается сопротивление R=1 Ом, канал В осциллографа подключается к точке 4. Выставив курсор 1 на ноль напряжения , а курсор 2 на ноль тока ,измеряют временной сдвиг между напряжением  и током  на табло Т2-Т1. Начальную фазу тока  вычисляют по формуле

.

 

4 Оформление результатов работы

 

         4.1 Рассчитать начальные фазы напряжения  и токов , . Результаты записать в таблицу 4.2.

         4.2 Записать комплексы напряжений  и токов  для всех исследуемых режимов.

         4.3 По экспериментальным значениям рассчитать входное сопротивление линии , активные мощности Р1, Р2 и КПД h для всех исследуемых режимов. Результаты записать в таблицу 4.2.

         4.4 Сравнить полученные результаты. Сделать выводы по результатам работы.

 

         Таблица 4.2-Экспериментальная данные

Режим работы

U1,

КВ

U2,

КВ

Т21 с

, град

I1,

A

Т21 с

, град

I2,

A

Т21 с

,

град

, Ом

Р1

кВт

Р2 кВт

Нагрузочный режим; ZH=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Холостой ход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Короткое замыкание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Согласованная нагрузка

ZH= ZВ=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Лабораторная работа № 5. Исследование электрической цепи постоянного тока с нелинейными элементами

 

          Цель работы: получение навыков экспериментального исследования цепей постоянного тока с нелинейными элементами.

 

         5.1 Подготовка к работе

 

         Повторить раздел «Нелинейные электрические цепи постоянного тока».

         [Л.1] с.362-368.

         [Л.3] с.404-408.

 

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         1) Какие нелинейные элементы называются симметричными и какие несимметричными? Изобразить их вольт-амперные характеристики.

         2) В чем различие между статическим и дифференциальным сопротивлениями нелинейных элементов?

3) Нарисовать схему для снятия вольт-амперной характеристики нелинейного элемента при питании цепи от источника постоянного напряжения, которое может плавно регулироваться. Предусмотреть в схеме необходимые приборы.

         4) Показать графический расчёт цепи с одним источником ЭДС и нелинейными сопротивлениями, соединенными последовательно.

         5) Показать графический расчёт цепи с нелинейными сопротивлениями, соединенными параллельно.

         6) Показать графический расчёт цепи со смешанным соединением нелинейных сопротивлений.

         7) Показать графический расчёт цепей с нелинейными элементами методом двух узлов.

 

5.2 Порядок выполнения работы

 

         5.2.1 Снять вольт-амперные характеристики трех нелинейных элементов (по указанию преподавателя).

         5.2.2 Собрать цепь с последовательным соединением двух нелинейных элементов. Предусмотреть включение приборов для измерения тока в цепи и напряжений на отдельных элементах и на зажимах источника. Установить на входе напряжение 15¸20 В и записать показания всех измерительных приборов.

         5.2.3 Собрать цепь с параллельным   соединением двух нелинейных элементов. Предусмотреть включение приборов для измерения общего тока и токов в параллельных ветвях, а также напряжения на зажимах источника. Записать показания всех приборов при напряжении питания 15¸20 В.

         5.2.4 Собрать схему согласно рисунку 5.1. Записать показания всех приборов при напряжении на входе порядка 15¸20 В.

         5.2.5 Собрать схему с двумя источниками э.д.с. согласно рисунку 5.2. Измерить э.д.с. источников, напряжение на каждом элементе и токи в ветвях.

 

Рисунок 5.1 - Схема смешанного соединения НЭ

Рисунок 5.2 - Схема с двумя источниками э.д.с.

 

         5.3 Оформление и анализ результатов работы

 

         5.3.1 Построить вольт-амперные характеристики трех нелинейных элементов.

5.3.2 Произвести графический расчет схемы п.5.3.2 и сравнить расчётные значения с экспериментальными данными.

5.3.3 Произвести графический расчет схемы п.5.3.3 и сравнить расчётные значения с экспериментальными данными.

5.3.4 Произвести графический расчет схемы п.5.3.4 и сравнить результаты расчёта с экспериментальными данными.

5.3.5 Произвести графический расчет схемы п.5.3.5 и сравнить результаты расчета с экспериментальными данными.

5.3.6 Сделать выводы о проделанной работе.

 

6 Лабораторная работа № 6. Исследование цепей с электрическими вентилями

 

Цель работы: получение навыков экспериментального исследования электрических цепей с вентилями.

        

         6.1 Подготовка к работе

 

         Повторить разделы, в которых рассматриваются несинусоидальные токи и цепи с электрическими вентилями.

         [Л.1] с.424-426.

         [Л.3] с.430-436.

 

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         1) Какой нелинейный элемент называется электрическим вентилем? Привести его вольт-амперную характеристику. Дать определение идеального вентиля.

         2) Как построить график мгновенного значения тока в цепи с электрическим вентилем и активным сопротивлением при приложении синусоидального напряжения?

         3) Привести схему однополупериодного выпрямителя с активным сопротивлением нагрузки. Построить графики мгновенных значений тока и напряжения на нагрузке, записать выражения для расчета действующего значения и постоянной составляющей тока и напряжения на нагрузке при идеальном выпрямлении.

         4) Представить мостовую схему двухполупериодного выпрямителя. Построить графики мгновенных значений тока и напряжения на нагрузке, определить действующее значение и постоянную составляющую тока и напряжения на нагрузке при идеальном выпрямлении.

         5) Как рассчитывается действующее значение напряжения по заданным гармоническим составляющим?

         6) Для идеальных одно- и двухполупериодного мостового выпрямителей с активной нагрузкой рассчитать величины полной S, активной Р мощностей и мощности искажения Т, выразив их через амплитуды напряжения и тока. Сопоставить полученные величины и оценить эффективность выпрямления для этих двух схем.

 

6.2 Порядок выполнения работы

 

         6.2.1 Снять статическую вольт-амперную характеристику диода с последовательно соединенным сопротивлением в прямом и обратном направлениях при питании от источника постоянного напряжения.

         6.2.2 Собрать однополупериодный выпрямитель в соответствии со схемой (см. рисунок 6.1). Напряжение источника установить в пределах 10¸20 В. Измерить постоянную составляющую и действующее значение переменной составляющей тока и напряжения на нагрузке.

         6.2.3 С помощью осциллографа зарисовать кривые мгновенных значений напряжения источника и напряжения на нагрузке.

         6.2.4 Собрать мостовой выпрямитель по схеме (см. рисунок 6.2). Установить напряжение питания и сопротивление нагрузки такими же, как в п.6.3.2. Измерить постоянную составляющую и действующее значение переменной составляющей тока и напряжения на нагрузке.

         6.2.5 Подключить осциллограф к нагрузке и зарисовать кривую выпрямленного напряжения.

 

         6.3 Оформление и анализ результатов работы

 

         6.3.1 Произвести графический расчет схемы однополупериодного выпрямителя (см. рисунок 6.1), используя вольт-амперную характеристику, снятую в п.3.1. Сопоставить форму полученной кривой тока с осциллограммой напряжения на нагрузке, полученной в п.6.2.3.

         6.3.2 По измеренным в п.6.2.2 постоянной составляющей V20 и действующему значению переменной составляющей напряжения на нагрузке V2~ рассчитать величину действующего значения напряжения на нагрузке V2 и сопоставить с величиной действующего значения напряжения источника.

         6.3.3По результатам измерений п.6.2.2 вычислить полную мощность источника питания S, активную мощность в нагрузке Р, мощность искажения Т и сравнить с соответствующими значениями, полученными для идеального однополупериодного выпрямителя по выражениям, приведенным в п.6.

         6.3.4 По измеренным в п.6.2.4 постоянной составляющей V20 и действующему значению переменной составляющей напряжения на нагрузке V2~ рассчитать величину действующего значения напряжения на нагрузке V2 и сравнить с величиной действующего значения напряжения источника.

         6.3.5 По результатам измерений п.6.2.4 вычислить полную мощность источника питания S, активную мощность в нагрузке Р, мощность искажения Т и сравнить с соответствующими значениями, полученными для идеального двухполупериодного выпрямителя.

         6.3.6 Сопоставить результаты, полученные для одно- и двухполупериодного выпрямителей.

         6.3.7 Сделать выводы о проделанной работе.

 

 

Рисунок 6.1 - Схема однополупериодного выпрямителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.2 - Мостовая схема выпрямителя

 

7 Лабораторная работа № 7. Исследование феррорезонанса напряжений

 

Цель работы: получение навыков экспериментального исследования нелинейных цепей в режиме феррорезонанса.

        

        

7.1 Подготовка к работе

 

         Повторить раздел «Явление феррорезонанса»

         [Л.1] с.411-417.

         [Л.3] с.455-460.

 

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         1) В какой цепи возникает феррорезонанс напряжений?

         2) Почему явление скачка тока в феррорезонансной цепи называют также явлением опрокидывания фазы? Построить векторные диаграммы напряжений для двух режимов: до и после скачка тока.

         3) Как выбрать ёмкость конденсатора, чтобы в феррорезонансной цепи происходило скачкообразное изменение тока?

         4) Построить вольт-амперную характеристику последовательной феррорезонансной  цепи. Проанализировать изменение тока при плавном изменении величины входного напряжения.

         5) Нарисовать схему для снятия вольт-амперной характеристики катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником, предусмотрев в ней необходимые приборы.

         6) Нарисовать следующие схемы:

а) для снятия вольт-амперной характеристики последовательно соединенных катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником и конденсатора (см. рисунок 7.1);

б) для снятия кривой зависимости суммарного напряжения от тока при плавном изменении тока в цепи (см. рисунок 7.2);

в) для феррорезонансной цепи, работающей в качестве стабилизатора напряжения (см. рисунок 7.3).

 

Рисунок 7.1 - Схема феррорезонансной цепи

 

 

 

Рисунок 7.2 - Схема с источником тока

 

 

Рисунок 7.3 - Схема стабилизатора напряжения

  

 

         Таблица 7.1-Экспериментальные данные для схемы рисунка 7.1

U, B

I, мА

UL, B

UC, B

 

 

 

 

 

         Таблица 7.2-Экспериментальные данные для схемы рисунка 7.2

I, мА

 

 

 

 

 

 

 

U, B

 

 

 

 

 

 

 

 

         Таблица 7.3-Экспериментальные данные для схемы рисунка 7.3

U1, B

 

 

 

 

 

U2, B

 

 

 

 

 

 

 

         7.2 Порядок выполнения работы

 

         7.2.1 Собрать цепь по схеме согласно пункту 5 подготовки к работе. Снять и построить вольт-амперную характеристику катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником (5-7 измерений). Включить в цепь вместо катушки индуктивности конденсатор, снять вольт-амперную характеристику конденсатора (2 измерения, так как конденсатор линейный), построить вольт-амперную характеристику конденсатора на одном рисунке с вольт-амперной характеристикой катушки индуктивности.

         Указание. Вольт-амперная характеристика конденсатора должна пересекать вольт-амперную характеристику катушки индуктивности.

         7.2.2 Собрать цепь по схеме пункта 6 (см. рисунок 7.1) подготовки к работе.

         7.2.3 Постепенно увеличивая общее напряжение от нуля до 30¸40 В, а затем постепенно уменьшая его, снять зависимости тока в цепи и напряжений на катушке и конденсаторе от напряжения питания. Необходимо производить не менее 7¸8 измерений до и после скачка тока при увеличении общего напряжения, а также не менее 7¸8 измерений при уменьшении общего напряжения.

         Указание. Когда происходит резкий скачок тока при плавном увеличении напряжения питания, общее напряжение снижается вследствие увеличения падения напряжения в генераторе.

         Прежде чем записать показания приборов после скачка, следует восстановить то напряжение питания, которое было непосредственно перед скачком тока. Аналогично следует поступить и при обратном скачке тока, который происходит при увеличении напряжения.

         Результаты измерений занести в таблицу 7.1.

         7.2.4 Собрать цепь по схеме пункта 6 (см. рисунок 7.2) подготовки к работе.

         7.2.5 Снять кривую зависимости суммарного напряжения (на катушке и конденсаторе) от тока при плавном изменении тока в цепи. Результаты измерений занести в таблицу 7.2.

         Указание. Для плавного регулирования тока последовательно с генератором включается дополнительно сопротивление, так что генератор совместно с сопротивлением можно рассматривать как искусственный источник тока. Величина сопротивления выбирается возможно меньшей, но такой, чтобы отсутствовали скачки тока при плавном изменении напряжения питания цепи. Вольтметр, измеряющий общее напряжение цепи, не должен учитывать падение напряжения на сопротивлении.

         7.2.6 Собрать схему стабилизатора напряжения согласно пункту 6 подготовки к работе (см. рисунок 7.3). Подключить в качестве нагрузки к зажимам катушки магазин сопротивлений.

         7.2.7 Снять зависимость напряжения на нагрузке от напряжения на входе цепи. Для этого установить максимальное напряжение на входе, а затем уменьшать его до появления скачка напряжения на нагрузке и записать показания приборов (5-7 измерений) в таблицу 7.3.

 

         7.3 Оформление и анализ результатов работы

 

         7.3.1 Построить на одном графике вольт-амперные характеристики всей цепи, катушки индуктивности и конденсатора по результатам, полученным п.7.2.3.

         7.3.2 По результатам, полученным в п.7.2.5, построить кривую зависимости суммарного напряжения от тока.

         7.3.3 По данным в п.7.2.7 построить зависимость напряжения на нагрузке от напряжения питания. Объяснить полученную зависимость. Рассчитать коэффициент стабилизации.

         7.3.4 Сделать выводы по проделанной работе: сопоставить идеализированную вольт-амперную характеристику цепи с полученной экспериментально при изменении напряжения на входе цепи и объяснить различие между ними (п.7.3.1); сравнить экспериментальную кривую, полученную в п.7.3.1, с кривой зависимости суммарного напряжения от тока, полученной в п.7.3.2, объяснить их различие.

 

         Методические указания

         Коэффициент стабилизации рассчитывается по формуле

,

где U1- напряжение на входе цепи;

U2- напряжение на выходе (на нагрузке);

, - изменения напряжения на входе и выходе (см. рисунок 7.4).

 


                                                       

Рисунок 7.4 - Зависимость напряжения стабилизатора

 

8 Лабораторная работа №8. Исследование плоскопараллельного электростатического поля двухпроводной линии

 

         Цель работы: получение навыков экспериментального исследования плоскопараллельного электростатического поля двухпроводной линии с использованием компьютерного моделирования.

 

         8.1 Подготовка к работе

 

         Изучить следующие разделы курса ТОЭ: поле бесконечно длинной равномерно заряженной оси, поле параллельных разноименно заряженных осей, поле двухпроводной линии [Л.2] с. 52-56. Ознакомиться с описанием интерфейса программы «Теория поля» и методическими указаниями к расчёту и выполнению лабораторной работы.

        

         Выполнить следующее:

1) Записать формулы для расчета напряженности и потенциала электростатического поля бесконечно длинной равномерно заряженной оси.

2) Записать формулы для расчета напряженности и потенциала электростатического поля двух параллельных бесконечно длинных разноименно заряженных осей.

3) Записать граничные условия на поверхности проводников.

4) В соответствии с вариантом задания (см. таблицу 8.1) вычислить а, S1,S2. Результаты расчета занести в таблицу 8.2.

5) Записать формулу для расчета емкости двухпроводной линии. В соответствии с вариантом задания (см. таблицу 8.1) вычислить емкость двухпроводной линии. Результаты расчета занести в таблицу 8.2.

6) Записать формулы для расчета потенциалов на поверхности проводов φ1, φ2. В соответствии с вариантом задания (см. таблицу 8.1) вычислить

потенциалы на поверхности проводов φ1, φ2. Результаты расчета занести в таблицу 8.2.

         7) Записать формулы для расчета напряженностей электростатического поля на поверхности проводников в точках, M, N, L, K. Вычислить, в соответствии с вариантом задания (см. таблицу 8.1), напряженности электростатического поля в этих точках. Результаты расчетов занести в таблицу 8.2.

         8) Записать формулы для расчета плотности свободного электрического заряда на поверхности проводника. В соответствии с вариантом задания (см. таблицу 8.1) вычислить плотности свободного электрического заряда на поверхности проводников в точках M, N, L, K. Результаты расчетов занести в таблицу 8.2.

          9) Дать определение плоскопараллельного поля.

10) Дать определение эквипотенциальным и силовым линиям. Качественно нарисовать картину электростатического поля двухпроводной линии.

 

Таблица 8.1 - Варианты задания к лабораторной работе

№ вар

Радиусы проводов

Расстояние между проводами,

d мкм

Напряжение между проводами

U

R1,мкм

R2,мкм

1

10

5

60

100

2

10

15

80

120

3

15

20

100

110

4

20

10

120

160

5

5

10

70

90

6

8

16

90

220

 

 

8.2 Порядок выполнения работы

 

8.2.1 Запустить программу «Теория поля», щелкнув левой кнопкой мыши  по ярлыку на рабочем столе компьютера (см. рисунок 8.1). Откроется главное окно программы (см. рисунок 8.2).

                            Рисунок 8.1

          8.2.2 Установить радиусы проводов и d согласно заданному варианту

8.2.3 Построить двухпроводную линию в рабочей области, щелкнув левой кнопкой мыши по кнопке «Построить». На экране появится двухпроводная линия (см. рисунок 8.3).

8.2.4 Определить геометрические параметры линии: a – расстояние между электрической осью и плоскостью нулевого потенциала, S1, S2

расстояния между геометрическими осями и плоскостью нулевого потенциала. Занести полученные значения «a ,S1, S2 ,» в таблицу 8.2

8.2.5 Установить напряжение между проводами, согласно заданному варианту, с помощью источника напряжения (см. рисунок 8.2, описание интерфейса программы и методические указания).

         8.2.6 Получить изображение электрических осей, щелкнув левой кнопкой мыши по кнопке «Оси».

         8.2.7 Измерить емкость двухпроводной линии на единицу длины. Полученное значение емкости записать в таблицу 8.2.

         8.2.8 Измерить напряженность электростатического поля на поверхности проводов в заданных точках: M, N, L, K. Результаты измерений занести в таблицу 8.2.

         8.2.9 Построить эквипотенциальные линии поля двухпроводной линии с шагом (по указанию преподавателя).

         8.2.10 Построить силовые линии электростатического поля двухпроводной линии.

         8.2.11 Полученную картину электростатического  поля двухпроводной линии сохранить, щелкнув левой кнопкой мыши по кнопке «Экспорт в *bmp».

 

         8.3 Оформление и анализ результатов работы

 

         8.3.1 Выполнить теоретический расчет геометрических параметров двухпроводной линии «a ,S1, S2 ,», результаты расчетов занести в таблицу 8.2, столбец «Теоретический расчет». Определить «a ,S1, S2 ,» на ЭВМ, результаты расчетов занести в таблицу 8.2, столбец «Эксперимент». Сравнить полученные результаты.

8.3.2 Выполнить теоретический расчет емкости двухпроводной линии и потенциалов на поверхности проводов φ1, φ2, результаты расчетов занести в таблицу 8.2, столбец «Теоретический расчет». Измерить емкость двухпроводной линии и потенциалы на поверхности проводов φ1, φ2, результаты расчетов занести в таблицу 8.2, столбец «Эксперимент». Сравнить полученные результаты.

8.3.3 Выполнить теоретический расчет напряженностей на поверхности проводов в заданных точках: M, N, L, K. Результаты расчетов занести в таблицу 8.2, столбец «Теоретический расчет». Измерить напряженности на поверхности проводов заданных точках: M, N, L, K. Результаты расчетов занести в таблицу 8.2, столбец «Эксперимент». Сравнить полученные результаты.

8.3.4 Выполнить теоретический расчет плотностей поверхностного заряда в заданных точках: M, N, L, K. Результаты расчетов занести в таблицу 8.2, столбец «Теоретический расчет». По найденным экспериментально напряженностям, рассчитать плотности поверхностного заряда. . Результаты расчетов занести в таблицу 8.2, столбец «Эксперимент». Сравнить полученные результаты.

8.3.5 Сохранить и распечатать полученную экспериментально картину поля.

8.3.6 На полученном рисунке построить вручную силовые линии (по указанию преподавателя).

8.3.7 Сделать выводы.

 

Таблица 8.2 - Результаты лабораторной работы

Геометр. параметры линии; потенциалы на поверхности проводов; емкость С, напряженность Е, поверх. плотность заряда σ

Теоретический  расчет

Эксперимент

                а, м

 

 

, м

 

 

, м

 

 

φ1

 

 

               φ2

 

 

С, Ф/м

 

 

                   , В/м

 

 

  , В/м

 

 

 ,В/м

 

 

  , В/м

 

 

  σМ, Кл/м2

 

 

  σN, Кл/м2

 

 

  σL, Кл/м2

 

 

  σK, Кл/м2

 

 

        

8.4 Описание интерфейса программы «Теория поля»

Главное окно интерфейса программы (см. рисунок 8.2) содержит рабочую область и две боковые панели, на которых расположены измерительные приборы и управляющие кнопки. Рабочая область имеет координатную сетку, вид которой можно изменять кнопкой «Сет».

На левой боковой панели сверху расположено меню инструментов рисования, содержащее кнопки:

 

  − кнопка для рисования точек в рабочей области;

 − кнопка (ластик) для очистки рабочей области от ошибочно поставленных точек;

 

 − кнопка для рисования отрезков, соединяющих точки;

 

 −кнопка (ластик) для очистки рабочей области от ошибочно нарисованных отрезков;

 −кнопка для очистки рабочей области от эквипотенциальных и силовых линий;

 

 −кнопка для рисования силовых линий;

        

 −кнопка для изменения вида сетки рабочей области;

        

            − кнопка для рисования электрических осей.

 

На левой боковой панели так же расположены:

        

−прибор для измерения напряженности поля, прибор включается щелчком левой кнопки мыши по кнопке «».

− кнопка для определения геометрических параметров двухпроводной линии;    

 

− кнопка для открытия области, в которой расположены кнопки для изменения масштаба: «+» и «−».

На правой боковой панели сверху расположены рамка с тремя ползунками и кнопками справа и слева для установки радиусов проводов и расстояния между их центрами и кнопка «Построить» для построения в рабочей области двухпроводной линии с заданными параметрами.

После построения двухпроводной линии внизу рабочей области появляется линейка, служащая для отображения установленного масштаба (см. рисунок 8.3).

На правой боковой панели также расположены:

− вольтметр для измерения потенциалов в любой точке электростатического поля двухпроводной    линии;

 

        

 

− источник напряжения с тремя переключателями для установки напряжения между проводами двухпроводной линии;

 

 

 

        

− прибор для измерения емкости двухпроводной линии; прибор включается щелчком левой кнопкой                                          мыши по кнопке «F»;

− кнопка для сохранения картины поля двухпроводной линии;

                         − кнопка «замочек» для блокировки и разблокировки

установленных параметров двухпроводной линии и напряжения.

                                    Рисунок 8.2 - Интерфейс программы

             

      Рисунок 8.3 - Двухпроводная линия

 

 Методические указания

Ознакомиться с описанием программы «Теория поля».

Для установки радиусов проводов и расстояния между проводами d применяются ползунки и кнопки справа и слева, позволяющие, соответственно, увеличивать или уменьшать  и d. Чтобы предотвратить случайное изменение установленных параметров двухпроводной линии, нужно щелкнуть левой кнопкой мыши по кнопке «замочек». Для построения двухпроводной линии щелкнем по кнопке «Построить» (см. рисунок 8.3).

Для определения геометрических параметров линии щелкнем по кнопке «Геометрия», откроется область, в которой появятся значения a ,S1, S2.

Напряжение между проводами устанавливается с помощью источника напряжения с тремя переключателями. Для увеличения напряжения щелкнем левой кнопкой мыши на стрелку соответствующего переключателя источника, для уменьшения напряжения нужно щелкнуть правой кнопкой мыши.

Изображение электрических осей можно получить, щелкнув левой кнопкой мыши по кнопке «Оси» (см. рисунок 8.3), убрать электрические оси можно также, щелкнув левой кнопкой мыши по кнопке «Оси».

Емкость двухпроводной линии на единицу длины можно измерить с помощью соответствующего прибора, для этого нужно щелкнуть по кнопке «F»этого пробора левой кнопкой мыши (см. рисунок 8.3).

Напряженность в любой точке электрического поля двухпроводной линии можно измерить с помощью соответствующего прибора, для этого нужно включить прибор, щелкнув по кнопке «» левой кнопкой мыши, поставить курсор мышки в точку поля, где требуется измерить напряженность и щелкнуть по этой точке поля правой кнопкой мыши. На табло прибора  появится значение напряженности (см. рисунок 8.3).

Для построения точек эквипотенциальной линии применяется вольтметр, с помощью, которого можно измерять потенциалы точек электростатического поля двухпроводной линии. Чтобы нарисовать точку эквипотенциальной линии, щелкают левой кнопкой мыши по кнопке для рисования точек, расположенной вверху левой панели в меню инструментов рисования (см. описание программы), затем находят точку поля с заданным потенциалом, используя вольтметр, и щелкают левой кнопкой мыши по найденной точке поля, при этом на экране появляется тока красного цвета. Ошибочно нарисованные точки можно удалить с помощью кнопки (ластика), расположенной вверху левой панели в меню инструментов рисования.

Полученные точки эквипотенциальной линии можно соединить между собой отрезком. Для этого щелкают левой кнопкой мыши по кнопке для рисования отрезков, расположенной вверху левой панели в меню инструментов рисования, затем щелкают левой кнопкой мыши по двум соседним точкам с одинаковыми потенциалами и они соединяются отрезком прямой. Ошибочно нарисованные отрезки можно удалить с помощью кнопки (ластика), расположенной вверху левой панели в меню инструментов рисования.

Для построения силовых линий щелкают левой кнопкой мыши по кнопке «Е». На экране появляется диалоговое окно (см. рисунок 8.4), в котором выбирают число силовых линий и нажимают «ОК». Убрать силовые линии можно также, щелкнув левой кнопкой мыши по кнопке «Е».

 

                                                      Рисунок 8.4

 

Полученную картину электростатического поля двухпроводной линии можно сохранить щелчком левой кнопкой мыши по кнопке «Экспорт в *bmp». Чтобы распечатать сохраненную картину поля, её удобнее всего открыть с помощью программы Paint.

Силовые линии можно построить вручную на распечатанном рисунке двухпроводной линии, где построены только эквипотенциальные линии. Одна из силовых линий – это прямая, соединяющая электрические оси. Все остальные силовые линии представляют собой дуги окружности, проходящие через электрические оси, с центрами, лежащими на линии нулевого потенциала, и определяются уравнением: , где  - центр дуги окружности. Силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным линиям и проводятся так, чтобы между каждой парой соседних линий заключалась равная часть общего потока вектора напряженности поля.

Полностью очистить экран от системы эквипотенциальных и силовых линий можно с помощью кнопки «Cls», щелкнув по ней левой кнопкой мыши.

        

Методические указания к теоретическому расчету.

         Геометрические параметры двухпроводной линии a ,S1, S2 (см. рисунок 8.5) вычисляются по формулам:

,

где,

d =S1+S2 − расстояние между геометрическими осями проводов;

S1, S2 − расстояние от геометрических осей проводов до плоскости нулевого потенциала;

R1, R2 − радиусы проводов;

а − расстояние электрических осей от плоскости нулевого потенциала.

         Емкость двухпроводной линии С определяется выражением:

,

где

ε0=8,854*10-12Ф/м  – электрическая постоянная;

ε=1 – относительная диэлектрическая проницаемость воздуха.

Потенциалы на поверхности проводов  φ1, φ2 рассчитываются по формулам:

,        .

Напряженности поля на поверхности проводов вычисляются по формулам (см. рисунок 8.5):

, ,

 

, ,

где − расстояние от положительной электрической оси до точки М,  − расстояние от положительной электрической оси до точки N, − расстояние от положительной электрической оси до точки L, − расстояние от положительной электрической оси до точки K.

         Плотность поверхностного электрического заряда вычисляется по

                , , , .

 

        

                                     Рисунок 8.5 - К расчету напряженности поля

  

Список литературы

 

1.К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин, В.Л. Чечурин. Теоретические основы электротехники. – том 2. – СПб.: Питер, 2003.-576 с.

2.К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин, В.Л.Чечурин. Теоретические основы электротехники. – том 3. – СПб.: Питер, 2003.-377 с.

3.Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. Основы теории цепей.- М.: Энергоатомиздат, 1989.-528 с.

4.Л.А.Бессонов. Теоретические основы электротехники. – М.: Гардарики, 1999.-638 с.

5.Г.В.Бакалов, В.Ф.Дмитриков, Б.Е.Крук. Основы теории цепей.- М.: Радио и связь, 2000.-592 с.

6.Сборник задач по теоретическим основам электротехники/Л.Д.Бессонов, И.Г.Демидова, М.Е.Заруди и др.-М.: Высшая школа, 1988.-543 с.

7. В.И. Карлащук Электронная лаборатория на IВМ РС. Программа Electronics Workbench и её применение.-М.:Солон-Р, 1999.-506 с. 

 

Содержание 

1 Лабораторная работа № 1. Переходные процессы в цепях первого порядка       3

2 Лабораторная работа № 2. Переходные процессы в цепи R-L-C                                7

3 Лабораторная работа № 3. Исследование пассивных симметричных

фильтров                                                                                                               10

4 Лабораторная работа № 4. Исследование различных режимов в длинных линиях                                                                                                                 15

5 Лабораторная работа № 5. Исследование электрической цепи

   постоянного тока с нелинейными элементами                                                 19

6 Лабораторная работа № 6. Исследование цепей с электрическими  

 вентилями                                                                                                            21

7 Лабораторная работа № 7. Исследование феррорезонанса  напряжений        23

8Лабораторная работа № 8. Исследование плоскопараллельного электростатического поля двухпроводной линии                                                  28

  Список литературы                                                                                            38

  

Сводный план 2012 г., поз.45