АЛМАТИНСКИЙ

ИНСТИТУТ

ЭНЕРГЕТИКИ

И

СВЯЗИ

 

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

 

 

 

 

 

Теория электрических цепей.

Методические указания к лабораторным работам

Часть II

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2004

 

СОСТАВИТЕЛИ:  Е.Х. Зуслина, Л.Н. Кондратенко.

Теория электрических цепей. Методические указания к лабораторным работам. Часть II.  – Алматы: АИЭС, 2004. –  26 стр.

 

 

 

 

 

Методические указания содержат основные положения по выполнению, оформлению и защите лабораторных работ.

Каждая лабораторная работа состоит из следующих подразделов: назначение работы, описание установки, подготовка к работе, рабочее задание и методические указания.

Задание предназначено для студентов направления «Радиотехника, электроника и телекоммуникации».

Ил. 17, табл. 13, библиограф.- 5 назв.

 

 

 

 

 

 

Рецензент: канд.техн.наук, доц. каф. ТКС Г.С.Казиева

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на  2004г.

 

 

 

 

 

 

 

Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2004г.

 

 

                                                                       

                                                                         Сводный план 2004г., поз. 53

 

 

 

 

Екатерина Хаскелевна Зуслина

Лидия Николаевна Кондратенко

 

 

 

 

 

Теория электрических цепей.

Методические указания к лабораторным работам

Часть II

 

 

 

 

 

 

 

Редактор В.В.Шилина

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать «___»_______                       Формат 60х84     1/16

Тираж  250 экз.                                                        Бумага типографическая №1

Объём         уч.изд.л.                                               Заказ_____.Цена          тенге.

 

 

 

 

 

 

 

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

 480013 Алматы, Байтурсынова, 126.

 

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебно-методической работе

__________________  Э.А. Сериков

“____”____________ 2004г.

 

 

Теория электрических цепей.

Методические указания к лабораторным работам

Часть II

 

СОГЛАСОВАНО                          Рассмотрено и одобрено на

Начальник УМО                            заседании кафедры ТОЭ

____________ О.З. Рутгайзер      Протокол № 7 от “13” мая 2004г.

“___”_______ 2004г.                     Зав. кафедрой ТОЭ

                                                       ____________ В.И. Денисенко

Инженер по стандартизации

В.В. Шилина____________          Согласовано

“___”_______ 2004г.                     Зав. кафедрой РТ

                                                       ____________ А.З.Айтмагамбетов

Редактор                                        “___”_______ 2004г.

В.В.Шилина_________

“___”_______ 2004г.                     Зав. кафедрой АЭС

                                                       ____________ Т.К.Бектыбаев

                                                       “___”_______ 2004г.

 

                                                       Зав. кафедрой ЭиКТ

                                                       ____________ А.Берикулы

                                                       “___”_______ 2004г.

                                                          Зав. кафедрой ТКС

                                                       ____________ С.В.Коньшин

                                                       “___”_______ 2004г.

                                                       Составители:

                                                       ____________ Е.Х.Зуслина

                                                           ____________Л.Н.Кондратенко

 

 

 

Алматы 2004

 

 

 

РЕЦЕНЗИЯ

 

на методические указания к лабораторным работам по курсу

“Теория электрических цепей. Лабораторный практикум часть II”,

авторы к.т.н., профессор Е.Х.Зуслина, ст.препод. Л.Н.Кондратенко.

 

 

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине  “Теория электрических цепей” часть II содержат основные положения по выполнению, оформлению и защите лабораторных работ: «Переходные процессы в цепи R-С”,

«Переходные процессы в цепи R-L-C”, “Исследование пассивных симметричных фильтров», «Исследование электрической цепи постоянного тока с нелинейными резистивными элементами», «Исследование феррорезонанса напряжений»,  «Исследование различных режимов в линии без потерь».

Каждая лабораторная работа содержит следующие разделы: цель работы, подготовка к работе, рабочее задание и методические указания. Лабораторные работы предназначены для студентов специальностей радиотехники и связи.

Представленная методическая разработка соответствует рабочей программе курса «Теория электрических цепей», удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к подобным работам, и может быть рекомендована к изданию.

 

 

 

 

 

 

 

Рецензент: к.т.н., доц. каф. ТКС                                            Г.С.Казиева

 

 

1 Лабораторная работа № 9

 

Переходные процессы в цепи R-C

 

1.1 Цель работы

         Получение навыков экспериментального исследования переходных процессов в цепи с одним реактивным элементом.

 

         1.2 Подготовка к работе

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

         //Л.1// с.157-167

          //Л.2// с.234-244

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

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

         1.2.2 Записать законы коммутации.

         1.2.3 Что такое переходный, принуждённый и свободный токи?

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

         1.2.5 Что называют  коэффициентом затухания цепи?

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

 

 

         1.3 Порядок выполнения работы

         1.3.1 Собрать цепь (рисунок 1.1).

         1.3.2 Установить значения Uвх, R и C согласно варианту (таблица 1.1), R1=100-300 Ом.

         1.3.3 На вход осциллографа подать напряжение с конденсатора.

         1.3.4 Срисовать в масштабе полученную кривую uC(t).

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

         1.3.6 Изменить согласно варианту один из параметров цепи (таблица 1.2), срисовать в масштабе новую кривую uC(t).

 

 

         1.4 Оформление и анализ результатов работы

         1.4.1 Рассчитать постоянную времени t1 и коэффициент затухания цепи a1, для параметров цепи согласно заданному варианту (таблица 1.1) и t2, a2 согласно варианту (таблица 1.2).

         1.4.2 По изображению кривой напряжения uC(t) определить постоянную времени t1 и коэффициент затухания цепи a1 (пункт 3.4) и t2, a2 (пункт 3.6).

         1.4.3 Рассчитать напряжение uC(t) на основе известных параметров цепи согласно заданному варианту (таблица 1.1).

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

         1.4.5 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.

 

                                                       

Рисунок 1.1

        

Таблица 1.1

№ варианта

Uвх,В

R,Ом

С,мкФ

1

10

300

4

2

15

400

2

3

12

200

5

4

10

600

5

5

15

500

3

 

 

         Таблица 1.2

№ 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

 

 

        

 

 

 

Методические указания

         Масштаб по оси времени можно определить из условия, что электронный ключ (ЭК) замыкается с частотой    f=50 Гц       и   с периодом 

(рисунок 1.2), где t1- время, в течение которого ЭК разомкнут, t2- время,  в течение которого ЭК замкнут. Время t2 определяется по осциллограмме.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Лабораторная работа № 10

 

Переходные процессы в цепи R-L-C

 

         2.1 Цель работы

         Получение навыков экспериментального исследования апериодического и колебательного разрядов конденсатора.

 

         2.2 Подготовка к работе

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

         //Л.1// с.167-172

          //Л.2// с.244-256

 

Ответить на вопросы и выполнить следующее:

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

         2.2.2 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.

         2.2.3 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.

         2.2.4 Что такое логарифмический декремент колебания?

         2.2.5 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?

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

 

         2.3 Порядок выполнения работы

         2.3.1 Собрать цепь (рисунок 2.1)

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

         2.3.3 На вход осциллографа подать напряжение с конденсатора.

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

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

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

2.3.7 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.

 

2.4 Оформление и анализ результатов работы

2.4.1 Рассчитать коэффициент затухания a(РАСЧ) и частоту собственных колебаний wСВ(РАСЧ) по заданным значениям RКОНТ= R+ RК, L, C (пункт 2.3.2).
         2.4.2 По полученному изображению кривой напряжения  (пункт 2.3.4) рассчитать экспериментальные значения a(ЭКСП) и wСВ (ЭКСП).

2.4.3 Рассчитать критическое сопротивление Rкр(расч) согласно варианту. 2.4.4 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

Таблица 2.1

№ 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

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

3 Лабораторная работа № 11

 

Исследование пассивных симметричных фильтров

 

         3.1 Цель работы

         Получение навыков экспериментального исследования простейших низкочастотных (ФНЧ) и высокочастотных (ФВЧ) фильтров.

 

         3.2 Подготовка к работе

         Повторить разделы курса ТЭЦ «Четырехполюсники» и «Фильтры»

         //Л.1// с.132-150; 308-316;  //Л.2// с.244-256

 

Ответить на следующие вопросы:

         3.2.1 Какие типы фильтров вы знаете?

         3.2.2 Дайте понятия низкочастотного, высокочастотного, полосного и заграждающего фильтров.

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

         3.2.4 Что такое область пропускания и область затухания идеального фильтра?

         3.2.5 Что такое согласованный режим работы фильтра?

         3.2.6 Привести П-образную и Т-образную схемы ФНЧ?

         3.2.7 Привести П-образную и Т-образную схемы ФВЧ?

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

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

         3.2.10 Привести расчётные формулы fср и r для ФНЧ.

         3.2.11 Привести расчётные формулы fср и r для ФВЧ.

 

         3.3 Порядок выполнения работы

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

         3.3.2 Установить значения U1, L и C согласно варианту (таблица 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.

3.3.4 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.

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

 

3.4 Оформление и анализ результатов работы

3.4.1 Рассчитать fср. и r согласно варианту (таблица 3.2).

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

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

3.4.4 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

 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

№ 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

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

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 (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

 

 

 

Рисунок 3.2

 

 

 

Рисунок 3.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Лабораторная работа № 12

 

Исследование электрической цепи постоянного тока с нелинейными резистивными элементами

 

         4.1 Цель работы

         Получение навыков экспериментального исследования цепей постоянного тока с нелинейными резистивными элементами.

 

         4.2 Подготовка к работе

         Повторить раздел «Нелинейные электрические цепи в режиме постоянного тока».

         //Л.1// с.233-238; с.242-244. //Л.2// с.404-406.

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         4.2.1 Какие резистивные элементы называются нелинейными?

         4.2.2 Какие резистивные элементы называются симметричными и какие несимметричными? Привести примеры симметричного и несимметричного нелинейных элементов. Изобразить их вольт-амперные характеристики.

         4.2.3 Как определяются статическое Rст и дифференциальное Rд сопротивления?

         4.2.4 Показать графический расчёт цепи с одним источником ЭДС и последовательным соединением нелинейного и линейного резистивных элементов.

         4.2.5 Как определяется рабочая точка нелинейного резистивного элемента?

         4.2.6 Показать графический расчёт цепи с одним источником ЭДС и параллельным соединением нелинейного и линейного элементов.

         4.2.7 Показать графический расчёт цепи с одним источником ЭДС и со смешанным  соединением двух нелинейных и одного линейного элементов.

         4.2.8 Нарисовать схему для снятия вольт-амперных характеристик нелинейного и линейного элементов при питании цепи от регулируемого источника постоянного напряжения. Предусмотреть в схеме необходимые приборы.

         4.2.9 Нарисовать схемы с последовательным и параллельным соединением нелинейного и линейного резистивных элементов. Предусмотреть в схеме необходимые приборы.

         4.2.10 Зарисовать схему (рисунок 4.1) со смешанным  соединением двух нелинейных и одного линейного  элементов.

         4.2.11 Нарисовать таблицы 4.1 ¸ 4.3.

 

        

 

4.3 Порядок выполнения работы

         4.3.1 Снять вольт-амперные характеристики двух нелинейных и одного линейного  элементов.

         4.3.2 Собрать цепь с последовательным соединением нелинейного и линейного резистивных элементов. Включить приборы для измерения тока в цепи и напряжений на зажимах источника и на отдельных элементах. Установить на входе напряжение 10¸20 В. Записать показания всех измерительных приборов в таблицу 4.1.

         4.3.3 Собрать цепь с параллельным   соединением нелинейного и линейного резистивных элементов. Включить приборы для измерения общего тока и токов в параллельных ветвях и напряжения на зажимах источника. Установить на входе напряжение 10 ¸20 В. Записать показания всех измерительных приборов в таблицу 4.2.

         4.3.4 Собрать цепь со смешанным   соединением двух нелинейных и одного линейного резистивных элементов. Включить приборы для измерения общего тока и токов в параллельных ветвях, напряжения на зажимах источника и на всех элементах. Установить на входе напряжение 10 ¸20 В. Записать показания всех измерительных приборов в таблицу 4.3.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.1

 

        

 

 

 

Таблица 4.1

Вид исследования

 

U

U1

U2

I

Экспериментальный

расчёт

 

 

 

 

Теоретический

расчёт

 

 

 

 

 

         Таблица 4.2

Вид исследования

 

U

I

I1

I2

Экспериментальный

расчёт

 

 

 

 

Теоретический

расчёт

 

 

 

 

 

Таблица 4.3

Вид исследования

 

U

U1

U2

I

I1

I2

Экспериментальный

расчёт

 

 

 

 

 

 

Теоретический

расчёт

 

 

 

 

 

 

 

         4.4 Оформление и анализ результатов работы

         4.4.1 Построить вольт-амперные характеристики двух нелинейных и  линейного резистивных элементов. Результаты расчётов записать в          таблицу 4.1.

         4.4.2 Выполнить графический расчёт схемы п.4.3.2, сравнить расчётные данные с экспериментальными данными. Определить рабочую точку нелинейного элемента и рассчитать статическое и дифференциальное сопротивления.

         4.4.3 Выполнить графический расчёт схемы п.4.3.3, результаты расчётов записать в таблицу 4.2. Сравнить расчётные значения с экспериментальными.

         4.4.4 Выполнить графический расчёт схемы п.4.3.4, результаты расчётов записать в таблицу 4.3 и сравнить расчётные значения с экспериментальными.

         4.4.5 Сделать выводы о проделанной работе: сравнить экспериментальные значения напряжений и токов с расчётными, оценить точность графического метода расчёта нелинейных электрических цепей.

 

5 Лабораторная работа № 13

 

Исследование феррорезонанса напряжений

 

5.1 Цель работы

Получение навыков экспериментального исследования нелинейных цепей в режиме феррорезонанса.

        

         5.2 Подготовка к работе

         Повторить раздел «Явление феррорезонанса»

//Л.2// с.455-460

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         5.2.1 В какой цепи возникает феррорезонанс напряжений?

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

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

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

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

         5.2.6 Нарисовать следующие схемы: а – для снятия вольт-амперной характеристики последовательно соединенных катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником и конденсатора (рисунок 5.1); б – для снятия кривой зависимости суммарного напряжения от тока при плавном изменении тока в цепи (рисунок 5.2); в – для феррорезонанса цепи, работающей в качестве стабилизатора напряжения (рисунок 5.3)

 

Рисунок 5.1

 

 

 

Рисунок 5.2

 

 

 

Рисунок 5.3

 

 

         Таблица 5.1

U, B

I, мА

UL, B

UC, B

 

 

 

 

 

         Таблица 5.2

I, мА

 

 

 

 

 

 

 

U, B

 

 

 

 

 

 

 

 

         Таблица 5.3

U1, B

 

 

 

 

 

U2, B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

 

 

5.3 Порядок выполнения работы

         5.3.1 Собрать цепь по схеме согласно пункту 5.2.5 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 вольтамперной характеристикой катушки индуктивности.

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

         5.3.2 Собрать цепь по схеме пункта 5.2.6 (рисунок 5.1) подготовки к работе.

         5.3.3 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 снижении напряжения.

         Результаты измерений занести в таблицу 5.1.

         5.3.4 Собрать цепь по схеме пункта 5.2.6 (рисунок 5.2) подготовки к работе.

         5.3.5 Снять кривую зависимости суммарного напряжения (на катушке и конденсаторе) от тока при плавном изменении тока в цепи. Результаты измерений занести в таблицу 5.2.

         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 сопротивлений.

         5.3.6 Собрать схему стабилизатора напряжения согласно пункту 5.2.6 подготовки к работе (рисунок 5.3). Подключить в качестве нагрузки к зажимам катушки магазин сопротивлений.

         5.3.7 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 5.3.

 

         5.4 Оформление и анализ результатов работы

         5.4.1 Построить на одном графике вольт-амперные характеристики всей цепи, катушки индуктивности и конденсатора по результатам, полученным п.5.3.3.

         5.4.2 По результатам, полученным в п.5.3.5, построить кривую зависимости суммарного напряжения от тока.

         5.4.3 По данным в п.5.3.7 построить зависимость напряжения на нагрузке от напряжения питания. Объяснить полученную зависимость. Рассчитать коэффициент стабилизации.

         5.4.4 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.5.4.1); сравнить экспериментальную кривую, полученную в п.5.4.1 с кривой зависимости суммарного напряжения от тока, полученной в п.5.4.2, 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 (рисунок 5.4).

 

                                                        Рисунок 5.4

6 Лабораторная работа № 14

 

Исследование различных режимов в линии без потерь

 

         6.1 Цель работы

         Получение навыков исследования различных режимов в линии без потерь путём компьютерного моделирования на персональном компьютере с использованием программы “Electronics Workbench”.

 

         6.2 Повторить раздел «Цепи с распределёнными параметрами»

//Л.1// с.337-340; с.343-352. //Л.2// с.357-361.

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         6.2.1 Какие величины называются первичными параметрами линии?

         6.2.2 Какая линия называется линией без потерь?

         6.2.3 Какие величины называются вторичными параметрами линии?

         6.2.4 Как определяются вторичные параметры для линии без потерь?

         6.2.5 Записать уравнения передачи линии без потерь.

         6.2.6 Какая нагрузка называется согласованной? И чему равно входное сопротивление линии при согласованной нагрузке?

         6.2.7 При какой нагрузке в линии без потерь наблюдается режим стоячих волн?

         6.2.8 Как определяется входное сопротивление короткозамкнутой линии без потерь?

         6.2.9 Как определяется входное сопротивление разомкнутой линии без потерь?

         6.2.10 Рассчитать ZB, l, k1, k2, L1, C2 согласно заданному варианту (таблица 6.1). Исходные данные и результаты расчётов записать в таблицу 6.2.

         6.2.11 Подготовить таблицу 6.3.

 

         Таблица 6.1

№

U1, B

f, Гц

,м

L0

C0

Rн, Ом

1

10

108

0,5

1,57

7,1

800

2

15

108

0,6

1,67

6,67

1000

3

20

107

3,2

2

10

200

4

12

109

0,04

1,1

20

400

5

18

106

11

4

8

1500

 

 

 

                   Таблица 6.2

U1, B

f, Гц

,м

L0

C0

ZВ, Ом

k1

k2

L1,мкГн

С2, пФ

l,м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.1

 

         6.3 Порядок выполнения работы

         6.3.1 Собрать электрическую схему (рисунок 6.1)

         6.3.2 Установить на генераторе амплитудное значение напряжения в начале линии , частоту f, согласно заданному варианту и рассчитанные параметры четырёхполюсника  L1 и C2.

6.3.3 Установить сопротивление приёмника Rн  согласно заданному варианту. Измерить действующее значение напряжения в конце линии U2, действующие значения токов в начале линии I1 и в конце линии I2. Измерить начальные фазы напряжения в конце линии yU2 и токов в начале и в конце линии: yi1, yi2. Результаты записать в таблицу 6.3.

6.3.4 В режиме короткого замыкания в конце линии измерить действующее значение напряжения  U2, действующие значения токов в начале линии I1, и в конце линии I2, начальные фазы токов  в начале yi1 и в конце линии yi2. Результаты записать в таблицу 6.3.

6.3.5 В режиме холостого хода в конце линии измерить действующее значение напряжения в конце линии , действующие значения токов в начале линии I1, в конце линии I2, начальные фазы напряжения в конце линии yU2 и тока в начале линии yi1. Результаты записать в таблицу 6.3.

6.3.6  В режиме согласованной нагрузки ZН=ZВ измерить действующее значение напряжения  U2, действующие значения токов в начале линии I1,  в конце линии I2, начальные фазы напряжения в конце линии yU2 и тока   в начале  линии yi1 и в конце yi2. Результаты записать в таблицу 6.3.

 

6.4 Оформление результатов работы

6.4.1 Рассчитать начальные фазы напряжения yU2 и токов yi1, yi2. Результаты записать в таблицу 6.3.

6.4.2 Записать комплексы напряжений  и токов  для всех исследуемых режимов.

6.4.3 По экспериментальным значениям рассчитать входное сопротивление линии Z1ВХ, активные мощности Р1, Р2 для всех исследуемых режимов. Результаты записать в таблицу 6.3.

6.4.4 По входному сопротивлению разомкнутой линии (режим холостого хода) Z1ВХ= Z1Х определить эквивалентную ёмкость.

6.4.5 По входному сопротивлению короткозамкнутой линии (режим короткого замыкания) Z1ВХ= Z1к определить эквивалентную индуктивность.

6.4.6 Сделать выводы по проделанной работе: проанализировать влияния величины сопротивления нагрузки на входное сопротивление линии и активную мощность.

 

Таблица 6.3

Режим работы

U1,

В

U2,

В

Т2-Т1, с

yU2

град

I1,A

Т2-Т1, с

yi1

град

I2,A

Т2-Т1, с

yi2

град

Z1ВХ

Ом

 

Р1Вт

Р2

Вт

Нагрузочный режим

ZН= Rн=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Холостой ход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Короткое замыка

ние

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Согласо

ванная нагрузка

ZН= ZВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методические указания

Для высокочастотных коротких по длине линий выполняются условия  R0<<wL0 и G0<<wС0, поэтому с достаточно большой для практики точностью можно пренебречь сопротивлением R0 и проводимостью утечки G0 и рассматривать линию как линию без потерь.

При исследовании различных режимов в линии путём компьютерного моделирования линия рассматривается как симметричный четырёхполюсник, который может быть представлен симметричной Т- или П-образной схемой замещения. Представим линию без потерь симметричной П-образной схемой:

 

 

 

 
 
Рисунок 6.2

 

Сопротивление Z1 и проводимость У2 для симметричной П-схемы равны:

Z1=jwL0lk1=jwL1          (6.1),

У2 =jwC0lk2=jwC2          (6.2),

           (6.3),

где -длина линии; L0, С0 – первичные параметры линии без потерь;

 

 - коэффициенты; w=2pf- угловая частота, -коэффициент фазы.

Измерить начальные фазы напряжения и токов можно с помощью осциллографа.

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:

yU1 -yU2 = 3600(Т2-Т1)´f.

Если принять, что  yU1 =0, то yU2 = -3600(Т2-Т1)´f.

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 i1 между точками 6 и 3 включают сопротивление R=1Ом, канал В осциллографа подключается к точке 3. Выставив курсор 1 на ноль напряжения , а курсор 2 на ноль тока i1, измеряют временной сдвиг между током i1 и напряжением    на табло Т2-Т1. Начальную фазу тока yi1 вычисляют по формуле:

yi1 = -3600(Т2-Т1)´f.

Для измерения начальной фазы тока в конце линии i2 между точками 5 и 4 включают сопротивление R=1Ом, канал В осциллографа подключается к точке 4. Выставив курсор 1 на ноль напряжения , а курсор 2 на ноль тока i2, измеряют временной сдвиг между напряжением    и током i2  на табло Т2-Т1. Начальную фазу тока i2 вычисляют по формуле:

yi2 = -3600(Т2-Т1)´f.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

 

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

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

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

4 Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по ТЛЭЦ.- М.:Высш.шк., 1990.-544с.

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

 

 

 

 

Содержание

 

 

1 Лабораторная работа № 9. Переходные процессы в цепи R-C…………3

2 Лабораторная работа № 10. Переходные процессы в цепи R-L-C……..6

3 Лабораторная работа № 11. Исследование пассивных симметричных фильтров………………………………………………………………………9

4 Лабораторная работа № 12. Исследование электрической цепи

постоянного тока с нелинейными резистивными элементами…………..14

5 Лабораторная работа № 13. Исследование феррорезонанса напряжений………………………………………………………………….17

      6 Лабораторная работа № 14. Исследование различных режимов в линии

без потерь……………………………………………………………………21

Список литературы………………………………………………………...26