АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

 

Теория электрических цепей 2

Методические указания к лабораторным работам 

(для студентов всех форм обучения специальностей бакалавриата 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации, 050704 – Вычислительная техника и программное обеспечение)

 

 

Алматы 2007 

СОСТАВИТЕЛИ: З.И.Жолдыбаева, Е.Х.Зуслина, Т.И.Коровченко. Теория электрических цепей 2. Методические указания к лабораторным работам (для студентов всех форм обучения специальностей бакалавриата  050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации, 050704 – Вычислительная техника и программное обеспечение). – Алматы: АИЭС, 2007. –  28 стр.

 

Методические указания к лабораторным работам содержат 6 лабораторных работ по трём разделам: переходные процессы, цепи с распределёнными параметрами, нелинейные электрические цепи.

         Каждая лабораторная работа включает: цель работы, подготовку к работе, порядок выполнения работы, оформление и анализ результатов работы, выводы о проделанной работе. Методические указания к лабораторным работам предназначены для студентов всех форм обучения специальностей бакалавриата  050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации, 050704 – Вычислительная техника и программное обеспечение.

 

Ил. 15, табл. 16, библиогр.- 8 назв.

 

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

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на  2007г.

 

                          Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2007г.

 

 

Содержание 

1 Лабораторная работа № 1. Переходные процессы в цепи R-C…………4

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

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

4 Лабораторная работа № 4. Исследование различных режимов в линии   без потерь…………………………………………………………………….11

5 Лабораторная работа № 5.  Исследование электрической цепи постоянного тока с нелинейными  резистивными элементами ………….16

6 Лабораторная работа № 6. Исследование цепей с электрическими вентилями…………………………………………………………………… 20   

7 Порядок выполнения лабораторных работ по дисциплине «Теория электрических цепей 2»……………………………………………………..23

Список литературы ………………………………………………………… 27    

                                                                                                     

 

          1 Лабораторная работа № 1

 

          Переходные процессы в цепи R-C

 

1.1 Цель работы

         Получение навыков экспериментального исследования переходных процессов в цепи с последовательным соединением резистивного и ёмкостного элементов.

         1.2 Подготовка к работе

         Повторить раздел дисциплины ТЭЦ 2 «Переходные процессы в линейных электрических цепях»

         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 и определить независимое начальное условие для цепи R-С.

         1.2.3 Что такое переходный, принуждённый и свободный режимы? Записать принужденный ток и принуждённое напряжение на ёмкости после коммутации при коротком замыкании цепи R-C. Записать свободный ток и свободное напряжение на ёмкости при коротком замыкании цепи R-C.

Записать переходный ток i(t) и переходное напряжение uC(t) при коротком замыкании цепи R-C.

          1.2.4 Нарисовать графики uC(t), i(t).

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

         1.2.6 Что называют  коэффициентом затухания цепи, записать коэффициент затухания для цепи R-C .

          1.2.7 Нарисовать схему (рисунок 1.1).

         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 полученную кривую uR(t), которая в соответствующем масштабе

представляет собой кривую тока i(t), так как .

         1.3.6 Изменить согласно варианту один из параметров цепи (таблица 1.2), срисовать в масштабе новые кривые uC(t) и uR(t) (i(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 кривым напряжения uC(t) определить постоянную времени t1 и коэффициент затухания цепи a1 (пункт1. 3.4) и t2, a2 (пункт1. 3.6).

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

         1.4.4 Расчётные и экспериментальные зависимости uC(t) и i(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 №2

 

Переходные процессы в цепи R-L

 

2.1 Цель работы

         Получение навыков экспериментального исследования переходных процессов в цепи с последовательным соединением резистивного и индуктивного элементов.

 

         2.2 Подготовка к работе

         Повторить раздел дисциплины ТЭЦ 2 «Переходные процессы в линейных электрических цепях»

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

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

         2.2.2 Записать законы коммутации и определить независимое начальное условие для цепи R-L (рисунок 2.1).

         2.2.3 Что такое переходный, принуждённый и свободный токи? Записать принужденный ток и принуждённое напряжение на индуктивности после коммутации при коротком замыкании цепи R-L. Записать свободный ток и свободное напряжение на индуктивности при коротком замыкании цепи R-L. Записать переходный ток i(t) и переходное напряжение uL(t) при коротком замыкании цепи R-L (рисунок 2.1).

          2.2.4 Нарисовать графики i(t) и uL(t).

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

         2.2.6 Чему равен коэффициент затухания цепи R-L?

 

         2.3 Порядок выполнения работы

         2.3.1 Собрать цепь (рисунок 2.1).

         2.3.2 Установить значения Uвх, L=L1 согласно варианту (таблица 2..1). Сопротивление R1=1¸4 Ом, R2=100¸200 Ом.

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

         2.3.4 На вход осциллографа подать напряжение с индуктивности.

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

         2.3.6 Изменить согласно варианту индуктивность L=L2 (таблица 2.1), срисовать кривые uR1(t) и .

 

         2.4 Оформление и анализ результатов работы

         2.4.1 Рассчитать постоянные времени tL1, tL2 и коэффициенты затухания aL1, aL2 цепи R-L, согласно заданному варианту (таблица2.1). Учесть, что сопротивление цепи R=R1+R2+Rк, где Rк – активное сопротивление  катушки индуктивности.

         2.4.2 По кривым uR1(t) для цепи R-L определить постоянную времени tL1 и коэффициент затухания aL1 (пункт 2.3.3) и tL2, aL2 (пункт 2.3.6).

         2.4.3 Рассчитать ток i(t)  в цепи R-L и напряжение uL(t), на основе известных параметров цепи согласно заданному варианту (таблица 2.1), для индуктивность L=L1.

         2.4.4 Расчетные и экспериментальные кривые uL(t), i(t)  привести на одном графике.

         2.4.5 Сделать выводы по проделанной работе: проанализировать влияние величины индуктивности L на постоянную времени tL цепи R-L и на скорость протекания переходного процесса; сравнить расчетные и экспериментальные кривые uL(t), i(t). 

Рисунок 2.1

                                                      

 

 

 

Таблица 2.1

№ 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  Т=0.02с. Постоянная времени tL определяется по экспериментальной кривой i(t) для цепи R-L (рисунок 2.2), где tP- время, в течение которого ЭК разомкнут (tР»0,01 с).

 

 

Рисунок 2.2

    3 Лабораторная работа № 3

 

Переходные процессы в цепи R-L-C

 

         3.1 Цель работы

         Получение навыков экспериментального исследования апериодического и колебательного разрядов конденсатора.

 

         3.2 Подготовка к работе

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

Ответить на вопросы и выполнить следующее:

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

         3.2.2 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.

         3.2.3 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.

         3.2.4 Что такое логарифмический декремент колебания?

         3.2.5 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?

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

 

         3.3 Порядок выполнения работы

         3.3.1 Собрать цепь (рисунок 3.1)

         3.3.2 Установить значения R, L и C согласно варианту (таблица3.1). Измерить сопротивление катушки Rк. Напряжение на входе Uвх установить порядка 20-30В, R1=50-300 Ом.

         3.3.3  На вход осциллографа подать напряжение с конденсатора.

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

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

         3.3.6 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.

 

3.4 Оформление и анализ результатов работы

3.4.1 Рассчитать коэффициент затухания a(РАСЧ) и частоту собственных колебаний wСВ(РАСЧ) по заданным значениям RКОНТ= R+ RК, L, C (пункт 3.3.2).
         3.4.2 По полученному изображению кривой напряжения
uC(t) (пункт 3.3.4) рассчитать экспериментальные значения a(ЭКСП) и wСВ (ЭКСП)
.

3.4.3 Рассчитать критическое сопротивление Rкр(расч) согласно варианту.

 3.4.4 Сделать выводы по проделанной работе: сравнить расчётные значения a, wСВ, Rкр с экспериментальными, проанализировать влияние величины сопротивления RКОНТ на характер разряда конденсатора.

 

Таблица 3.1

№ 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

 

 

 

Рисунок 3.1

 

 

         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 3.2

 

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 №1, t2- время,  в течение которого ЭК замкнут.

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

 

 .

 

 

4 Лабораторная работа № 4

 

Исследование различных режимов в линии без потерь

 

         4.1 Цель работы

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

 

         4.2 Повторить раздел «Цепи с распределёнными параметрами»

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         4.2.1 Какие величины называются первичными параметрами линии?

         4.2.2 Какая линия называется линией без потерь?

         4.2.3 Какие величины называются вторичными параметрами линии?

         4.2.4 Как определяются вторичные параметры для линии без потерь?

         4.2.5 Записать уравнения передачи линии без потерь.

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

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

         4.2.8 Как определяется входное сопротивление короткозамкнутой линии без потерь?

         4.2.9 Как определяется входное сопротивление разомкнутой линии без потерь?

         4.2.10 Рассчитать ZB, l, k1, k2, L1, C2 согласно заданному варианту (таблица 4.1). Исходные данные и результаты расчётов записать в таблицу 4.2.

         4.2.11 Подготовить таблицу 4.3.

 

 

Таблица4.1

U1, B

f, Гц

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 4.2

U1, B

f, Гц

L0

C0

ZВ, Ом

k1

k2

L1,мкГн

С2, пФ

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.1

 

         4.3 Порядок выполнения работы

         4.3.1 Собрать электрическую схему (рисунок 4.1).

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

4.3.3 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 4.3.

4.3.4  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 4.3.

4.3.5 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 4.3.

4.3.6  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 4.3.

 

4.4 Оформление результатов работы

4.4.1 Рассчитать начальные фазы напряжения yU2 и токов yi1, yi2. Результаты записать в таблицу 4.3.

4.4.2 Записать комплексы напряжений  и токов  для всех исследуемых режимов.

4.4.3 По экспериментальным значениям рассчитать входное сопротивление линии Z1ВХ, активные мощности Р1, Р2 для всех исследуемых режимов. Результаты записать в таблицу 4.3.

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

 

Таблица 4.3

Режим работы

U1,

В

U2,

В

Т21, с

yU2

град

I1,A

Т21, с

yi1

град

I2,A

Т21, с

yi2

град

Z1ВХ,

Ом

Р1Вт

Р2

Вт

Нагрузочный режим

ZН = RН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Холост. ход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коротк. 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 4.2).

Рисунок 4.2

 

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

Z1=jwL0lk1=jwL1          (4.1),

У2 =jwC0lk2=jwC2          (4.2),

           (4.3),

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.

           5 Лабораторная работа № 5

 

Исследование электрической цепи постоянного тока с нелинейными резистивными элементами

 

         5.1 Цель работы

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

 

         5.2 Подготовка к работе

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

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

         5.2.1 Какие резистивные элементы называются нелинейными?

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

         5.2.3 Как определяются статическое Rст и дифференциальное Rд сопротивления?

         5.2.4 Показать графический расчёт цепи с одним источником ЭДС и последовательным соединением нелинейного и линейного резистивных элементов (рисунок 5.2).

         5.2.5 Как определяется рабочая точка нелинейного резистивного элемента?

         5.2.6 Показать графический расчёт цепи с одним источником ЭДС и параллельным соединением двух нелинейных элементов ( рисунок 5.3).       

         5.2.7 Показать графический расчёт цепи с одним источником ЭДС и со смешанным  соединением двух нелинейных и одного линейного элементов (рисунок 5.4).

         5.2.8 Показать графический расчёт разветвлённой электрической цепи с двумя источниками ЭДС и НЭ (рисунок 5.5).

         5.2.9 Нарисовать схемы электрических цепей (рисунки 5.1¸ 5.5).

         5.2.10 Нарисовать таблицы 5.1 ¸ 5.5.

 

         5.3 Порядок выполнения работы

         5.3.1 Снять вольт-амперные характеристики двух нелинейных и одного линейного  элементов (рисунок 5.1, таблица 5.1).

         5.3.2 Собрать электрическую цепь с последовательным соединением нелинейного и линейного резистивных элементов (рисунок 5.2). Установить значения входного напряжения U и линейного сопротивления  R согласно заданному варианту (таблица 5.6). Записать показания всех измерительных приборов в таблицу 5.2.

         5.3.3 Собрать электрическую цепь с параллельным соединением двух нелинейных резистивных элементов (рисунок 5.3). Установить значения входного напряжения U согласно заданному варианту (таблица 5.6). Записать показания всех измерительных приборов в таблицу 5.3.

         5.3.4 Собрать электрическую цепь со смешанным   соединением двух нелинейных и одного линейного резистивных элементов (рисунок 5.4). Установить значения входного напряжения U и линейного сопротивления  R согласно заданному варианту (таблица 5.6). Записать показания всех измерительных приборов в таблицу 5.4.

         5.3.5 Собрать разветвлённую электрическую цепь с двумя источниками ЭДС (рисунок 5.5). Установить значения ЭДС и линейного сопротивления  R согласно заданному варианту (таблица 5.6). Записать показания всех измерительных приборов в таблицу 5.5.

 

Рисунок 5.1

Таблица 5.1

U

 

 

 

 

 

I,mA

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.2

 

Таблица 5.2

Вид исследования

 

U

U1

U2

I,mA

Экспериментальный

расчёт

 

 

 

 

Теоретический

расчёт

 

 

 

 

 

Рисунок 5.3

 

Таблица 5.3

Вид исследования

 

U

I,mA

I1,mA

I2,mA

Экспериментальный

расчёт

 

 

 

 

Теоретический

расчёт

 

 

 

 

 

Рисунок 5.4

        

 

Таблица 5.4

Вид исследования

 

U

U1

U2

I,mA

I1,mA

I2,mA

Экспериментальные

данные

 

 

 

 

 

 

Теоретический

расчёт

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.5

  

Таблица 5.5

Вид исследования

 

Е1

Е2

U12

I,mA

I1,mA

I2,mA

Экспериментальные

данные

 

 

 

 

 

 

Теоретический

расчёт

 

 

 

 

 

 

  

Таблица 5.6

        № варианта

1

2

3

4

5

U

10

20

15

12

18

Е1

20

15

20

20

10

Е2

15                        

20

10

12

20

R,Ом

50

80

60

70

40

  

         5.4 Оформление и анализ результатов работы

         5.4.1 Построить вольт-амперные характеристики двух нелинейных и  линейного резистивных элементов.

         5.4.2 Выполнить графический расчёт для электрической цепи (рисунок 5.2, п.5.3.2), результаты расчёта записать в таблицу 5.2, сравнить расчётные значения с экспериментальными. Определить рабочую точку нелинейного элемента и рассчитать статическое и дифференциальное сопротивления.

         5.4.3 Выполнить графический расчёт для электрической цепи (рисунок 5.3, п.5.3.3), результаты расчёта записать в таблицу 5.3, сравнить расчётные значения с экспериментальными.

         5.4.4 Выполнить графический расчёт для электрической цепи (рисунок 5.4, п.5.3.4), результаты расчёта записать в таблицу 5.4, сравнить расчётные значения с экспериментальными.

           5.4.5 Выполнить графический расчёт для электрической цепи (рисунок 5.5, п.5.3.5), результаты расчёта записать в таблицу 5.5, сравнить расчётные значения с экспериментальными.

         5.4.6 Сделать выводы о проделанной работе:

 сравнить экспериментальные значения напряжений и токов с расчётными, оценить точность графического метода расчёта нелинейных электрических цепей. 

 

6 Лабораторная работа № 6

 

Исследование цепей с электрическими вентилями

 

6.1 Цель работы

Получение навыков экспериментального исследования электрических цепей с вентилями.

        

         6.2 Подготовка к работе

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

         Ответить на вопросы и выполнить следующее:

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

         6.2.2 Построить график мгновенного значения тока в цепи с электрическим вентилем и активным сопротивлением (рисунок 6.1), если на вход цепи подаётся  синусоидальное напряжение. Построить график мгновенного значения напряжения на нагрузке. Действующее значение напряжения источника и сопротивление нагрузки даны в таблице 6.3 (согласно заданному варианту).

         6.2.3 Определить (согласно заданному варианту ) действующее значение UН, IН  и постоянную составляющую UНО, IНО  тока и напряжения на нагрузке, а также действующее значение переменной составляющей тока IН~ и напряжения UН~ при идеальном однополупериодном  выпрямлении.

         6.2.4 Построить графики мгновенных значений тока и напряжения на нагрузке для двухполупериодного выпрямителя (рисунок 6.2). Действующее значение напряжения источника и сопротивление нагрузки даны в

 таблице 6.3 (согласно заданному варианту).

         6.2.5 Для идеальных одно- и двухполупериодного выпрямителей с активной нагрузкой рассчитать величины полной мощности S, активной мощности Р и мощности искажения Т.

           6.2.6 Нарисовать схемы одно- и двухполупериодного выпрямителей (рисунки 6.1¸ 6.2). Нарисовать таблицы 6.1¸ 6.2.

 

6.3 Порядок выполнения работы

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

         6.3.2 Собрать однополупериодный выпрямитель в соответствии со схемой (рисунок 6.1). Действующее значение напряжения источника и сопротивление нагрузки даны в таблице 6.3 (согласно заданному варианту).

Измерить постоянную составляющую UНО, IНО  и действующее значение переменной составляющей тока IН~  и напряжения UН~  на нагрузке. Полученные данные  записать в таблицу 6.1.

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

         6.3.4 Собрать мостовой выпрямитель по схеме (рисунок 6.2). Установить напряжение питания и сопротивление нагрузки такими же, как в п.6.3.2.

 Измерить действующий ток I на входе цепи, постоянную составляющую UНО, IНО  и действующие значения переменных составляющих тока IН~  и напряжения UН~  на нагрузке. Полученные данные  записать в таблицу 6.2.

         6.3.5 Подключить осциллограф к нагрузке и зарисовать кривую выпрямленного напряжения.

 

         6.4 Оформление и анализ результатов работы

         6.4.1 На одном графике построить кривую мгновенного напряжения на нагрузке для однополупериодного выпрямителя (рисунок 6.1), полученную расчетным путем (подготовка к работе п.6.2.2) и кривую мгновенного напряжения на нагрузке, полученную экспериментальным путем на осциллографе. Сопоставить теоретическую кривую мгновенного напряжения на нагрузке с экспериментальной.

         6.4.2 По измеренным в п.6.3.2 постоянным составляющим тока IНО, напряжения UНО на нагрузке и действующим значениям переменных составляющих тока IН~  и напряжения UН~ на нагрузке  рассчитать величины действующих значений тока IН, напряжения UН на нагрузке по формулам:

, . Полученные значения IН, UН записать в таблицу 6.1.

         6.4.3 По результатам измерений п.6.3.2 вычислить полную мощность источника питания S, активную мощность в нагрузке Р, мощность искажения Т и сравнить с соответствующими значениями, полученными для идеального однополупериодного выпрямителя в п.6.2.5.

         6.4.4 По измеренным в п.6.3.4 постоянным составляющим тока IНО, напряжения UНО на нагрузке и действующим значениям переменных составляющих тока IН~  и напряжения UН~ на нагрузке  рассчитать величины действующих значений тока IН, напряжения UН на нагрузке по формулам:

, . Полученные значения IН, UН записать в таблицу 6.2.

         6.4.5 По результатам измерений п.6.3.4 вычислить полную мощность источника питания S, активную мощность в нагрузке Р, мощность искажения Т и сравнить с соответствующими значениями, полученными для идеального двухполупериодного выпрямителя в п.6.2.5.

         6.4.6 Сделать выводы о проделанной работе: сравнить величины IНО, UНО, IН~ , UН~, IН, UН, S, Р, Т полученные для одно- и двухполупериодного выпрямителей.

 

Таблица 6.1

Вид исследования

 

U

 

UН,В    

 

UН~,B

 

 

UНО

 

 

IН,А

 

IН~,A

 

IНО,А   

Экспериментальные

данные

 

 

 

 

 

 

 

Теоретический

расчёт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.1

 

Таблица 6.2

Вид исследования

 

 

U

 

UН,В  

 

UН~,B

 

 

UНО

 

 

I,A

 

IН,А

 

IН~,A

 

IНО,А   

Экспериментальные

данные

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретический

расчёт

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.2

 

Таблица 6.3

№ варианта

 

1

2

3

4

5

U

10

15

20

10

15

RН,Ом   

50

40

60

70

80

 

 

7 Порядок выполнения лабораторных работ по дисциплине «Теория линейных цепей 2»

 

7.1 Предварительная подготовка и допуск к работе

7.1.1 Прежде, чем приступить к очередным занятиям, студент должен ознакомиться с содержанием лабораторной работы, изучить теоретический материал по соответствующей теме.

7.1.2 Результаты подготовки должны быть отражены в отчёте выполняемой работы, который должен содержать:

а) рабочие схемы;

б) письменные ответы на вопросы по части Подготовка к работе;

в) таблицы для записи результатов измерений.

7.1.3 В начале занятия студент должен:

а) защитить полностью оформленную предыдущую работу;

б) получить допуск к работе, имея индивидуальный отчёт.

Во время занятия студент должен выполнить работу (собрать схемы, проделать необходимые измерения и записать результаты в заранее  подготовленные таблицы).

         7.1.4 Готовность студентов к выполнению работы проверяет преподаватель, задавая контрольные вопросы по теории, порядку выполнения данной работы, действию схем, применяемым формулам и ожидаемым результатам. Вопросы могут быть заданы в устной и письменной форме.

7.1.5 Студенты, не выполнившие требования третьего пункта, а также те студенты, теоретическая подготовка которых признана неудовлетворительной, к работе не допускаются.

         7.1.6 Студенты, не допущенные к работе, должны использовать оставшееся время для изучения теории, а также для оформления и защиты сделанных ранее работ.

         7.1.7 Работы, не выполненные в срок, студенты проделывают в отведенное для отработки время. Для этого студент должен предварительно записаться у преподавателя. Допуск к работе студент получает на общих основаниях.

 

         7.2 Работа в лаборатории

         7.2.1 Для работы в лаборатории преподаватель разбивает группу на бригады (2-3 студента) или поручает студенту работать индивидуально. Члены бригады проделывают экспериментальную часть работы вместе, но каждый оформляет свой отчёт и отчитывается о проделанной работе самостоятельно.

         7.2.2 Каждая бригада работает на отдельном рабочем месте, где размещено все необходимое для работы оборудование.

         7.2.3 До начала работы студенты производят наружный осмотр используемой аппаратуры и оборудования. О замеченных дефектах следует немедленно сообщить преподавателю.

         7.2.4 За ущерб, причинённый лаборатории вследствие несоблюдения правил проведения работ или техники безопасности, а также неправильного обращения с аппаратурой, члены бригады несут ответственность.

         7.2.5 Схему для проведения работ студенты собирают самостоятельно. Измерительные приборы, вспомогательные и регулирующие устройства следует располагать так, чтобы схема получилась простой, наглядной, легко доступной в каждой точке.

         7.2.6 В начале эксперимента реостаты и другие регулируемые устройства должны быть отрегулированы так, чтобы в цепи были минимальные значения токов и напряжений, измерительные приборы должны быть переключены на максимальный диапазон. После приблизительного определения измеряемой величины следует  переключить прибор на удобный для измерения диапазон.

         7.2.7 Схема обязательно проверяется преподавателем, и только  с его разрешения цепь может быть включена  под напряжение. Схема должна находиться под напряжением только во время наблюдений за её работой и при снятии экспериментальных данных. По окончании эксперимента напряжение должно быть немедленно отключено.

         7.2.8 Необходимые показания измерительных приборов заносятся  в таблицы, подготовленного дома отчёта. По окончании измерений результаты следует показать преподавателю, который даёт разрешение на разбор схемы. До получения разрешения, схему разбирать запрещено, чтобы в случае необходимости была возможность проделать дополнительные или повторные измерения.

 

         7.3 Оформление протокола и защита лабораторных работ

         7.3.1 Студент должен представить полностью оформленный к защите отчёт каждой проделанной работы.

         7.3.2 Оформленный отчёт предыдущей работы должен быть представлен в начале следующего занятия и защищён во время занятия.

         7.3.3 Отчёт, возвращённый преподавателем из-за неудовлетворительного оформления, должен быть исправлен, дополнен и сдан до следующего занятия.

         Отчёт содержит титульный лист и следующие разделы:

         а) цель работы;

         б) основные теоретические положения и ответы на вопросы подготовки;

         в) краткие сведения об эксперименте;

         г) схемы исследуемых цепей;

         д) перечень приборов и элементов;

         ж) расчётные формулы, вычисления, предполагаемые графики исследуемых электрических величин и режимов цепи;

         з) результаты исследования (таблицы, графики, числовые значения параметров и электрических величин);

         е) выводы.

         Титульный лист, разделы а-е, таблицы для раздела з) подготавливаются до начала лабораторной работы. Отчёты оформляются на листах белой или линованной бумаги формата А4 (210×297мм), которые заполняются с одной стороны. В тексте, написанном чётко и аккуратно пастой одного цвета, допускается применение только общепринятых обозначений или сокращений, расшифрованных при первом упоминании.

         Предлагается примерная форма титульного листа (приложение А).

  

 

                                                                                                    Приложение А

 

 

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

КАФЕДРА ТОЭ

 

 

 

 

 

ОТЧЁТ по  лабораторной работе №

 

(наименование дисциплины и лабораторной  работы)

 

 

 

                                                     Работа выполнена_________________________

                                                                                                        (дата выполнения)                                                    Студентом____________________________________

                                (фамилия и инициалы)

                           

 

                                                    Группа___________________________________

                                                                                   (шифр группы)

 

Совместно со студентами___________________

 

                                                    Отчёт принят_____________________________

                                                                                         (дата принятия отчёта)

 

                                                    Преподаватель____________________________

                                                                                                  (подпись)

 

 

 

 

             Алматы 200...

 

Список литературы 

         1 Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. 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  Демирчян  К.С.,   Нейман  Л.Р.,   Коровкин  Н.В.,   Чечурин  В.Л.

Теоретические основы электротехники. – т.1. – Санкт-Петербург: Питер, 2003.-463с.

         4  Демирчян  К.С.,  Нейман Л.Р.,  Коровкин  Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. – т.2. – Санкт- Петербург: Питер, 2003.-576с.

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

         6 Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей. - М.: Высш. шк., 1990.- 544с.

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

         8  Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х., Коровченко Т.И. Теория электрических цепей 2. Конспект лекций. – Алматы: АИЭС, 2006.- 52с.

Сводный план 2007г., поз. 53