Методические возможности стенда Особенности работы на стендах уилс-1 Ознакомительное занятие (лабораторная работа №1)
| Вид материала | Лабораторная работа |
СодержаниеЦель работы Задачи работы 5. Лабораторная работа № 5 Задачи работы |
- Методические указания к лабораторным работам Лабораторная работа, 357.24kb.
- Лабораторная работа № Настройка различных сетевых служб. Управление доступом, 193.55kb.
- Н. Э. Баумана Методические указания для лабораторной работы по курсам апбс ч. 3, «Биотелеметрия», 520.54kb.
- Лабораторная работа №3 кпк лабораторная работа №3 Тема: карманный персональный компьютер, 173.34kb.
- Модернизация испытательного огневого стенда для исследования рабочих процессов в жидкостных, 130.78kb.
- Лабораторная работа по курсу «Физические основы микроэлектроники», 136.21kb.
- Методические указания к выполнению лабораторных работ Лабораторная работа 1 исследование, 605.01kb.
- Конспект урока в 9 классе по теме: «Магний», 84.54kb.
- Лабораторная работа 9-05, 570.32kb.
- Лабораторная работа, 166.92kb.
^ Цель работы – выработать навыки исследования цепей постоянного тока с помощью теории четырехполюсника (ЧП). В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать основные формы записи уравнений ЧП и представление последних схемами замещения; уметь рассчитывать параметры эквивалентных схем замещения; приобрести навыки экспериментального исследования режимов работы ЧП.
Исследование широкого класса устройств электротехники и электроники в большинстве случаев сводится к обобщенному рассмотрению их свойств относительно двух пар узлов. С этой целью такие узлы выделяются из рассматриваемой цепи. Одна пара называется входной (к ней обычно подключаются источники сигналов или энергии), другая пара – выходной (к ней подключается приемник сигнала, нагрузка). Часть электрической цепи между двумя парами узлов в этом случае называется четырехполюсником. В дальнейшем исследуется линейный пассивный ЧП.
В работе используется регулируемый источник постоянного напряжения, блок переменного сопротивления и элементы наборного поля стенда № 01–07, 10–12. Токи, напряжения и сопротивления резисторов и всей цепи в целом измеряются ампервольтметрами. Для выполнения сложных и повторяющихся расчетов применяется ПМК.
^ Задачи работы – определение параметров ЧП в режимах холостого хода и короткого замыкания: исследование режимов работы ЧП при изменении сопротивления нагрузки; вычисление коэффициентов заданной формы уравнений ЧП: исследование схемы замещения ЧП.
Порядок и методика проведения исследований
1. Согласно варианту задания (рис. 4.1 и табл. 4.1) собрать цепь на наборном поле. Подключить источник ИР и установить напряжение в пределах 10 ... 15 V.
2. Поочередно применяя режимы холостого хода и короткого замыкания со стороны выходных зажимов, измерить входные токи и напряжения. Определить сопротивления R10 (по результатам опыта холостого хода) и R1K (по результатам опыта короткого замыкания).
Отключить источник напряжения и измерить те же сопротивления непосредственно прибором. Результаты экспериментов и расчетов занести в табл. 4.2
З. Провести опыты холостого хода и короткого замыкания со стороны входных зажимов, подключив источник напряжения к выходу схемы. Измерить токи и напряжения со стороны выходных зажимов и определить сопротивления R20 и R2K.
Отключить источник и измерить те же сопротивления непосредственно прибором.
Схема 1 Схема 2
Схема 3 Схема 4
Схема 5 Схема 6
Схема 7 Схема 8
Рис. 4.1. Варианты схем для исследования
Результаты экспериментов и расчетов занести в таблицу, аналогичную табл. 4.2.
Таблица 4.1
Варианты задания
| Вариант | Номер схемы (рис 4.1) | Элементы исследуемой цепи | Форма управ-лений | Схема замеще-ний | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||||
| Элементы наборного поля | ||||||||||
| 1 | 1 | 01 | 04 | 03 | 05 | 02 | 06 | 07 | A | Т |
| 2 | 2 | 02 | 05 | 04 | 03 | 01 | 07 | 06 | Y | П |
| 3 | 3 | 02 | 06 | 03 | 04 | 05 | 01 | 07 | Z | П |
| 4 | 4 | 01 | 03 | 02 | 06 | 04 | 07 | 05 | A | Т |
| 5 | 5 | 03 | 06 | 02 | 01 | 07 | 04 | 05 | Y | Т |
| 6 | 6 | 07 | 02 | 01 | 03 | 05 | 04 | 06 | Z | П |
| 7 | 7 | 03 | 05 | 01 | 04 | 06 | 02 | 07 | A | Т |
| 8 | 8 | 03 | 02 | 05 | 07 | 01 | 04 | 06 | Y | Т |
| 9 | 1 | 02 | 03 | 04 | 05 | 01 | 07 | 06 | Z | Т |
| 10 | 2 | 01 | 04 | 03 | 05 | 02 | 06 | 07 | A | П |
| 11 | 3 | 03 | 07 | 04 | 05 | 01 | 02 | 06 | Y | П |
| 12 | 4 | 02 | 01 | 03 | 05 | 04 | 06 | 07 | Z | Т |
| 13 | 5 | 01 | 03 | 04 | 02 | 05 | 07 | 06 | A | Т |
| 14 | 6 | 06 | 01 | 02 | 04 | 05 | 03 | 07 | Y | П |
| 15 | 7 | 02 | 04 | 03 | 05 | 07 | 01 | 06 | Z | П |
| 16 | 8 | 02 | 03 | 04 | 06 | 01 | 05 | 07 | A | Т |
Таблица 4.2
Результаты опытов холостого хода и короткого замыкания выходных зажимов
| Исследуемая схема | U10, V | I10, mA | R10, Ω | U1k, V | I1k, mA | R1k, Ω | ||||
 | Изме-рения | Рас-чет |  | Изме-рения | Рас-чет | |||||
| Исходная | | | | | | | | | | |
| Замещения | | | | | | | | | | |
4. По заданной схеме и параметрам элементов (см. табл. 1.1) рассчитать значения сопротивлений R10 и R1К. Результаты расчетов занести в табл. 4.2.
При расхождении значений сопротивлений, определенных разными способами, более 5…8 % после консультации с преподавателем повторить эксперимент или скорректировать расчет.
5. По данным опытов холостого хода и короткого замыкания определить согласующее (характеристическое) сопротивление RC.
При вычислениях RC использовать программу 1 для ПМК (прил. 1).
6. Установить влияние сопротивления нагрузки RН на входные и выходные токи ЧП. Для этого ко входу исследуемой цепи (зажимы 1–1') подключить источник ИР, установив напряжение в пределах 10…15 V. К выходу (зажимы 2–2') подключить блок регулируемого сопротивления.
Изменяя сопротивление блокa, измерить токи на входе и выходе цепи. Пределы изменения сопротивления нагрузки ограничить диапазоном 0,1…10 RC, установив 7–10 значений RН.
Результаты занести в табл. 4.3.
Таблица 4.3
Результаты исследования ЧП при измерении RН
| № п/п | RH, Ω | I1, mA | I2, mA | P1, W | P2, W | η | Rin, Ω |
| 1 … | | | | | | | |
Примечание. Напряжение на входе U1 = … V.
7. По значениям U1, I1 и RH, I2 (п. 6) определить мощности P1 на входе и P2 на выходе ЧП, коэффициент передачи η и входное сопротивление Rin. Результаты расчета занести в табл. 4.3. Построить графики η (RН ) и Rin ( RH ).
8. По результатам опытов холостого хода и короткого замыкания (пп. 2 и 3) рассчитать коэффициенты уравнений ЧП в заданной форме. Записать полученные уравнения в общем виде и, используя данные одной из строк табл. 4.3. оценить полученные результаты.
9. Рассчитать параметры заданной схемы замещения по коэффициентам уравнений ЧП либо по сопротивлениям холостого хода и короткого замыкания. Изобразить схему замещения.
10. Собрать на стенде цепь по заданной схеме замещения, используя элементы наборного поля № 10–12. Установить сопротивления элементов согласно рассчитанным в п. 9 значениям.
11. Подключить ко входу источник ИР и установить напряжение согласно п. 2. Провести опыты холостого хода и короткого замыкания выходных зажимов схемы замещения. Рассчитать по схеме замещения значения сопротивлений R10 и R1К. Результаты экспериментов и расчетов занести в табл. 4.2.
Сравнить результаты с ранее полученными для исходной схемы. При существенных расхождениях выяснить причины и при необходимости повторить расчет или эксперимент.
12. Сделать выводы по работе. обратив внимание на роль холостого хода и короткого замыкания при анализе ЧП, а также на эквивалентность замены исследуемой цепи схемой замещения. Оценить влияние нагрузки на коэффициент передачи.
Литература для подготовки
[ 11, с. 347–356, 363–364; 12, с. 157–163, 164–166; 13, с.116–117, 120–123; 14, с. 213–221; 15, с. 324–332. 335; 16, с. 404–414]
^ 5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Применение законов равновесия для анализа электрических цепей синусоидального тока
Цель работы – выработать навыки использования законов Кирхгофа и теоремы Ланжевена при экспериментальном анализе цепей однофазного синусоидального тока. В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать особенности применения основных законов электрических цепей в комплексной и векторной формах, уметь строить векторные и топографические диаграммы, приобрести навыки измерения действующих значений и начальных фаз токов и напряжений и использования комплексов токов, напряжений и мощностей для контроля правильности проведенных экспериментов.
Анализ линейных электрических цепей синусоидального тока проводится по активным и реактивным составляющим величин либо (что рациональнее в разветвленных цепях) с помощью соответствующих комплексов. Его основой являются записанные в комплексной форме уравнения равновесия, составленные по законам Кирхгофа.
Практическое использование комплексных значений для анализа требует данных о действующих значениях напряжений и токов и об их начальных фазах.
При определении начальных фаз токов и напряжений следует учитывать особенности используемых приборов. В слаботочных цепях наибольшее распространение получили электронные фазометры и измерители разности фаз. На входы этих приборов подается два напряжения, одно из них – u1– рассматривается как опорное, второе – u2 – как сигнал, фаза которого определяется относительно фазы первого напряжения (рис. 5.1.а).
Конструктивно приборы, как правило. выполнены так. что входы имеют общий потенциальный узел. Поэтому при измерениях необходимо учитывать совпадают или не совпадают направления напряжений в цепи uAB и uBC (рис. 5.1, а) с направлениями напряжений u1 и u2, угол сдвига фаз которых измеряет прибор.
Так. показания α прибора, подключенного согласно рис. 5.1, а, соответствуют сдвигу по фазе напряжения u2 = – uBC относительно u1 = uAB (векторная диаграмма на рис. 5.1, б). Тогда начальная фаза uBC
(5.1)Значения α могут 6ыть положительными либо отрицательными (как на диаграмме рис. 5.1, б).
Если взаимные направления напряжений цепи и на приборе совпадают, коррекция на π значения ψ не требуется.
Начальные фазы токов и напряжений определяются относительно заданной величины. В лабораторной работе такой величиной служит ЭДС источника, значение и начальная фаза которой задаются в исходных данных.
Для определения начальных фаз напряжений элементов цепи, не имеющих общего узла с источником ЭДС, нужно предварительно измерять разность фаз относительно напряжений с известными начальными фазами.
Так, для схемы (рис. 5.2) вначале определяется ψ1, по известному ψ, а затем ψ2 по ψ1. Поэтому вычисления начальных фаз в работе удобно проводить последовательно, сводя результаты измерений и расчетов в таблицу, подобную табл. 5.1.
a) б)
Рис. 5.1. Подключение фазометра (а) и векторная диаграмма для определения разности фаз (б)
Рис. 5.2. К определению значений начальных фаз
Таблица 5.1
Комплексы напряжений на элементах
| Определяе-мый комп-лекс напря-жения | Модуль, V | Напряжение, относитель-но которого измеряется сдвиг фаз | Показание фазометра, … º | Совпадение взаимных на-правлений на-пряжений цепи и на фазомет-ре (да, нет) | Аргумент комплекса напряжения, … º |
| Ú1 Ú2 … | U1 U2 | Uejψ U1eψ1 | α1 α2 | Да Нет | ψ1=ψ+α1 ψ2=ψ1+α2+180 |
При экспериментальных исследованиях применение законов Кирхгофа и теоремы Ланжевена позволяет убедиться в правильности результатов измерений и вычислений, а также оценить погрешность, вызванную влиянием сопротивлений приборов либо отклонением параметров элементов цепи от номинальных.
На точность расчетов большое влияние оказывает наличие достоверных данных о параметрах элементов электрической цепи. В связи с этим работа начинается с экспериментального определения фактических параметров заданных элементов наборного поля.
В работе используются источник переменного напряжения при синусоидальной форме выходного сигнала, элементы наборного поля № 01–03, 22–24, 34–36 (см. табл. 1.1).
Измерения действующих значений тока и напряжения (модулей соответствующих комплексов) выполняются ампервольтметрами, а начальные фазы определяются по показаниям электронного фазометра (измерителя разности фаз). Точное значение частоты определяется частотомером.
^ Задачи работы – определение фактических параметров на заданной частоте; вычисление значений и начальных фаз токов во всех ветвях исследуемой цепи и проверка правильности полученных результатов по первому закону Кирхгофа; определение комплексов напряжений на всех элементах цепи и проверка правильности полученных результатов по второму закону Кирхгофа и топографической диаграмме; проверка выполнения баланса мощности цепи.
Порядок и методика проведения исследований
1. По указанию преподавателя выбрать схему для исследования (рис. 5.3) и вариант параметров (табл. 5.2). Для измерения параметров используемых элементов на заданной частоте собрать схему по рис. 5.4. Резистор R0 служит для создания сигнала u10, пропорционального току. В качестве резистора R0 использовать блок переменного сопротивления, установив R0 = 50…100 Ω. Перед началом измерений установить минимальное значение напряжения источника, а затем повысить его до значения U = 8...12 V. При этом ток в цепи должен быть в диапазоне 0.05…0.25 А.
Для определения углов φ исследуемых элементов измерить сдвиги по фазе напряжений u02 относительно напряжений u10. При измерениях φ учесть приведенные рекомендации (см. табл. 5.1).
Схема 1 Схема 2
Схема 3 Схема 4
Схема 5 Схема 6
Схема 7 Схема 8
Схема 9 Схема 0
Рис. 5.3. Варианты схем для исследования
Результаты измерений токов, напряжений и фаз занести в табл. 5.3. Вычислить по ним параметры элементов.
Таблица 5.2
Варианты задания параметров
| Вариант | Элементы схем по рис. 5.3 | Параметры источника | ||||||||
| R1 | R2 | R3 | L1 | L2 | C1 | C2 | E, V | f, kHz | ψe, …º | |
| Номер элемента наборного поля | ||||||||||
| 1 | 01 | 02 | 03 | 22 | 24 | 35 | 34 | 20 | 3,0 | 30 |
| 2 | 01 | 03 | 02 | 23 | 24 | 36 | 34 | 19 | 2,0 | 45 |
| 3 | 02 | 01 | 03 | 22 | 23 | 35 | 34 | 18 | 3,0 | -90 |
| 4 | 02 | 01 | 03 | 23 | 24 | 35 | 34 | 20 | 2,0 | 90 |
| 5 | 01 | 02 | 03 | 22 | 23 | 34 | 35 | 19 | 2,5 | -30 |
| 6 | 01 | 03 | 02 | 22 | 23 | 35 | 34 | 18 | 3,0 | 60 |
| 7 | 01 | 02 | 03 | 22 | 24 | 34 | 35 | 20 | 2,5 | -60 |
| 8 | 01 | 03 | 02 | 23 | 24 | 34 | 36 | 18 | 2,0 | 120 |
| 9 | 02 | 01 | 03 | 22 | 24 | 34 | 35 | 19 | 2,5 | 45 |
| 0 | 02 | 01 | 03 | 23 | 24 | 34 | 36 | 20 | 2,0 | 30 |
Рис. 5.4. Схема определения параметров элементов цепи
2. Изобразить исследуемую схему цепи. Задаться расчетными направлениями токов в ветвях и указать их на схеме.
3. Измерить значения токов во всех ветвях цепи.
Приняв начальную фазу источника ЭДС, равной заданному в табл.5.2 значению, определить начальные фазы токов в ветвях с резисторами. Для этого последовательно измерить сдвиги по фазе напряжений резисторов относительно напряжений источника.
Таблица 5.3
Результаты измерений и расчетов
| Элементы схем по рис. 5.3 | U, V | I, mA | φ, …º | Z, Ω | R, Ω | X, Ω | L, mH | C, μF |
| R1 | | | | | | | | |
| R2 | | | | | | | | |
| R3 | | | | | | | | |
| L1 | | | | | | | | |
| L2 | | | | | | | | |
| C1 | | | | | | | | |
| C2 | | | | | | | | |