Методические возможности стенда Особенности работы на стендах уилс-1 Ознакомительное занятие (лабораторная работа №1)

Вид материала

Лабораторная работа

Содержание 8. Лабораторная paбота № 8 Задачи работы 9. Лабораторная работа № 9 Задачи работы

Подобный материал:

• 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.

Примечания: 1. Включение катушек задано для исследования параллельного соединения (п. 6).

2. Номер элемента указывает нагрузку трансформатора (п. 8).



Рис. 7.1. Схема для определения параметров элементов


Таблица 7.2

Параметры катушек

Номер катушки	f, kHz	U, V	I, mA	φ, …º	UM, V	R, Ω	L, mH	M, mH
1
2

3. Собрать цепь по рис. 7.2. Измерить частоту f, ток I, напряжения U, U₁, U₂ и сдвиг фаз φ напряжения и тока на входе цепи при встречном и согласном включении катушек.

Данные занести в табл. 7.3. Установить одноименные зажимы катушек.




Рис. 7.2. Последовательное соединение катушек

Таблица 7.3

Результаты исследования последовательного соединения катушек

Включение катушек	Способ исследования	I, mA	U, V	U1, V	U2, V	φ, …º	Z, Ω	f, kHz
Согласное	Эксперимент
Расчет
Встречное	Эксперимент
Расчет

4. По результатам измерения п. 3 определить полные сопротивления цепи для обоих включений катушек и внести их в табл. 7.3.

5. По найденным значениям параметров катушек (см. табл. 7.2) и измеренным значениям тока и частоты (см. табл. 7.3) построить векторные диаграммы напряжений и тока при согласном и встречном включениях последовательно соединенных катушек. Определить по векторным диаграммам величины U, U₁, U₂, φ и полное сопротивление цепи Z, занести их в табл. 7.3. Сравнить приведенные в таблице значения величин,

найденные экспериментально и по векторной диаграмме, и при существенных расхождениях, установив причину, повторить эксперимент либо построение диаграммы.

6. Собрать цепь по рис. 7.3. Катушки подключить в соответствии с вариантом задания (см. табл. 7.1). Измерить частоту, напряжение U, токи I, I₁, I₂ и сдвиг фаз φ входных напряжения и тока. По измеренным значениям U и I определить полное сопротивление цепи. Данные занести в табл. 7.4.



Рис. 7.3. Параллельное соединение катушек

Таблица 7.4

Результаты исследования параллельного соединения катушек

Способ исследования	f, kHz	U, V	I, mA	φ, …º	I1, mA	I2, mA	Z, Ω
Эксперимент
Расчет

7. Используя в качестве исходных данных параметры катушек (см. табл. 7.2) и значения напряжения U и частоты (см. табл. 7.4), рассчитать токи I, I₁, I₂, сдвиг фаз φ и сопротивление цепи Z. Результаты занести в табл. 7.4. Сравнить приведенные в таблице рассчитанные значения величины с определенными экспериментально.

8. Собрать цепь по рис. 7.4. В качестве нагрузки Z_H подключить заданный в табл. 7.1 элемент. Измерить частоту, напряжения U₁, U₂, токи I₁, I₂ и сдвиг фаз φ₁. По этим данным определить комплексные сопротивления всей цепи и нагрузки (элемент не считать идеальным). Рассчитать комплексное сопротивление цепи по известным частоте, параметрам катушек (см. табл. 7.2) и нагрузки Z_H, сравнить рассчитанное значение комплексного сопротивления всей цепи с полученным экспериментально.

9. Сделать выводы по работе, обратив внимание на метод определения одноименных зажимов, влияние схемы соединения и способа включения катушек на полное сопротивление и причины расхождения расчетных и экспериментальных значений.




Рис. 7.4. Схема для исследования трансформатора


Литература для подготовки

[11, с. 106-111, 115–119; 12, с. 146–152; 13, с. 100–108; 14, с. 184–192, 199–200; 15, с. 388–392; 16, с. 127, 128,242–252]


^ 8. ЛАБОРАТОРНАЯ PAБОТА № 8


Исследование электрического резонанса


Цель работы – изучить резонансные явления при последовательном соединении катушки и конденсатора. В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать условия возникновения резонанса, определение характеристического сопротивления, добротности, затухания, полосы пропускания; уметь определять резонансную частоту и характеристики колебательного контура; приобрести навыки построения графиков частотных характеристик.

Резонансные свойства колебательного контура определяются характеристическим сопротивлением ρ, добротностью Q и затуханием α:

, , (8.1)

Зависимости действующих значений тока, напряжений, сдвига фаз и полного сопротивления цепи от частоты называются частотными характеристиками. При их построении удобно использовать относительную частоту*

(8.2)

* Индексом «О» обозначены значения величин при резонансе.

Полосу частот f₁ ≤ f ≤ f₂, для которых (при условии постоянства входного напряжения контура), называют полосой пропускания. При высокой добротности ( Q ≥ 10) полоса пропускания практически симметрична относительно резонансной частоты f₀ и находится из условия

или (8.3)

Для точного определения характеристик колебательного контура необходимо измерить реальные значения параметров его элементов. Проще всего это выполнить на частоте f₀. Наличие резонанса устанавливают по максимальному значению тока в цепи при неизменном входном напряжении. Измерив частоту f₀, ток I₀ и напряжения U, U_KO, U_CO (рис.8.1), определяют параметры контура


; ; (8.4)




Рис. 8.1. Последовательный колебательный контур


В работе используются блоки переменных напряжения, сопротивления, индуктивности и емкости. Измерения выполняются частотомером, ампервольтметром и фазометром (измерителем разности фаз). Сдвиг фаз напряжения и тока при отсутствии соответствующего измерительного прибора

(8.5)

^ Задачи работы – определение фактических параметров элементов на резонансной частоте; построение частотных характеристик; определение влияния добротности контура на частотные характеристики.


Порядок и методика выполнения исследований


1. Собрать последовательный колебательный контур (см. рис. 8.1). В качестве катушки и конденсатора использовать блоки переменных индуктивности и емкости. Установить номинальные значения параметров согласно варианту задания (табл. 8.1).


Таблица 8.1

Варианты задания

Вари-ант	L, mH	C, μF	U, V	Вари-ант	L, mH	C, μF	U, V	Вари-ант	L, mH	C, μF	U, V
1	30	0,25	10	6	50	0,06	6	11	70	0,05	5
2	30	0,1	5	7	60	0,11	7	12	80	0,08	7
3	30	0,13	7	8	60	0,06	6	13	80	0,04	5
4	40	0,1	6	9	60	0,05	5	14	90	0,07	6
5	50	0,15	8	10	70	0,1	7	15	90	0,04	5

Контур подключить к блоку переменного напряжения при синусоидальной форме сигнала. Изменяя частоту в диапазоне, определенном предварительно расчетом, установить экспериментально значение резонансной частоты по максимуму тока в цепи. Результаты измерений свести в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Фактические параметры колебательного контура

f0, Hz

U, V

I0, mA

UK0, V

UC0, V

R, Ω

L, mH

C, μF

ρ, Ω

Q

α

2. По данным п. 1 вычислить фактические параметры контура, а также характеристическое сопротивление, добротность и затухание (8.1). результаты вычислений занести в табл. 8.2. При отличии полученных фактических значений L и С (см. табл , 8.2) от номинальных (см. табл. 8.1) более чем на 10 % после консультации с преподавателем повторить измерения или расчет.

З. Поддерживая постоянным входное напряжение контура, измерить ток, напряжения катушки и конденсатора и сдвиг фаз для 8–10 значений относительных частот в диапазоне 0,5…1,5. Измеренные значения занести в табл. 8.3. При отсутствии прибора, измеряющего сдвиг фаз, значения φ вычислить по (8.5).


Таблица 8.3

Частотные характеристики

№ п/п	η	f, Hz	I, mA	UC, V	UK, V	φ, …º	Z, Ω
1 …	0,5

4. По данным табл. 8.3 построить графики частотных характеристик I (η), U_C(η), U_K(η), φ(η) и Z(η).

5. Включить последовательно с катушкой и конденсатором блок переменного сопротивления. Рассчитать значение добавочного сопротивления , при котором Q = 10, и выставить его на блоке. Изменяя относительную частоту в диапазоне 0,5…1,5, измерить соответствующие значения тока. Результаты свести в табл. 8.4.

Таблица 8.4

Частотные характеристики при различных значениях Q

№ п/п	η	f, Hz	Q=5	Q=2,5	Q=10
I, A	I/I0	I, A	I/I0	I, A	I/I0
1 …	0,5

Повторить измерения для значений Q = 5 и Q = 2,5.

6. По данным табл. 8.3 и 8.4 построить семейство характеристик при различных значениях Q. Из графиков определить полосы пропускания. Данные занести в табл. 8.5.

В последнюю строку табл. 8.5 занести результаты обработки данных п. 4 для контура без добавочного сопротивления.

7. Сделать выводы по работе, обратив внимание на влияние добротности контура на частотные характеристики и на полосу пропускания.


Таблица 8.5

Полоса пропускания

Q	f1, Hz	f2, Hz	(f2-f1), Hz
По данным п.6	По выражению (8.4)
2,5 5 10 …

Литература для подготовки


[11, с. 122–136; 12, с. 135–140; 13, с. 95–100; 14, с. 175–181; 15, с. 212–217; 16, с. 262–267, 276–279, 281–283]


^ 9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9


Исследование влияния характера элементов цепи на форму тока при несинусоидальном напряжении источника


Цель работы – изучить влияние резистора, катушки и конденсатора на формы кривых тока при действии несинусоидального напряжения с последующей сравнительной оценкой кривых. В результате выполнения лабораторной работы студенты должны знать влияние характера элемента цепи на гармонический состав тока при несинусоидальном напряжении источника; уметь выполнять экспериментальным и расчетным путями гармонический анализ формы кривой тока; приобрести навыки сравнения различных

периодических несинусоидальных функций.

Различная зависимость сопротивлений резистора, катушки и конденсатора от частоты приводит к существенному различию в формах тока при действии несинусоидального напряжения. Отклонение формы тока от синусоидальной, наблюдаемое с помощью осциллографа, может быть охарактеризовано количественно на основе гармонического анализа.

Представление несинусоидального тока гармоническими составляющими имеет вид:

(9.1)

Нахождение постоянной составляющей I₀, амплитуд I_MK и начальных фаз ψ_ik k-x гармоник при графическом задании закона изменения тока выполняется по зависимостям:

; ; ; (9.2)

где

; (9.3)

Здесь р – число равных участков, на которые разбивается период несинусоидальной кривой; n– номер участка; i (n) – значение функции в конце n –го участка; K – номер гармоники.

При количественной оценке различий в формах кривых применяются коэффициенты:

отношения амплитуд

;

амплитуды

; (9.4)

искажения

; (9.5)

где A_Ml, А_MK– амплитуды соответственно первой и K-й гармоники; a_max – максимальное значение несинусоидальной функции; А, А₁, – действующие значения функции и ее первой гармоники.

В работе используются источник переменного напряжения при различных формах выходного сигнала, элемент наборного поля № 01 и блоки переменных сопротивления, индуктивности и емкости. Все необходимые для анализа параметры несинусоидальной функции определяются с помощью осциллографа.

^ Задачи работы – получение кривых тока в цепи при различных по характеру элементах (резистор, катушка, конденсатор) и заданном несинусоидальном напряжении источника; качественная оценка влияния вида элемента на гармонический состав тока; разложение на гармонические составляющие кривых напряжения и тока и сравнительный анализ по значениям оценочных коэффициентов.


Порядок и методика выполнения исследований


1. Включить источник переменного напряжения и, подключив его выход к осциллографу, выставить форму, частоту и максимальное напряжение согласно варианту задания (табл. 9.1).


Таблица 9.1

Варианты задания

Вариант	Параметры источника	R, Ω	L, mH	C, μF
Форма сигнала	f, kHz	Umax, V
1	/\/	1,0	10	100	30	0,5
2	_|¯|_	2,0	12	50	20	3,0
3	/\/	2,0	8	150	40	1,0
4	_|¯|_	4,0	14	200	30	2,5
5	/\/	2,5	12	120	20	0,8
6	_|¯|_	2,5	10	125	25	2,0
7	/\/	4,0	8	100	10	0,4
8	_|¯|_	1,0	14	200	40	5,0
9	/\/	2,0	12	150	30	1,2
0	_|¯|_	1,2	10	250	25	4,0