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

Вид материала

Содержание

Цель работы
Задачи работы
14. Лабораторная работа № 14
3адачи работы
15. Лабораторная работа № 15

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

^ Цель работы - изучить влияние параметров цепей с одним реактивным элементом на характеристики переходных процессов. В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать основные понятия, используемые при анализе переходных процессов; уметь определять постоянные времени и начальные условия; приобрести навыки реализации цепи с заданными динамическими свойствами.

Обеспечение требуемой постоянной времени является одной из возможных задач, решаемых при разработке электротехнических устройств. В данной работе моделями таких устройств служат цепи с резисторами и конденсаторами. Изменяя параметры резисторов при неизменной емкости конденсатора, можно добиться, чтобы постоянная времени в переходном процессе имела заданное значение. Для экспериментального и аналитического исследования влияния вида реактивного элемента на характеристики процесса служат цепи с катушкой.

В работе используется регулируемый источник постоянного напряжения, электронный ключ, блоки переменных сопротивления и индуктивности, элементы наборного поля № 01–04, 10–12, 35 (см. табл. 1.1). Измерения выполняются ампервольтметром и осциллографом.

^ Задачи работы – обеспечение заданной постоянной времени цепи путем изменения параметров ее элементов; аналитическое и экспериментальное определение зависимостей от времени исследуемых величин.

Порядок и методика проведения исследований

1. Проверить баланс и калибровку осциллографа по времени и амплитуде. При необходимости выполнить корректировку под контролем руководителя занятий.

2. Собрать цепь согласно заданному варианту (рис. 13.1), используя в качестве коммутирующего устройства S один из контактов электронного ключа, регулируемых резисторов R1 – R3 – элементы наборного поля № 10–12, конденсатора С – элемент № 35. Переключатель «Синхронизация» установить в положение «внутр.».

Схема 1 Схема 4

Схема 2 Схема 5

Схема 3 Схема 6

Рис. 13.1. Варианты схем для исследования

3. Установить напряжение на входе цепи равным 10…20 V. Получить на экране осциллографа кривую напряжения на конденсаторе. Изменяя сопротивление резисторов RI – R3, проанализировать , в какой степени влияют их сопротивления на длительность переходного процесса.

4. Изменяя сопротивление резисторов, наиболее влияющих на постоянную времени при замыкании ключа S, добиться, чтобы значение τ соответствовало заданному руководителем в диапазоне 0,4 … 1,2 mS. При этом переходный процесс в промежутке времени, когда ключ S разомкнут, должен полностью заканчиваться. Полученный график u_C(t) привести в отчете, нанеся масштабную сетку. Используя график, определить τ

как время уменьшения свободной составляющей в L раз.

5. Получив на экране осциллографа кривую изменения одного из токов, определить по ней τ. Сравнить найденные в пп. 4 и 5 значения постоянной времени.

6. Измерить сопротивления резисторов R1 – R3 и рассчитать значение τ. При значительном отличии расчетного значения от экспериментальных после консультации с руководителем повторить измерения или расчет.

7. Собрать цепь по рис. 13.2. В качестве катушки (L, R_L) использовать блок переменной индуктивности; резистора R0, предназначенного для получения осциллограммы тока i_L – блок переменного сопротивления; резисторов R1, R2 – указанные в табл. 13.1 элементы наборного поля. Установив значения индуктивности в соответствии с вариантом задания (см. табл. 13.1), сопротивления R₀ = 10…20 Ω и напряжения на входе цепи U = 10…20 V, получить на экране осциллографа временную зависимость исследуемой величины. Осциллограмму привести в отчете в виде графика.

Рис. 13.2. Схема для исследования цепи с катушкой

8. Измерить напряжение U, сопротивления резисторов RI и R2 и R_L катушки.

9. Рассчитать исследуемую величину при включении и выключении ключа S. Соответствующие графики нанести для сравнения на осциллограмму п. 6.

Таблица 13.1

Варианты задания

Вари-ант	Элементы цепи	L, mH	Иссле-дуемая вели-чина	Вари-ант	Элементы цепи	L, mH	Иссле-дуемая вели-чина
R1	R3	R1	R3
Номер элемента наборного поля	Номер элемента наборного поля
1	01	02	90	i₁	9	4	1	80	i₁
2	01	03	90	i₂	10	3	2	80	i₂
3	01	04	90	u_K	11	4	2	80	u_K
4	02	03	90	i_L	12	4	3	80	i_L
5	02	04	90	i₁	13	1	2	70	i₁
6	03	04	90	i₂	14	1	3	70	i₂
7	02	01	80	u_K	15	2	3	70	u_K
8	03	01	80	i_L	16	2	4	70	i_L

10. Сделать выводы по работе, обратив внимание на связь постоянной времени с длительностью переходного процесса и на ее зависимость от параметров цепи, а также на сравнение постоянных времени, полученных по осциллограммам разных величин.

Литература для подготовки

[11, с. 199–208: 12, с. 324–330, 337–338, 346–347; 13, с.198–213, 219–221: 14, с. 327–335, 340–341: 15, с. 68–76: 16, с. 319–320, 324–330, 332–335]

^ 14. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

Исследование переходных процессов в цепях с двумя реактивными элементами

Цель работы – изучить переходные процессы в цепи, содержащей последовательно соединенные резистор, катушку и конденсатор. В результате проведения лабораторной ра60ты студенты должны знать законы изменения напряжений и тока в исследуемой цепи, влияние параметров ее элементов на характер переходного процесса: уметь определять характеристики переходного процесса и приобрести навыки их экспериментального исследования.

Тип корней характеристического уравнения и вид переходного процесса в цепи с катушками и конденсаторами определяются параметрами элементов цепи и ее топологией. В цепи, содержащей последовательно соединенные элементы R, L и C, корни характеристического уравнения являются вещественными, а переходный процесс – апериодическим, если суммарное сопротивление цепи больше некоторого критического значения R_K. Для исследуемой цепи

. (14.1)

В этом случае длительность переходного процесса определяется меньшим по модулю корнем характеристического уравнения.

При R < R_K корни комплексно–сопряженные и переходный процесс носит периодический (коле6ательный) характер. Угловая частота колебаний

(14.2)

Длительность переходного процесса определяется при этом по коэффициенту затухания

(14.3)

При R = R_K корни равные и вещественные, Важной характеристикой этого предельного случая апериодического процесса является время t_mдостижения максимума тока

(14.4)

В рассматриваемой работе анализируются переходные режимы в цепи (рис. 14.1,а) при подключении и отключении источника постоянной ЭДС. Здесь в качестве коммутирующих устройств S1 и S2 используются контакты электронного ключа, имеющие внутренние активные сопротивления R_S1 и R_S2, зависящие от тока. Реальная катушка характеризуетcя индуктивностью L и активным сопротивлением R_L. Схема замещения исследуемой цепи с учетом отмеченных параметров изо6ражена на рис.14.1.б.

Активное сопротивление катушки R_L, её индуктивность L и емкость конденсатора С измеряются на резонансной частоте по рекомендациям, данным в лабораторной работе № 8; внутренние сопротивления R_S₁ и R_S₂ определяются экспериментально, как указано далее.

а)

б)

Рис. 14.1. Схема исследуемой цепи: а – упрощенная; б – с учетом схем замещения элементов

В работе используются регулируемый источник постоянного напряжения, электронный ключ, блоки переменных сопротивления, индуктивности, емкости и элемент наборного поля № 10 (см. табл. 1.1), Измерения выполняются осциллографом и ампервольтметром.

^ 3адачи работы – определение параметров схемы замещения исследуемой цепи и характеристик переходных процессов.

Порядок и методика выполнения исследований

1. Определить значения внутренних сопротивлений R_S₁ и R_S₂, контактов электронного ключа. Для этого собрать цепь по рис. 14.2.а, используя один из контактов ключа, а в качестве резистора R – блок переменного сопротивления, установив R = 80…100 Ω. Подать на вход цепи напряжение U от источника ИР и, изменяя его от 5

до 20 V, определить ряд значений i и R_S

;

(14.5)

Измерить U и U_R с помощью осциллографа.

После построения графика R_S = f(i) (рис. 14.2, в) исследования повторить для второго контакта ключа. Для расчетов п. 7 рекомендуется использовать значения R_S, соответствующие наиболее пологим участкам кривых (см. рис. 14.2,в).

а) б) в)

Рис. 14.2. К определению R_S: а – схема для экспериментального определения сопротивления R_S; б – определение U_R; в – график для выбора R_S

2. Собрать цепь по рис. 8.1. В качестве катушки и конденсатора использовать блоки переменной индуктивности и емкости. Установить номинальные значения i и С согласно варианту задания (табл. 14.1). Определить значения параметров R_L, L и C. При отличии фактических значений L, и С от номинальных более чем на 10 % после консультации с преподавателем повторить измерения либо вычисления.

3. Собрать цепь согласно рис. 14.1.а. В качестве RI и R2 применить соответственно блок переменного сопротивления и элемент наборного поля № 10. Электронный ключ должен работать в режиме внутренней синхронизации.

Установив напряжение источника ИР согласно варианту задания, подключить осциллограф и, меняя значение сопротивления R1, наблюдать на экране изменение характера переходного процесса для исследуемой величины, указанной в табл. 14.1. При этом значение сопротивления резистора R2 должно быть таким, чтобы в промежутки времени, когда разомкнут S1 и замкнут S2, происходил полный разряд конденсатора.

4. Изменяя R₁, определить экспериментально значение R₁_K, при котором происходит смена видов переходных процессов, наблюдаемых на экране осциллографа. Осциллограммы тока i₁ (см. рис. 14.1,а) и исследуемой величины при R₁ = R₁_K привести в отчете в виде графиков с соответствующей градуировкой осей. Определить по графикам длительность переходного процесса t_nk и время t_m наступления максимума тока. Значения t_nk и t_m занести в табл. 14.2.

Таблица 14.1

Варианты заданий

Вариант	U, V	L, mH	C, μF	Исследуемая величина
1	10	60	0,52	u_C
2	10	60	0,50	u_R1
3	10	70	0,45	i₁
4	10	70	0,40	u_L
5	10	80	0,39	u_C
6	15	80	0,40	u_R1
7	15	30	1,05	i₁
8	15	50	0,60	u_L
9	15	50	0,56	u_C
10	15	40	0,78	u_R1
11	15	40	0,75	i₁
12	15	60	0,50	u_L
13	10	40	0,80	u_C
14	10	70	0,42	u_R1
15	10	50	0,60	i₁

Таблица 14.2

Характеристики переходных процессов

Способ исследования	R_1K, Ω	t_m, ms	t_nk, ms	ω, s^-1	δ, s^-1	t_nn, ms	t_na, ms
Эксперимент
Расчет

5. Установить значение сопротивления R₁ = 0,1 R₁_K, обеспечивающее периодический режим, снять осциллограмму исследуемой величины и привести ее в отчете в виде графика. Найти по нему частоту колебаний ω, затухание δ и время переходного процесса t_nn. Для определения ω измерить период, а для расчета δ – декремент колебаний Δ с учетом, что

(14.6)

Значения ω, δ и t_nn занести в та6л. 14.2.

6. Установить R₁ = 2R₁_K, при котором наблюдается апериодический переходный процесс. Снять осциллограмму исследуемой величины и привести ее в отчете . Определить по ней время переходного процесса t_naи его значение занести в табл. 14.2.

7. Используя найденные в пп. 1, 2 параметры схемы замещения и соответствующие значения R₁_K, 0,1R₁_K , 2R₁_K рассчитать длительности переходных процессов для этих трех случаев. Вычислить по (14.1)–(14.4) значения R_K, t_m, ω, δ. С учетом R₃ и R₄ рассчитать R₁_K. Результаты занести в табл. 14.2 и сравнить с экспериментальными.

8. Сделать выводы по работе, обратив внимание на зависимость длительности переходного процесса от сопротивления цепи и сравнив характеристики (табл. 14.2), полученные расчетом и экспериментально.

Литература для подготовки

[ 11, с. 209–212; 12, с. 338–339; 13, с. 213–214; 14, с. 344–353; 15, с. 78–84]

^ 15. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15

Исследование переходных процессов при подключении колебательного контура к источнику гармонического напряжения

Blog

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

Содержание