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

Вид материала

Содержание

Цель работы
Задачи работы
16. Лабораторная работа №16
Задачи работы

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

^ Цель работы – изучить переходные процессы при подключении последовательно соединенных резистора, катушки и конденсатора к источнику гармонического напряжения. В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать зависимость вида переходного процесса от параметров элементов и частоты источника; уметь определять его характеристики и приобрести навыки их экспериментального исследования.

Подключение источника гармонического напряжения к последовательно соединенным реальной катушке и конденсатору, образующим колебательный контур, сопровождается сложным переходным процессом. Характер его зависит от параметров элементов цепи, от соотношения частот источника напряжения ω и свободных составляющих переходного процесса ω’.

При равенстве ω = ω' и большой добротности контура ( Q ≥ 10) ток в цепи и напряжение на конденсаторе приближенно описываютcя зависимостями:

(15.1)

(15.2)

где

- амплитуда принужденной составляющей тока;

– начальная фаза принужденной составляющей; R, L, C – активное сопротивление, индуктивность и емкость цепи;

– угловая частота свободной составляющей;

– резонансная частота;

– коэффициент затухания.

Особенностью переходного процесса в этом случае является постепенное нарастание амплитуд тока и напряжения на конденсаторе, начиная с момента коммутации (рис. 15.1,а). Реальная длительность переходного процесса t_n однозначно зависит от коэффициента затухания δ.

При частоте источника, незначительно отличающейся от частоты свободных составляющих, т.е. при

<< 1, и большой добротности в контуре возникают биения коле6аний (рис. 15.1,б), период которых

(15.3)

Как видно из сравнения рис. 15.1,а и б, характер переходного процесса может существенно измениться даже при небольшом изменении параметров контура либо частоты источника. Поэтому, принимая во внимание зависимость параметров реальных элементов цепи от частоты, расчет характеристик переходного процесса следует проводить исходя из фактического значения этих параметров на соответствующей рабочей частоте. Поскольку в данной работе исследуются процессы при подключении колебательного контура к источнику, частота которого близка к резонансной ω₀, параметры R_L, L и С измеряются по рекомендациям, данным в лабораторной работе № 8.

а) б)

Рис. 15.1. осциллограммы: а – тока при ω=ω’; б – напряжения u_C при незначительном отличии ω от ω’

В работе используются электронный ключ, блоки переменных сопротивления, индуктивности, емкости и напряжения, элемент наборного поля № 01 (см. табл. 1.1). Измерения выполняются осциллографом, частотомером и ампервольтметрами.

^ Задачи работы – измерение параметров элементов исследуемой цепи; определение коэффициента затухания свободных составляющих переходного процесса и периода биений колебаний.

Порядок и методика проведения исследований

1. Определить сопротивление контакта SI электронного ключа, подключающего исследуемую цепь (рис. 15.2) к источнику переменного напряжения. Для этого использовать рекомендации, приведенные в лабораторной работе № 14.

2. Собрать цепь по рис. 8.1. В качестве катушки и конденсатора использовать блоки переменных индуктивности и емкости, установив номинальные значения параметров согласно варианту задания (табл. 15.1). Определить сопротивление R_L, индуктивность L катушки и емкость С конденсатора.

При отличии фактических значений L и С от номинальных более чем на 10 % после консультации с преподавателем повторить измерения либо расчет.

Рис. 15.2. Схема исследуемой цепи

Таблица 15.1

Варианты заданий

Вариант	L, mH	C, μF	U, V	Вариант	L, mH	C, μF	U, V
1	90	0,3	10	9	50	0,04	6
2	90	0,04	6	10	40	0,1	5
3	80	0,2	8	11	40	0,02	4
4	80	0,05	6	12	90	0,05	5
5	70	0,1	7	13	80	0,06	5
6	60	0,2	8	14	70	0,02	3,5
7	60	0,05	5	15	40	0,04	4
8	50	0,1	8	16	60	0,1	4,5

3. Собрать цепь по рис. 15.2, использовав исследуемый колебательный контур, контакты электронного ключа и резисторы R0 и R2. В качестве резистора R0, предназначенного для снятия осциллограммы тока, применить блок переменного сопротивления, установив R₀ =10…20Ω. В качестве R2 взять элемент наборного поля №1.

Не изменяя частоту переменного напряжения, на которой производилось определение параметров контура, установить напряжение цепи согласно заданному варианту (см. табл. 15.1). Снять осциллограммы тока и напряжения конденсатора и представить их в отчете в виде графиков с соответствующей градуировкой осей.

4. Рассчитать коэффициент затухания δ. Для этого по графикам тока либо напряжения п. 3 измерить три амплитудных значения исследуемой величины через равные промежутки времени Δt, например I_M₁, I_M₂, I_M₃ (см. рис. 15.1,а). Искомое значение коэффициента затухания определяетcя по выражению

(15.4)

5. Вычислить коэффициент затухания по измеренным в пп. 1, 2 параметрам цепи и сравнить его со значением, полученным в п. 4.

6. Изменив частоту источника на 15–25 %, снять осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе и представить их в виде графиков.

7. Измерить по графикам п. 6 период биений и сравнить его с вычисленным по (15.3).

8. Сделать выводы по работе, обратив внимание на зависимость вида переходного процесса от параметров цепи и соотношения частот ω и ω’, а также на сравнение значений δ и Т, полученных различными способами.

Литература для подготовки

[15, с. 169–175; 16, с. 262–263, 349–351]

^ 16. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №16

Применение метода эквивалентного источника к анализу цепи

Цель работы: Приобрести навыки в определении вольтамперных характеристик (ВАх) нелинейных элементов и в эквивалентной замене линейной части цепи; уяснить особенности определения рабочего режима нелинейного элемента в схеме с эквивалентным источником.

Уравнение, описывающее режим нелинейной цепи, имеет переменные коэффициенты, их решение возможно графическим способом либо аналитически при линеаризации задачи или аналитической аппроксимации характеристик. К линейной части нелинейной цепи можно применить все методы расчета и преобразований цепей и, при необходимости, заменить ее эквивалентным источником.

Параметры эквивалентного источника (E_Э, R_Э или J_Э, G_Э) можно определить путем по заданной схеме или экспериментально методом холостого хода и короткого замыкания. Рабочая точка определяется графически при пересечении внешней характеристики эквивалентного источника и характеристики нелинейных элементов.

В работе исследуется цепь постоянного тока с нелинейным и линейным элементами. При этом используешься блоки постоянных напряжений и переменного сопротивления стенда УИЛС-1, линейные (01…09) и нелинейные (13…17) элементы из набора элементов (см. табл.. 1) и много предельные амперметры.

^ Задачи работы: 1) определить ВАх заданного нелинейного элемента; измерить токи и напряжения цепи согласно заданию; определить параметры источника ЭДС, эквивалентного линейной части цепи; определить рабочую точку нелинейного элемента методом эквивалентного источника. 2) определить ВАх второго нелинейного элемента, заданного руководителем; рассчитать эквивалентную ВАх нелинейной части цепи при заданном соединения; методом эквивалентного источника определить токи и напряжения нелинейной цепи с двумя нелинейными элементами.

Порядок и методика проведения исследований

1. Собрать на наборном поле цепь для определения ВАх нелинейного элемента согласно заданию. Изменяя напряжение регулируемого источника по величине и направлению, измерить токи и напряжения нелинейного элемента. Результаты измерений занести в табл.16.1. и построить ВАх (рис. 16.1.).

2. Собрать исследуемую цепь по одной из схем рис. 16.2, пользуясь элементами, указанными в табл.16.2, согласно варианту задания. Примерные параметры использованных элементов приведены во введении в табл. 1.

Таблица 16.2

Варианты задания

Вариант	Элементы схем по рис. 16.2
Е	R₁	R₂	R₃	R₄
1 2 3 4 5	ИН ИН ИН ИР, U = 20 V ИР, U = 16 V	03 04 06 03 04	08 07 08 07 08	01 03 02 02 01	13 14 15 16 17

При использовании несимметричных нелинейных элементов полярность их включения в исходную цепь выбирается самостоятельно и в дальнейшем сохраняется при сборке всех исследуемых схем.

Измерить в исследуемой схеме все токи и напряжение U₄ нелинейного элемента, результаты занести в табл. 16.3.

Схема 1 Схема 2

Схема 3

Рис. 16.2. Варианты схем для исследования

Таблица 16.3

Параметры рабочего режима исследуемой цепи

E, V	U₄, V	I₁, mA	I₂, mA	I₃, mA

3. Определить параметры источника ЭДС (Е_Э ; R_Э) эквивалентного линейной части цепи, измерив напряжение холостого хода U₀ и ток короткого замыкания I_К. Рассчитать U₀ и I_К в соответствии с заданной схемой и ее параметрами. Результаты измерений и расчетов свести в табл.16.4. В случае расхождения результатов более чем на 5 %, повторить расчет или измерения.

Таблица 16.4

Определение параметров эквивалентного источника

U₀, V	,%	I_К, mA	,%	E_Э, V	R_Э, Ω
эксперим.	расчет		эксперим.	расчет

По измеренным значениям U₀ и I_К определить E_Э и R_Э и занести их в табл. 16.4.

4. Пользуясь источником регулируемого напряжения и блоком переменных сопротивлений, собрать схему эквивалентного источника (рис. 16.3.), установив параметры E_Э и R_Э, согласно табл. 16.4.

Подключить к выходу эквивалентного источника заданный нелинейный элемент R₄ и измерить его ток и напряжение. Нанести на график ВАх нелинейного элемента (рис. 16.1) внешнюю характеристику эквивалентного источника и графически определить рабочую точку.

Рис. 16.3. Схема эквивалентного источника

5. Результаты расчета и измерений тока I_З и напряжения U₄ нелинейного элемента занести в табл. 4.5. Определить расхождения между рассчитанным и измеренным в исходной схеме и между измеренными в преобразованной схемах токами I_З.

Вычислить погрешность δ_I определения тока, отнеся наибольшее из полученных расхождений к измеренному в исходной схеме току. Аналогично вычислить погрешность δ_U определения напряжения U₄. Значения δ_I и δ_U занести в табл. 16.5.

Таблица 16.5

Определение тока нелинейного элемента

Режим нелинейного тока	Эксперимент	Расчет Рис. 4.1	Погрешность δ, %
Рис. 4.2 заданная схема	Рис. 4.3 преобразованная схема
I₃, mA
U₄, V

4

24 E

3 E

1 E
. Исследованию подлежит одна из схем (согласно варианту задания), приведенных на рис. 16.4. Здесь R_e, E_e и R₄ – элементы, определенные в части А, E₂ – источник ИН, остальные элементы выбираются по номеру варианта из табл. 16.6.

Таблица 16.6

Таблица вариантов

Номер варианта	Элементы схемы по рис. 4.4
R5	R6
1	I5	02
2	I6	03
3	I7	02
4	I3	03
5	I4	02

Blog

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

Содержание