9. Лабораторная работа №9 «Переходные процессы в линейных цепях постоянного тока»

1. Цель работы:

Экспериментальное исследование переходных процессов при включении и коротком замыкании неразветвленных линейных цепей постоянного тока.

Исследование влияния параметров электрической цепи на характере переходных процессов.

2. Основные положения и соотношения:

При коммутациях или авариях в электрической цепи имеют месте переходные процессы - процессы перехода цепи из одного установившегося режима работы к другому, отличному от предыдущего. В цепях с реактивными элементами L, С за время переходного процесса происходит перераспределение энергии, запасенной в конденсаторе в форме электрического поля:

и в индуктивной катушке в форме магнитного поля:

.

Поэтому процесс не может произойти мгновенно.

Действительно, скачкообразное изменение энергии привело бы к выделению в индуктивностях и емкостях бесконечно больших мощностей, что лишено физического смысла.

Принимают, что коммутация происходит в момент времени t = 0, тогда

i_L(0-) = i_L(0+),

u_C(0-) = u_C(0+), (1)

где i_L(0-) и u_C(0-) - значения тока и напряжения непосредственно перед коммутацией;

i_L(0+) и u_C(0+) - начальные значения тока в индуктивности и напряжения на емкости в первый момент времени после коммутации называемые независимыми начальными условиями, так как они определяются непосредственно из законов коммутации.

Все остальные токи и напряжения на элементах цепи в первый момент времени после коммутации определяются из расчета схемы для момента времени t = 0+ и называются зависимыми начальными условиями.

Следует указать, что все токи и напряжения, не связанные законами коммутации, могут изменяться скачкообразно.

3. Описание лабораторной установки:

Лабораторная работа выполняется на универсальном лабораторном стенде.

В ней используются элементы, параметры которых надо заранее определить и записать в отчет (сопротивления резисторов, емкости конденсаторов, индуктивности катушек), а также генератор прямоугольных импульсов напряжения (ГПН), который служит источником э.д.с.

График выходного напряжения ГПН приведен на рис. 9.1. Амплитуда выходного напряжения ГПН равна 2В, частота тока f = 50 Гц, период Т = 1/f = 0,02 с.

Наблюдение кривых токов и напряжений переходных процессов i(t), u_L(t), u_C(t) осуществляется с помощью электронного осциллографа, на вход которого может подаваться напряжение с резистора R, с катушки L или конденсатора С.

Рис. 9.1.

4. Порядок выполнения работы:

9.4.1. Снять осциллограмму выходного сигнала ГПН. Учитывая, что

Т = t₁ + t₂ = 0,02с определить по осциллограмме t₁ и t₂ .

9.4.2. Исследовать переходной процесс в цепи R, С по схеме рис. 9.2. Проследить изменение кривой u_C(t) и постоянной времени контура г при изменении R, при изменении С. Зарисовать осциллограммы, указанные в табл. 9.1. Установить величину индуктивности L2 одноименным галетником в поз. «2».

Р ис. 9.2.

Исследовать переходной процесс в цепи R, L по схеме рис. 9.3. Зарисовать кривые u_L(t), i_L(t) при R = R₁ и кривую i_L(t) при изменении активного сопротивления контура (R > R₁; R < R₁).

Определить постоянные времени  для контуров, исследуемых в п.п. 9.4.2 и 9.4.3, по экспериментальным кривым и расчетным путем. Результаты записать в табл.9.1.

Рис. 9.3.

9.4.5. Исследовать переходной процесс в цепи R, L, С при апериодическом заряде и разряде конденсатора по схеме рис. 9.4. Зарисовать i, u_C, u_L .

Уменьшая емкость батареи конденсаторов ступенчато до 0,1 мкф, проследить по осциллограмме u_C(t) переход от апериодического процесса к колебательному. Зарисовать те же кривые.

Рис. 9.4.

9.4.6. Определить по экспериментальным кривым и расчетным путем по параметрам R, L, С угловую частоту затухающих колебаний ’:

Результаты записать в таблицу 9.2.

Таблица 9.1.

№ осциллограммы	Наименова-ние эл. цепи	Наименова-ние осциллограммы	Параметры контура
			R	L	C		
			Ом	Гн	мкФ	Из осциллографа	По параметрам
1	R, C	uC, iC
2	R, C	uC
3	R, C	uC
4	R, L	uL, iL
5	R, L	iL
6	R, L	iL
7	R, L, C	i, uC, uL

Таблица 9.2.

№ осциллограммы	Наименова-ние эл. цепи	Наименова-ние осциллограммы	Параметры контура
			R	L	C		
			Ом	Гн	мкФ	Из осциллографа	По параметрам
1	R, L, C	i, uC, uL
2	R, L, C	i, uC, uL