Рабочее задание
Исследовать реакцию по току и напряжению в схеме последовательного включения RL элементов при подключении к источнику постоянного напряжения и при отключении от источника постоянного напряжения.
Исследовать реакцию по току и напряжению в схеме последовательного включения RС элементов при подключении к источнику постоянного напряжения и при отключении от источника постоянного напряжения.
Порядок выполнения работы
Для исследования переходных процессов в RL-цепи произвести следующее:
Собрать схему изображённую на рисунке 1.
Установить на генераторе
В,
,
.Определить по осциллографу:
максимальные установившиеся значения напряжение на входе,
максимальные установившиеся значения напряжение на резисторе,
время переходного процесса.
Зарисовать совмещенные временные диаграммы сигналов напряжения на входе схемы и на резисторе.
Включить один канал на катушку индуктивности и зарисовать волновую диаграмму напряжения, зафиксировав максимальное установившееся значение.
Примечание: Генератор прямоугольных импульсов можно представить следующим образом (рисунок 3):
Рисунок 3
Замыкание ключа соответствует спаду прямоугольного импульса, поэтому может рассматриваться как процесс отключения схемы от внешнего источника энергии. При размыкании ключа схема подключается к источнику.
3.2 Заменить при отключенном источнике сопротивление R1 на R2 в схеме, изображенной на рисунке 1. Произвести измерения аналогичные п. 3.1, изменив значение периода и полупериода.
3.3 Для исследования переходных процессов в RС-цепи произвести следующее:
Собрать схему изображённую на рисунке 2.
Установить на генераторе В,
,
.Определить по осциллографу:
максимальные установившиеся значения напряжение на входе,
максимальные установившиеся значения напряжение на резисторе,
время переходного процесса.
Зарисовать совмещенные временные диаграммы сигналов напряжения на входе схемы и на резисторе.
Включить один канал на конденсатор и зарисовать волновую диаграмму напряжения, зафиксировав максимальное установившееся значение.
3.4 Заменить при отключенном источнике сопротивление R1 на R2 в схеме, изображенной на рисунке 2. Произвести измерения аналогичные п. 3.3, изменив значение периода и полупериода.
3.5 Выполнить пункты 3.1. и 3.3. при Т = 5 τ. Зарисовать совмещенные волновые диаграммы сигналов напряжения на входе схемы на резисторе и на реактивном элементе.
Обработка результатов экспериментов
Вычертить на миллиметровой бумаге совмещенные во времени графики напряжений на входе схемы, на резисторе и на реактивном элементе для каждого из опытов (6 опытов).
По полученным осциллограммам определить постоянные времени и сравнить с рассчитанными в домашнем задании значениями. Сделать соответствующие выводы.
Сравнить полученное теоретически и экспериментально время переходного процесса. Сделать соответствующие выводы.
По построенным графикам сделать вывод о влиянии на время переходного процесса сопротивления схемы.
Контрольные вопросы
Запишите закон изменения свободной составляющей в цепях первого порядка.
Как изменятся характеристики переходного процесса при увеличении индуктивности катушки, при увеличении емкости конденсатора?
Объясните физический смысл постоянной времени.
Рекомендуемая аппаратура
11.1Генератор прямоугольных импульсов Г5-63;
11.2Осциллограф универсальный С1-83 (С1-93);
11.3Панель пассивных элементов – П1.
Литература
Основы теории цепей: Учебник для вузов/ Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин и др.-М.: Энергоатомиздат,1989.-528 с.: ил.
12Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи.-М.: Высшая школа,1996.-517 с. :ил.
Приложение A
Цепи постоянного тока
1Исследование электрических цепей постоянного тока выполняется на примере неразветвленных и сложных цепей с учетом свойств и параметров приемников и источников электрической энергии. При этом реальный источник электрической энергии можно изобразить двумя способами
а). В виде источника ЭДС, который характеризуется значением ЭДС Е, равным напряжению холостого хода реального источника, с внутренним сопротивлением RВН (рисунок 1);
Рисунок 1
б). В виде источника тока, который характеризуется током J, численно равным току короткого замыкания реального источника, и параллельно соединенной проводимостью GВН (рисунок 2).
Рисунок 2
Связь между двумя источниками осуществляется по формулам:
;
У идеального источника ЭДС RВН=0, а у идеального источника тока GВН=0 (RВН=).
В замкнутой неразветвленной цепи (рисунок 3) связь между ЭДС и током устанавливается законом Ома:
.
Рисунок 3
Направление тока и ЭДС совпадают. Напряжение между точками цепи определяется разностью потенциалов этих точек. Направление ЭДС выбирают от меньшего потенциала к большему потенциалу, а направление напряжения от большего потенциала к меньшему.
Направления и значения токов и напряжений наглядно иллюстрирует потенциальная диаграмма, представляющая графическое изображение потенциала вдоль рассматриваемого контура цепи.
Построение потенциальной диаграммы можно разделить на несколько этапов:
Задаются нулевым потенциалом какой-либо точки контура, т.е. считают эту точку электрически соединенной с землей;
Выбирают направление обхода контура;
Определяют потенциалы других точек относительно заземленной точки;
В выбранном масштабе по оси абсцисс откладывают сопротивления участков в соответствии с их включением в цепь, а по оси ординат – потенциалы точек цепи.
Правила, учитывающиеся при построении потенциальной диаграммы:
при переходе через источник ЭДС по направлению, совпадающем с направлением действия ЭДС, потенциал скачкообразно возрастает на значение этой ЭДС;
при переходе через источник ЭДС в направлении противоположном направлению действия ЭДС, потенциал скачкообразно уменьшается на значение этой ЭДС;
при прохождении через сопротивление RК (по направлению тока) потенциал прямолинейно убывает на падение напряжения
.
Пример построения потенциальной диаграммы для цепи, изображенной на рисунке 4, представлен на рисунке 5.
Рисунок 4
Рисунок 5
Примечание. На графике наклон прямых линий должен быть одинаков, т.к. ток в неразветвленной цепи, протекающий через сопротивления, один и тот же.