Лабораторная №13
.docxМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»
Инженерной школы энергетики
Отделение электроэнергетики и электротехники
Лабораторная работа №13
ИЗУЧЕНИЕ ОБОБЩЕННЫХ ЗАКОНОВ КОММУТАЦИИ
Вариант 8
Исполнитель:
|
|
||||
студент группы |
|
|
Нагорнов А.В. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Руководитель:
|
|
||||
к.т.н., доцент ОЭЭ ИШЭ |
|
Колчанова В. А.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Томск 2020
Цель работы. Экспериментальная проверка закона сохранения суммарного заряда конденсаторов, подключенных к общему узлу, при импульсных переходных процессах. Экспериментальное исследование перераспределения энергии во время этих процессов.
Схемы электрических цепей
Рис. 13.1.
Таблица 13.1
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
U2 , В
|
2 |
3 |
4 |
3 |
2 |
3 |
4 |
5 |
2 |
4 |
6 |
5 |
6 |
7 |
5 |
6 |
7 |
8 |
4 |
8 |
|
10 |
7 |
8 |
11 |
8 |
9 |
10 |
11 |
6 |
12 |
|
14 |
10 |
10 |
14 |
11 |
12 |
13 |
14 |
10 |
14 |
Подготовка к работе
1. Первый обобщённый закон коммутации: Потокосцепление любого замкнутого контура в момент после коммутации (t=0+) равно алгебраической сумме потокосцеплений всех входящих в него индуктивных элементов, которые последние имели непосредственно пред коммутацией (t=0-)
Второй обобщённый закон коммутации: Изменение зарядов на всех параллельно включенных конденсаторах за время коммутации равно нулю, т. е. Сумма зарядов конденсаторов перед коммутацией (t=0-) равна сумме их зарядов непосредственно после коммутации (t=0+).
2.
Σq(-0)
=
Σq(+0) =
ΣW(-0)
=
ΣW(+0) =
3.
, т.к.
по
условию, то
В
цепи до коммутации
В цепи после коммутации
Т.к.
энергия должна равняться
,
но этого не происходит, то значит какая-то
часть энергии «пропала», поэтому формула
будет выглядеть
=>
.
Программа работы
Собрать цепь по схеме рис. 13.1, включив в нее конденсатор С2 = 10 мкФ. Установить ключ К1 в положение 1, ключ К2 в положение 2, ключ К3 замкнуть. Значение напряжения U1 (показание вольтметра V1) записать в табл. 13.2 (U2 = 0).
Ключ К3 разомкнуть, штекер проводника d, отходящего от конденсатора С2, переместить из гнезда a в гнездо b. Записать в табл. 13.2 значение напряжения UC (+0) – показание вольтметра V2.
Установить ключ К2 в положение 1 и повторить опыты 1 и 2 при различных соответствующих варианту значениях напряжения U2. Результаты измерений напряжений на конденсаторах до и после коммутации внести в табл. 13.2.
Повторить опыты при С2 = 470 мкФ. Результаты измерений напряжений на конденсаторах до и после коммутации внести в ту же таблицу.
Таблица 13.2
U1 = B |
До коммутации |
После коммутации |
||||||
C1 = = 100 мкФ |
U2 |
Σq(-0) |
ΣW(-0) |
UC(+0) |
Σq(+0) |
ΣW(+0) |
ΔW |
|
В |
мкКл |
мДж |
В |
мкКл |
мДж |
мДж |
||
C2 = = 10 мкФ |
0 |
1200 |
7.2 |
11,76 |
1293,6 |
7.6 |
0.4 |
|
5 |
1250 |
7.325 |
11,75 |
1292 |
7.593 |
0.268 |
||
8 |
1280 |
7.52 |
11,96 |
1316 |
7.867 |
0.347 |
||
11 |
1310 |
7.805 |
11,97 |
1317 |
7.88 |
0.075 |
||
14 |
1340 |
8.18 |
12,1 |
1331 |
8.053 |
0.127 |
||
C2 = = 470 мкФ |
0 |
1200 |
7.2 |
9,86 |
4733 |
23 |
15.8 |
|
5 |
3550 |
13 |
10,82 |
5194 |
28 |
15 |
||
8 |
4960 |
22 |
11,17 |
5362 |
30 |
7.705 |
||
11 |
6370 |
36 |
11,88 |
5702 |
34 |
1.763 |
||
14 |
7780 |
53 |
12,05 |
5784 |
35 |
18 |
||
Примеры расчёта строки:
При U2 = 0 В и C2 = 10 мкФ:
Σq(-0) =
Σq(+0)
=
ΣW(-0) =
ΣW(+0)
=
мДж
ΔW= │ΣW(-0) - ΣW(+0)│ = │7.2 – 7.6│ = 0.4 мДж
Выводы: Экспериментально проверили закон сохранения суммарного заряда конденсаторов, подключенных к общему узлу, при импульсных переходных процессах. А также экспериментально исследовали перераспределение энергии во время этих процессов.
Определили, что при повышении ёмкости конденсатора C2 происходит незначительное снижение напряжения в первый момент после коммутации, но очень сильно возрастает заряд конденсатора и энергия на нём и в первое мгновение до коммутации, и после.
Была установлена прямая зависимость между напряжение источника U2 и напряжением в первое мгновение после коммутации . При увеличении напряжения второго источника, линейно возрастает на ряду с суммарным зарядом конденсаторов и их суммарной энергией.
Литература
1. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов / К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2009. – (Учебник для вузов). Т. 2. – 2009. – 432 с.
2. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров / Л.А.Бессонов. – 11-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2012. – 701 с.
3. Основы теории цепей / Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.