Воронов Лабораторный практикум по курсу Електротехн 2012

2.Установить неравномерную нагрузку во всех фазах RA = RB =

=RC = 220 Ом, CA = 8 мкф, CB = 4 мкФ, CC = 2 мкФ; cosφA = 0,44; cosφB = 0,27; cosφC = 0,14; φA = 64˚; φB = 74˚; φC = 82˚.

Показания приборов записать в табл. 7.1.

Исследовать трёхфазную цепь при отсутствии нагрузки в фазе

С. RA = RB = RC = 220 Ом, CA = 8 мкФ, CB = 8 мкФ, CC = ∞ (конденсатор в фазе С выключить); cosφA = 0,44; cosφB = 0,44; φA = 64˚; φB =

= 64˚.

Показания приборов записать в табл. 7.1.

3.По результатам измерений вычислить активную мощность трёхфазной цепи P=PA+PB+PC = IAUAcosφA + IBUBcosφB + ICUCcosφC.

4.Построить векторные диаграммы для 1 и 3 опытов.

5.Написать отчет по форме, указанной в методических рекомендациях (см. с. 9).

Контрольные вопросы

1.Как измерить линейные и фазные напряжения?

2.Как определить нулевой ток на векторной диаграмме?

3.Каково назначение нулевого провода?

4.Почему при равномерной нагрузке фаз и при наличии нулевого провода, ток в нулевом проводе равен нулю?

Контрольные тесты

Тест 1. Сколько проводов используется в связанной трёхфазной системе?

1.6 проводов.

2.2 провода.

3.3 или 4 провода.

Тест № 2. Как измерить линейное напряжение?

1.Напряжение на концах нагрузки.

2.Напряжение между линейными проводами.

3.Напряжение между линейным и нулевым проводом. Тест 3. Как измерить фазное напряжение?

1.Напряжение между началами обмоток генератора.

2.Напряжение между линейными проводами.

3.Напряжение между линейным и нулевым проводом.

81

Тест 4. Назначение нулевого провода.

1.Для выравнивания линейных напряжений.

2.Для симметрии фазных напряжений.

3.Для симметрии нагрузки.

Тест 5. Как определить нулевой ток?

1.Как алгебраическая сумма трёх фазных токов.

2.Как векторная сумма трёх фазных токов.

3.Как векторная сумма двух фазных токов.

Тест 6. Какие способы соединения нагрузки возможны в трёхфазной системе переменного тока?

1.Параллельно.

2.Звездой.

3.Треугольником.

Тест 7. Какая нагрузка в трёхфазной системе называется симметричной, где Za, Zb, Zc сопротивление нагрузки, а φa, φb, φc угол сдвига фаз между током и напряжением в нагрузке.

Тест 8. Какие соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при симметричной нагрузке в трёхфазной цепи, соединённой звездой?

Тест 9. Какую формулу можно использовать для подсчёта активной мощности в симметричной трёхфазной цепи?

1.S = 3 UлIл

2.Q = 3 UлIлsinφ

3.P = 3 Uл Iлcosφ

Тест 10. Линейное напряжение 380 В. Определить фазное напряжение, если симметричная нагрузка соединена звездой.

1.380 В

2.220 В

3.127 В

82

Тест 11. Как соединены обмотки генератора, если концы этих обмоток объединяют в общую точку, которую называют нулевой точкой генератора и обозначают 0. К началам обмоток подключают линейные провода?

1.Треугольником.

2.Мостом.

3.Звездой.

Тест 12. Будут ли меняться линейные токи при обрыве нулевого

Тест 13. Как измерить фазный ток?

1.Измерить ток в нулевом проводе.

2.Измерить ток в линейном проводе.

3.Измерить ток в нагрузке.

4.Измерить ток в обмотке генераторе.

Тест 14. Какая трёхфазная система токов называется симметричной?

1.Если ЭДС синусоидальны, их частоты одинаковы и ЭДС каждой фазы смещены относительно друг друга на угол 120°.

2.Если ЭДС синусоидальны, их частоты одинаковы и ЭДС каждой фазы смещены относительно друг друга на угол 90 °.

3.Если ЭДС синусоидальны, их частоты и амплитуды одинаковы и ЭДС каждой фазы смещены относительно друг друга на угол 120°.

Литература

1.Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электроники» M., Высшая школа, 2001.

2.Данилов И.А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники М., Высшая школа, 2000.

83

Часть 2. ЭЛЕКТРОНИКА

Вариант I. Виртуальное схемотехническое моделирование в системе ElectronIcs Workbench

Лабораторная работа 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА

Цель работы: изучение принципа действия и основных характеристик полупроводникового диода.

Введение в систему виртуального схемотехнического моделирования Electronics Workbench

Система виртуального схемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа электрических схем. Работа в реальной лаборатории требует больших временных затрат на подготовку эксперимента. Electronics Workbench – электронная лаборатория – позволяет сделать изучение электрических схем более доступным. Ошибки экспериментатора в реальной лаборатории могут привести к большим материальным потерям, в то время как, работая в ElectronIcs Workbench, студент застрахован от случайного поражения током, а приборы не выйдут из строя из-за неправильно собранной схемы. Кроме того, быстрее выявляются ошибки, а студент имеет больше возможностей для проявления творческого подхода.

Программа Electronics Workbench использует стандартный интерфейс Windows, что значительно облегчает её использование.На рис. 8.1 показаны основные элементы, используемые для моделирования и анализа электрических схем.

Моделирование схем осуществляется путём выбора необходимых элементов из библиотеки компонентов и перемещением их с помощью «мыши» на рабочее поле. Двойным щелчком левой кнопки «мыши» на элементе можно открыть диалоговое окно, в

84

котором указаны параметры этого элемента. Вращение элементов на рабочем поле осуществляется нажатием комбинацией клавиш <Ctrl>+<R>. Соединяя выводы элементов между собой, получаем электрическую схему.

Рис. 8.1

Для изменения значения элемента необходимо выделить его и дважды нажать левую кнопку «мыши». Для ввода условного обозначения элемента необходимо, выделив элемент, нажать клавиши <Ctrl>+<L>. На рис. 8.2 показана панель активных компонентов.

Теоретическая часть

Полупроводниковый диод представляет собой монокристалл, в котором созданы области различной проводимости: дырочной (p- типа) и электронной (n-типа). Граница между этими областями называется p-n-переходом (рис. 8.3, а). Если к кристаллу приложить напряжение так, чтобы к p-области был приложен отрицательный потенциал, а к n-области – положительный, то носители, притягиваясь к разноименным полюсам, создадут около p-n-перехода область, лишенную носителей.

85

Эта область как бы разрывает цепь, и ток в этой цепи отсутствует. Такая полярность напряжения называется запирающей или обратной и соответствует закрытому состоянию диода (рис. 8.3, б).

Противоположная полярность напряжения перемещает носители навстречу друг другу, и происходит переход (инжекция) носителей в «чужую» область. В результате во внешней цепи появляется ток. Такая полярность напряжения называется прямой или отпирающей и соответствует открытому диоду

(рис. 8.3, в).

Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового диода изображена на рис. 8.3, г). Здесь ветвь 0a соответствует проводящему (прямому) направлению, а ветвь 0b – непроводящему (обратному).

В прямом направлении диод характеризуют допустимым то-

ком Iпр.доп и соответствующим Рис. 8.2 ему падением напряжения на

диоде Uпр max. В обратном направлении диод характеризуют допустимым значением напряжения Uобр max, которое может быть приложено к диоду.

Наличие у диода критического обратного напряжения, при котором наступает электрический (не тепловой) пробой, позволяет использовать полупроводниковый диод в схемах стабилизации напряжения. Одна из возможных схем стабилизации представлена на рис. 8.4. Выходное напряжение схемы с большой точностью поддерживается на заданном уровне Uвых = const, равном критическому

86

(пробивному) напряжению диода. Разница между входным и выходным напряжениями гасится на сопротивлении Rг.

р-область п-область

Рис. 8.3

Рис. 8.4

Если входное напряжение возрастает, то увеличивается и обратный ток диода, возрастает ток I и падение напряжения на гасящем сопротивлении Rг.

Приращения напряжений Uвх и AI-Rг взаимно компенсируются, а Uвых сохраняется на заданном уровне.

87

Диод, используемый для стабилизации напряжения, называется стабилитроном. Недостаток данной схемы – зависимость пробивного напряжения стабилитрона, а следовательно, и выходного напряжения Uвых от температуры. Эту зависимость можно существенно уменьшить, включив последовательно со стабилитроном компенсирующий диод в прямом направлении.

Задания

1.Знакомство с системой виртуального схемотехнического мо-

делирования ElectronIcs Workbench.

2.Исследование свойств диода.

Приборы и оборудование

1.Системный блок.

2.Монитор.

3.Принтер.

4.Программа Multisim 8 Electronics Workbench.

Порядок выполнения работы

1. Снятие ВАХ диода. Откройте файл «Диод_1.ms8» (рис. 8.5). Для снятия прямой ветви ВАХ переключатель установите в правое положение (Key A).

Включите схему. Последовательно устанавливая значение ЭДС источника от 6 до 0 В, запишите значения напряжения Uпр и тока Iпр диода в табл. 8.1.

88

Рис. 8.6

90