лабы / 9_Multisim_Езеров / Multisim_метода

Если к выводам второй катушки присоединить нагрузочное сопротивление Zн, получим двухобмоточный трансформатор (рис. 9.3). В трансформаторе энергия от источника, включенного в цепь первичной обмотки, передается нагрузке Zн, подключенной к вторичной обмотке. Эта передача осуществляется без электрической связи между обмотками посредством изменяющегося потока взаимной индукции.

Рис. 9.3 Рассматривая трансформатор как четырехполюсник, можно его

передающие свойства характеризовать функциями передачи напряжений и токов. Положив U2 = −ZнI2, из уравнений (9.2) при R1 = R2 = 0 получаем:

В случае активной нагрузки (Zн = Rн) модуль функции передачи (9.6) по напряжению (АЧХ)

9.2. Исследования с применением моделирующих компьютерных программных средств Multisim

Для начала работы необходимо включить компьютер и на рабочем столе открыть папку Лаб. раб. ТОЭ и в ней Лаб. раб. № 9. После загрузки в открывшемся окне на экране монитора появится схема (рис. 9.4) двух индуктивно связанных катушек с подключенными к ней измерительными приборами.

Для питания схемы применяется генератор синусоидального напряжения V1, напряжение которого устанавливается U =1 В и частота

81

f =1 кГц. Напряжения в схеме измеряются вольтметрами XMM1 – XMM3, а

тока – амперметром XMM4. Для наблюдения частотных характеристик трансформатора используется плоттер ХВР1.

Объектом исследований в работе являются две линейные индуктивно связанные катушки L1 и L2 (см. рис. 9.1). При достаточно больших

значениях частоты сопротивлениями потерь в катушках R1 и R2 в сравнении с ωL1 и ωL2 можно пренебречь, не допуская при этом значительной погрешности. Катушки индуктивности L1 и L2 являются индуктивностями

Рис. 9.4

первичной и вторичной обмоток линейного повышающего трансформатора Т1. С помощью ключей S1 и S2, которые переключаются клавишами 1, 2 соответственно, катушки могут быть соединены между собой последовательно или параллельно, а также могут быть включены согласно или встречно. Ключом S5 к выходу трансформатора Т1 можно подключить нагрузочные сопротивления R1 и R2 или конденсатор C1.

9.2.1. Определение индуктивностей катушек, взаимной индуктивности и коэффициента связи

Для проведения исследований соберите схему, показанную на рис. 9.5. Каждую из катушек подключите поочередно к выводам a и b, оставляя

82

Указанные в таблице параметры вычислите по формулам (9.3), а коэффициент связи – по формуле (9.1). С целью контроля после получения экспериментальных данных определите xM (по двум опытам).

9.2.2. Исследование последовательного соединения индуктивно связанных катушек

Соберите схему последовательного соединения катушек (см. рис. 9.2, а). Проверьте установки генератора синусоидального напряжения V1 (напряжение U =1 В, частота f =1 кГц).

Измерьте напряжение и ток в схеме, результаты измерений занесите в табл. 9.2.

1

2

Эксперимент осуществите дважды – при согласном и встречном включениях катушек. Для перехода от одного способа включения к другому поменяйте местами выводы любой из катушек. Самостоятельно установите способ включения по данным эксперимента.

83

Для вычисления I , U1, U2, Lэ используйте рассчитанные в 9.2.1 значения L1, L2 , M и соотношения (9.3) и (9.4), при этом M примите как среднее из двух значений.

9.2.3. Исследование параллельного соединения индуктивно связанных катушек

Соберите схему параллельного соединения катушек (см. рис. 9.2, б),

руководствуйтесь пояснениями, приведенными в 9.2.2, и соотношением (9.5).

9.2.4. Исследование АЧХ и ФЧХ функции передачи трансформатора по напряжению

Соберите схему, представленную на рис. 9.3. В качестве Zн используйте поочередно 2 резистора: R1 =1 кОм и R2 =100 Ом. Исследуйте амплитудно-

частотную и фазочастотную характеристики функции передачи трансформатора с помощью плоттера ХВР1, открыв его экран двойным щелчком мыши по изображению плоттера. Для исследования АЧХ нажмите клавишу Magnitude на верхней панели Mode. Нажмите клавишу Reverse, чтобы получить белый фон экрана. На левой панели управления Horizontal установите необходимый диапазон частот измерения АЧХ (вид шкалы горизонтальной оси – логарифмический Log; начальное ( I) 100 Гц и конечное ( F) 2 МГц значения частот); на правой панели управления Vertical установите линейный масштаб Lin отношения напряжений Uвых и Uвх, а

также начальное ( I) 1 мВ и конечное ( F) 1,3 В значения АЧХ. Эти границы выбираются так, чтобы на экране был виден весь график АЧХ.

Снимите при нескольких значениях частот (примерно 100 Гц, 1, 3, 6, 9, 12, 18, 30, 50, 100, 500 кГц) АЧХ функции передачи трансформатора. Для этого двигайте курсор по экрану графопостроителя, нажимая мышью на

84

кнопки со стрелками влево и вправо или перемещая мышью сам курсор по экрану. Определите по графику АЧХ граничные частоты полосы пропускания трансформатора на уровне 0,707 Hmax . Результаты измерений,

произведенных при сопротивлениях нагрузки R1 и R2 , занесите в табл. 9.4, а

расчеты АЧХ выполните по формуле (9.7).

Для снятия ФЧХ функции передачи трансформатора нажмите клавишу Phase на верхней панели Mode плоттера. На правой панели управления

Vertical установите линейный масштаб Lin, а также начальное ( I) −90 и

конечное ( F) 90 значения ФЧХ. Результаты измерений ФЧХ для тех же

Таблица 9.4

значений частот, произведенных при сопротивлениях нагрузки R1 и R2 , занесите в табл. 9.4.

9.3.Требования к отчету

Вотчете следует сформулировать цель работы, привести все пункты исследований и сделать заключение. По каждому пункту в отчет необходимо включить его название, схемы исследуемых цепей, таблицы данных эксперимента и выполненных вычислений; должны быть приведены соответствующие соотношения и требуемые расчеты. Следует привести графики АЧХ и ФЧХ функции передачи напряжения трансформатора (экспериментально снятые и расчетные).

Необходимо также письменно ответить на следующие вопросы:

2.Как практически разметить однополярные выводы двух индуктивно связанных катушек?

3.При каком соотношении между параметрами катушек L1, L2 , M

напряжение одной из них в режиме гармонических колебаний при

85

последовательном соединении катушек и встречном включении будет отставать от тока?

4.Почему АЧХ трансформатора падает в области низких и высоких частот? В какой частотной области исследуемый трансформатор приближается к идеальному? Почему на нулевой частоте сигнал через трансформатор к нагрузке не проходит?

5.Чем объяснить резкое расхождение расчетных и опытных значений

HU ( jω) при ω→0 ?

Работа № 10 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ

Цель работы: опытная проверка соотношений, связывающих напряжения и токи трехфазных цепей при соединении приемников звездой и треугольником в установившемся синусоидальном режиме.

10.1. Подготовка к работе

На рис. 10.1 изображена четырехпроводная трехфазная цепь, у которой источник и приемник соединены звездой с нейтральным (нулевым) проводом.

Рис. 10.1

Напряжение узловой точки O1 приемника относительно узловой точки O источника:

UОО1 =(YaU AO +YbUBО +YcUCО)/ (Ya +Yb +Yc +Y0 ),

где U AO , UBО, UCО – фазные напряжения источника; Ya , Yb , Yc , Y0 – проводимости фаз приемника и нейтрального провода.

86

системе наблюдается зависимый режим работы фаз приемника: в случае изменения сопротивления одной фазы изменяются все фазные напряжения и токи.

При симметричном источнике с прямым порядком следования фаз U AO , UBOe j1200 , UCOe− j1200 , UO1O = 0 (как показано штрихами на векторной

диаграмме рис. 10.2, б). Для определения порядка следования фаз, что важно, например, при запуске трехфазного двигателя, часто используют приемник, соединенный звездой без нейтрального провода. При этом в две фазы включают лампы накаливания, а в третью – конденсатор (причем R1 ≈ R2 ≈ ZC ). Если предположить, что конденсатор включен в фазу С, то

ярко горящая лампа укажет «отстающую» фазу, т. е. фазу А. Схема для проведения опыта и соответствующая ВД напряжений и токов приведены на рис. 10.2.

87

Режим работы фаз приемника является независимым, так как напряжения фаз приемника определяются линейными напряжениями

– коэффициент мощности каждой фазы приемника (так называемый Power Factor).

88

В цепи без нулевого провода мощность может быть измерена двумя ваттметрами P = P1 + P2 , включенными в две фазы, причем обмотки

напряжения ваттметров включены на линейные напряжения (между каждой из этих фаз и третьей фазой). Активная мощность цепи при этом формально равна:

P = PS1cosϕ1 + PS 2 cosϕ2 ,

а реактивная мощность

Pq = PS1sin ϕ1 + PS 2 sin ϕ2 ,

где PSk =UлIл (Uл, Iл – линейные напряжение и ток «каждого ваттметра», а ϕk – угол между ними).

10.2. Исследования соединения нагрузки звездой с применением моделирующих компьютерных программных средств Multisim

Для начала работы необходимо включить компьютер и на рабочем столе открыть папку Лаб. раб. ТОЭ и в ней Лаб. раб. № 10, а затем открыть цепь «Circuit 1 - 3х фазная звезда». В начальном положении цепи все ключи должны быть разомкнуты.

После загрузки в открывшемся окне на экране монитора появится схема (рис. 10.4). Питание цепи осуществляется от трехфазного трансформатора, обмотки которого соединены «звездой» с нулевым выводом «О». Нагрузкой цепи является приемник, состоящий из трех одинаковых ламп L1, L2, L3 с нулевой точкой «О1». Несимметричный режим создается лампой L4 и емкостью C1.

Цепь подключается к источнику трехфазным рубильником S. Для исследования различных режимов работы цепи служат ключи S0 – S5. Защита источника от возможных коротких замыканий осуществляется автоматическим выключателем S6. Напряжения и токи измеряются вольтметрами U0 – U5 и амперметрами А6 – А9.

Для измерения активной мощности источника применяются 3 ваттметра XWM1, XWM2 и XWM3. Контроль фазных напряжений на нагрузке производится по четырехканальному осциллографу XSC1.

89