Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Нелинейные электрические цепи. Лабораторный практикум. Учебно-методическое пособие
.pdf
а
б
в
г
Рис. Л1.1
11
Возникновение автоколебательного режима можно зафиксиро-
U
U
U
I
вать по звуку, издаваемому пьезоэлементом BQ1, расположенным в
правом верхнем углу лабораторной панели.
Задание на эксперимент
1. Снять вольт-амперные характеристики (ВАХ) для двух свето-
диодов VD4 и VD5 (см. рис. Л1.1, а).
2. Для стабилизатора постоянного напряжения (см. рис. Л1.1, б)
снять зависимость выходного напряжения от входного U
при U
вх
< U
(входное максимально допустимое напряжение).
вх.max
= f(Uвх)
вых
3. Для усилителя постоянного напряжения (см. рис. Л1.1, в) снять
зависимость U
= f(Uвх) при Uвх < U
вых
и E = const.
вх.max
4. Реализовать в электрической цепи (см. рис. Л1.1, г) режим ре-
лаксационных колебаний. Зарисовать осциллограмму напряжения
(t).
u
c
Указания к проведению эксперимента
Для выполнения лабораторной работы использовать источник
постоянного тока АТН-1232, вольтметр В7-35 и осциллограф
TDS2002B. Параметры исследуемых цепей взять из прил. 1.
К п. 1 задания на эксперимент. Для снятия вольт-амперных характеристик светодиодов варьировать напряжение источника питания АТН-1232 в пределах 0–9 В. Напряжение на светодиоде определяется из разности напряжений источника питания
АТН-1232 и
напряжения на резисторе R1. Произвести 10–12 измерений. Ток в
цепи I(R1) рассчитать косвенным методом, исходя из закона Ома.
Результаты измерений занести в табл. Л1.1.
Таблица Л1.1
№ 1 2 … 12
(10)
(20)
(21)
(R1)
К п. 2 задания на эксперимент. Для получения зависимостей
выходного напряжения стабилизатора от входного напряжение лабораторного источника питания U10 устанавливать его не более
12
15,0 В для стабилитрона VD3 и не более 8,0 В для стабилитрона
U
U
K
U
U
K
VD2, произвести 10–12 измерений. Результаты измерений занести в
табл. Л1.2.
Таблица Л1.2
№ 1 2 … 12
(10)
(20)
ст
К п. 3 задания на эксперимент. Напряжение лабораторного источника питания установить 7,0 В, используя только один из двух
рядов RP1, варьировать его сопротивление (желательно начинать с
наибольшего сопротивления), произвести 10–12 измерений напряжения, пользуясь вольтметром.
Результаты измерений занести в табл. Л1.3.
Таблица Л1.3
№ 1 2 … 12
(21)
(30)
ус
К п. 4 задания на эксперимент. Установить напряжение лабораторного источника питания 20,0 В при выборе стабилитрона на 12 В
или 11,0 В при выборе стабилитрона на 5,6 В. Далее путём вращением ручки потенциометра RP1 (использовать два ряда соединённых последовательно и так, чтобы при повороте ручки потенциометра сопротивление обоих рядов менялось одинаково), изменяя
тем самым величину его сопротивления (желательно изначально
установить максимальное сопротивление), добиться стабильных релаксационных колебаний. Для снятия осциллограммы u
(t) на один
c
из каналов осциллографа CH1 или CH2 подать сигнал исследуемого
напряжения.
Построение ВАХ нелинейного элемента и расчётное задание
1. Построить ВАХ нелинейного элемента (НЭ):
а) для светодиода;
13
б) для стабилитрона при обратном включении.
2. Используя полученные ВАХ светодиодов, рассчитать необхо-
димое ограничительное сопротивление при питании их от источника
напряжения в 17 В и рабочем токе 10 мА. Выполнить задания для
двух диодов.
3. Имеем стабилизатор напряжения на стабилитроне с номинальным напряжением стабилизации 12 В. Он подключен к источнику
питания. Причём его
напряжение варьируется в пределах 13–17 В,
сопротивление нагрузки включено в разрыв 0–2 (рис. Л1.2). Её величина составляет 300 Ом. Рассчитать минимально допустимое сопротивление резистора R1, чтобы на нагрузке напряжение оставалось всегда постоянным, и не превышался порог рассеиваемой мощности стабилитрона, который составляет 2 Вт.
0
Рис. Л1.2
4. Для генератора релаксационных колебаний из п. 4 рассчитать
рабочую частоту для следующих параметров: суммарное сопротивление RP1 и R2 = 13 кОм, ёмкость конденсатора C2 = 2,2 мкФ, напряжение стабилизации стабилитрона 7 В, напряжение питания 14 В;
ёмкостью излучателя и падением напряжения на управляющем электроде тиристора пренебречь, разряд конденсатора считать мгновенным и полным.
Примечание. Порог рассеиваемой мощности – максимально до-
пустимое значение мощности на данном элементе, равное произведению падения напряжения на данном элементе на силу тока, протекающего через него.
14
Вопросы для проверки знаний
1. Какие методы расчёта нелинейных электрических цепей посто-
янного тока вам известны?
2. Для чего надо знать статическое и дифференциальное сопро-
тивление НЭ?
3. Указать условие, при котором режим работы электрической
цепи с резистивным НЭ может стать неустойчивым.
4. Пояснить режим возникновения автоколебаний в электриче-
ской цепи (см. рис. Л1.1, г).
Указания по составлению отчёта
1. Сформулировать цель работы.
2. По результатам выполнения расчётного задания:
указать исходные данные для расчётов;
представить ВАХ НЭ в виде графиков I(U).
3. По результатам выполнения задания на эксперимент:
нарисовать схемы цепей, предназначенных для проведения
эксперимента;
представить ВАХ НЭ в виде графиков I(U);
представить в
графическом виде зависимость U
= f(Uвх), см.
вых
пп. 2 и 3;
рассчитать коэффициент стабилизации и усиления:
K
= ∆Uвх/Uвх; ∆U
ст
4. Нарисовать зависимость u
вых/Uвых
(t), приложить осциллограмму к от-
c
; Kус = U
вых/Uвх
.
чёту п. 4.
5. Сравнить результаты расчёта и эксперимента, дать заключение
о проделанной работе.
Список рекомендуемой литературы
1. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Линей-
ные электрические цепи: Учебник. М., 2009.
2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Элек-
трические цепи: Учебник. М.: Гардарики, 2006.
15
Лабораторная работа 2
Нелинейные электрические цепи переменного тока.
Дроссель
Цель работы – исследование процессов, протекающих в
дросселе.
Описание схемы исследования дросселя
и составление его эквивалентной схемы
Дроссель – катушка с ферромагнитным сердечником, обладающая большой индуктивностью по сравнению с её активным сопротивлением.
Рис. Л2.1
Схема состоит: из исследуемого дросселя, измерительного резистора R
= 200 Ом. На вход 1–0 подключен многофункциональный
2
16
генератор АНР-1002. В процессе проведения исследования он явля-
U
U
U
I
ется источником синусоидального напряжения. Обмотки дросселя
намотаны на кольцевом сердечнике (материал М2000НМ). Обмотка
одной катушки содержит w
= 100 витков, а другой – w2 = 200 вит-
1
ков. Для измерения напряжений U10 и U20 = Ur2 применяется универсальный электронный вольтметр В7-35. На рис. Л2.1 приведена
схема для сборки электрической цепи для исследования дросселя.
Задание на эксперимент
1. Снять зависимость тока в дросселе при w
напряжения на дросселе U
, используя универсальный вольтметр
2
= 200 витков от
2
В7-35, установить частоту генератора АНР-1002 f = 500 Гц. По значению I(U
) построить график, установив значение U2, при котором
2
на графике виден перегиб. Результаты измерений занести в
табл. Л2.1.
Таблица Л2.1
, В 2 4 6 8 10 12 14 16
2
и
= U(Rи)/R2
2. Измерить и записать активное сопротивление обмотки
= 200 виткам.
w
2
3. Измерить и записать фазовый сдвиг φ тока I относительно
напряжения U
U
(I).
и
по смещению на осциллограмме кривой напряжения
2
4. Снять гистерезисную зависимость B(H) магнитопровода дрос-
селя.
Методические указания к проведению эксперимента
К п. 1. В качестве генератора использовать универсальный при-
бор АНР-1002. Для измерения напряжения воспользоваться вольтметром В7-35.
17
К п. 2. Для измерения сопротивления обмотки w2 дросселя при-
менить тот же прибор в режиме измерения активных сопротивлений. Ввиду малости значения активного сопротивления обмотки w
и индуктивности рассеяния обмотки этими параметрами далее
можно пренебречь.
К п. 3. Для измерения фазового сдвига φ, изменяя развёртку осциллографа Tektronix TDS2002B, установить на первом канале CH1
полупериод переменного напряжения U
дать квазисинусоидальное напряжение U
и E
синфазны, так как наведены одним и тем же потоком, то вместо
02
E
≈ U2 предпочтительно использовать другую обмотку w1, имею-
02
, на второй канал CH2 по-
1
(I). Учитывая, что ЭДС E01
и
щую заземлённый узел.
К п. 4. Для снятия петли гистерезиса в формате XY необходимо
подключить напряжение U
ние U
– к каналу Y2. Дальнейшую последовательность действий см.
и
к каналу осциллографа Y1, а напряже-
1
в [4].
Расчётное задание
В расчёте использовать метод энергетического баланса. Для
этого необходимо выполнить ряд действий.
1. Определить полную мощность, подаваемую на вход цепи, со-
держащей катушку w
и резистор R2, по формуле S2 = U2I. Затем
2
определить активную и реактивную мощность по формулам:
P = S
cos φ, Q = S2 sinφ соответственно.
2
2. Определить проводимости параллельной схемы замещения
дросселя по формулам
где
22
cos ,PUI
PI
2
g
2
UU
22
22
cos ,
sin .QUI
b
QI
2
2
UU
22
sin ,
3. Построить векторную диаграмму по эквивалентной схеме
дросселя.
Вопросы для проверки знаний
1. Что определяет нелинейный характер дросселя?
2. Что такое энергетический баланс? Каков смысл этого метода?
2
18
3. В каких случаях метод энергетического баланса предпочтите-
лен?
4. Где используется дроссель? Какова схема его замещения?
Указания к оформлению отчёта
1. По данным, занесённым в табл. Л.2.1, построить график I(U
2. Определить по графику I(U
менении напряжения U
.
2
), когда возникает перегиб при из-
2
).
2
3. Привести расчёты по определению параметров параллельной
схемы замещения дросселя.
4. Построить полную эквивалентную схему замещения дросселя,
исключив индуктивность рассеяния катушки дросселя.
Значение sin определить из отношения ординаты точки пересе-
чения петли гистерезиса к значению апогея этой петли. По осциллограмме петли гистерезиса определить фазовый сдвиг φ между напряжением U
и током I и сравнить со значением, полученным в п. 6.
2
5. Дать заключение по выполненной работе.
Список рекомендуемой литературы
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Элек-
трические цепи: Учебник. М.: Гардарики, 2006.
2. Гаркуша О.В., Коротеев В.И., Павловский В.А. Введение в лабораторный практикум «Линейные электрические цепи». М.: НИЯУ
МИФИ, 2011.
19
Лабораторная работа 3
Феррорезонанс
Цель работы – исследование явления феррорезонанса элек-
трической цепи при подаче на её вход синусоидального напряжения u(t).
Описание установки
Для исследования явления в нелинейной электрической цепи
феррорезонанса необходимо собрать последовательный колебательный контур (рис. Л3.1, Л3.2).
Последовательный колебательный контур состоит из резистивного элемента R (параллельно включенные резисторы R2, R3), ёмкостного элемента C (конденсатор C2), а также из нелинейного индуктивного элемента L (T1 с согласно включенными обмотками W1
и W2). В качестве источника напряжения применяется многофункциональный генератор АНР-1002.
Рис. Л3.1
Наличие в схеме нелинейного индуктивного элемента приводит
к качественному изменению в явлении резонанса напряжений. Несмотря на синусоидальный характер входного напряжения U(t) из-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]