Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Уральский Государственный Университет Путей Сообщения

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

ТОЭ_Сулейманов_часть 3_лабраб

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

17.05.2015

Размер:

307.21 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 53 4 5 > Следующая >>>

вектор падения напряжения на L’2S перпендикулярно току. Вектор падения напряжения на R’2 совпадает с током. Перпендикулярно вектору тока из конца

вектора падения напряжения на R м откладывается вектор jw L I& .

Ů1

+jwLİ1

R1İ1

Ů0

İ1

- I 2'

φ1

İ0

İa

φ2

İμ

Фom

& '

U 2

I 2

& '

I 2'

E 2

jwL2 S

Рис. 2. 3. Векторная диаграмма приведенного трансформатора

Ток первичной обмотки складывается из намагничивающего токомI и

приведенного тока вторичной обмотки, взятого с обратным знаком. Вектор входного напряжения получается сложением вектораU0 c векторами R1I1 и jωLI1 .

2.3.Содержание работы и описание установки

Вкачестве исследуемого трансформатора может использоваться как разборный школьный трансформатор с двумя обмотками(что более наглядно), так и лабораторный трехфазный трансформатор (обмотки одной фазы). Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) со встроенным вольтметром регулирует напряжение, прилагаемое к первичной обмотке исследуемого трансформатора. Активная мощность, подводимая к трансформатору, измеряется многопредельным ваттметром. Пониженное напряжение короткого замыкания со стороны

первичной обмотки измеряется вольтметром с низким пределом измерения. Токи первичной и вторичной обмоток измеряются лабораторными амперметрами. Вторичное напряжение измеряется многопредельным вольтметром.

2.4.Порядок проведения работы

2.4.1.Собрать схему (рис. 2. 4), проверить своими силами и показать преподавателю.

ЛАТР
A1	W	A2
V1		V2
220 B

Рис. 2.4. Схема исследования трансформатора

2.4.2.Снять вольтамперную характеристику со стороны первичной -об мотки при разомкнутой вторичной обмотке, результаты измерений свести в таблицу, составленную самостоятельно. Построить график изменения тока в зависимости от напряжения(вольтамперную характеристику). Выбрать номинальное (расчетное) значение напряжения первичной обмотки по вольтамперной характеристике вблизи колена характеристики. У заводских трансформаторов выбираются стандартные значения – 110, 127, 220, 380 В и т. д. В. Здесь же следует выбрать номинальное напряжение по согласованию с преподавателем.

2.4.3.Определить номинальный ток вторичной обмотки, для чего снять зависимость напряжения на вторичной обмотке от тока при номинальном -на пряжении, определенном в предыдущем пункте. Построить характеристику, выбрать номинальное значение номинального тока, округлив до целого значения.

2.4.4.Провести опыт короткого замыкания при номинальном значении тока вторичной обмотки, определенном в предыдущем пункте.

2.4.5.Выписать измеренные значения из пункта2.4.2, соответствующие опыту холостого хода(та строка, по которой определялось номинальное напряжение).

2.4.6.Рассчитать параметры схемы замещения по формулам, приведен-

ным выше.

2.4.7.Рассчитать токи по схеме замещения для одного из режимов и сравнить с опытными данными.

2.4.8. Построить в масштабе векторную диаграмму для расчетного режи-

ма.

2.5.Содержание отчета

Вотчете необходимо представить описание хода выполнения работы в словесной форме в сопровождении схем, таблиц, вычислений, векторной диаграммы и графиков. Ход вычислений приводится только на одну позицию по таблице, результаты остальных аналогичных вычислений заносятся в таблицу.

Вконце отчета обязательно необходимо сделать вывод о результатах проделанной работы.

2.6.Контрольные вопросы

2.6.1.Для чего служит трансформатор?

2.6.2.Что представляет собой схема замещения трансформатора? Как получить приведенную схему замещения?

2.6.3.Как определить параметры схемы замещения трансформатора?

2.6.4.Как определить номинальные значения тока и напряжения?

2.6.5.Как проводится опыт холостого хода?

2.6.6.Как проводится опыт короткого замыкания?

2.6.7.Как строится векторная диаграмма?

Лабораторная работа 33

3. Исследование переходных процессов

3.1. Цель работы

Цель работы: исследование характера протекания переходных процессов в электрических цепях, возникающих при различных коммутациях, а также исследование влияния параметров цепи на характер переходных процессов.

3.2. Краткие теоретические сведения

Всякое переключение в электрической цепи называется коммутацией. После каждой коммутации происходит переход цепи из одного состояния в другое. Изменяются токи, напряжения, магнитные и электрические поля. Известно, что в магнитном и электрическом полях накапливается энергия. Эта энергия не может измениться скачком.

Все процессы в природе описываются дифференциальными уравнениями. Расчет переходных процессов заключается в составлении дифференциальных уравнений и их решении с учетом начальных условий. В электрических цепях такие уравнения получаются на основе уравнений Кирхгофа с использованием закона электромагнитной индукции и зависимости тока емкости и его напряжения. Напомним эти соотношения

u = L	di		i = C	duC
	dt	, и		dt .
			C

Вся сложность расчета переходных процессов заключается в составлении дифференциальных уравнений и нахождении начальных условий. Поэтому вся теория заключается в рассмотрении конкретных примеров. Здесь можно отметить, что порядок дифференциального уравнения зависит от количества накопителей энергии в послекоммутационной цепи(индуктивностей и емкостей). В

учебном курсе число накопителей ограничивается двумя .единицам Решение уравнений напрямую не связано с его структурой, и состоит из

принужденной и свободной составляющей. Дифференциальное уравнение имеет бесчисленное множество решений. Единственное решение находится с учетом начальных условий. Применительно к напряжению на емкости можно записать

u с = u с пр + u с св ,

где ucпр – принужденное значение; ucсв – свободная составляющая.

Для начала рассмотрим заряд конденсатора от

источника постоянной

ЭДС (рис. 3.1). Пусть конденсатор был уже заряжен напряжениемUC 0. После

замыкания

ключа

по контуру потечет

ток

i. Уравнение по закону Кирхгофа

имеет вид

iR +uC = E .

UC0

Здесь

iC = C

duC

, тогда

duC

= E

Рис. 3.1. Заряд конденсатора

Получилось

дифференциальное

уравнение первого порядка с правой частью. Решение этого уравнения записы-

вается в виде

uс = uспр + Aeat

где А – постоянная интегрирования, определяемая исходя из начального ус-

ловия;

α – корень характеристического уравнения.

Принужденное состояние ( u c пр = E ) наступает в конце процесса перехода в новое состояние и определяется наличием соответствующих источни-

ков. Свободная составляющаяся Ae a t определяется только параметрами послекоммутационной цепи и накопленной или накапливаемой в полях энергии.

При t = 0		u C (0) = U C 0		, тогда
U	C 0	= E + Aea0	и	A =U	- E	,
				C0

Закон изменения напряжения на конденсаторе

uC = E + (U C 0 - E )eat .

	Характеристическое уравнение получается из дифференциального урав-
нения без правой части путем замены производной du					dt	на α
	RC a + 1 = 0 .				dt
	RC a + 1 = 0 .
	Отсюда получается корень характеристического уравнения
	a = -	1
	a = -	RC .
		RC .
	Величина, обратная корню, взятая по модулю, является постоянной вре-
мени	t		1=	RC= .
мени	t		1=	RC= .
			a

Если начальное значение напряжения на конденсаторе равно нулю, то
			u C = E - Ee a t .
Ток в цепи определится путем дифференцирования последнего выраже-
ния	i = C duC			1	)CEeat = E eat
	i = C duC		= - aCEeat = - (-	1	)CEeat = E eat		,
		dt		RC	R
окончательно		i = E	e a t .
		R			Полученные			выражения		для
	R		R		Полученные			выражения		для
	R		R	напряжения на конденсаторе и его
				тока дают основание для утвержде-
			i	ния	о том, что	они		изменяются		по
			i	экспоненциальному закону.
				экспоненциальному закону.
	E	UC0	C		Рассмотрим		процесс		разряда
	E	UC0		предварительно			заряженного			кон-
				предварительно			заряженного			кон-
				денсатора напряжением E на актив-
				ное	сопротивление (рис. 3.2). Диф-
	Рис. 3.2. Разряд конденсатора			ференциальное		уравнение			для	-по
				слекоммутационного				режима	имеет
uC	τ				вид
uC	τ

duC

+ uC

= 0 .

Решение

этого

уравнения

по

аналогии

предыдущим

имеет экспоненциальный - ха

рактер

uC = Ee

i = -

e a t .

Разряд конденсатора также происходит по экспоненци-

альному закону.

Рис. 3.3. График переходного процесса Графические представления переходных процессов в режиме заряда и разряда конденсатора приведены на

рис. 3.3. Длительность переходного процесса составляет 3…5 τ.

Рассмотрим процесс включения катушки индуктивности на постоянное напряжение и процесс замыкания катушки на сопротивление. Схема включения и выключения катушки на постоянное напряжение представлено на рис. 3.4.

			Ключ	переключается с нижнего
	R		Ключ	переключается с нижнего
	R		положения в верхнее. Ток через
			индуктивность был равен нулю. По



	i		UL закону коммутации он (ток) сохра-
	i		UL закону коммутации он (ток) сохра-
		L	няет свое значение. Для послеком-
			няет свое значение. Для послеком-
E			мутационной цепи можно записать
			уравнение с учетом закона элек-
			тромагнитной индукции
				di
Рис. 3.4. Включение, выключение			iR + L	di	= E .

катушки

Характеристическое уравнение:

R + La = 0 ,

и его корень a = - R L . Решение уравнения имеет вид:

i =

Ae a t .

При t = 0

i (0) = 0 ,

0 =

+ A ×1 ,

A = -

Тогда

i =

e a t .

Взяв производную из последнего выражения с учетом значения корня ха-

рактеристического уравнения и

u = L(di dt ),

можно получить

u L

= Ee a t

замыкание катушки, по которой уже протекал ток(см. рис. 3.4). Ключ переключается в нижнее положение. Дифференциальное уравнение имеет вид

	iR + L		di		= 0 .
	iR + L				= 0 .
			dt
Принужденное	значение				тока		равно , нулюначальное	значение
i(0) = (E R), а решение имеет вид		E
	i =	E		e a t		.
	i =			e a t
		R
		R

Соответственно напряжение на индуктивности

uL = -Eeat .

Графическая иллюстрация процессов аналогична процессам на конденсаторе, если поменять местами токи и напряжения (см. рис. 3.3).

Включение цепи RLC на постоянное напряжение.

В начале

процесса

ключ

пере-

ключается в верхнее положение

мгновенно.

Конденсатор

был

разряжен,

ток через

индуктив-

ность равен нулю. Уравнение по

второму закону Кирхгофа

для

послекоммутационной цепи

iR +uL +uC = E .

Рис. 3.5. Колебательный заряд и разряд конденсатора

Если учесть, что u L = L(didt ) и iC = C (du C dt ), то получится дифференциальное уравнение второго порядка с правой частью

d 2u

R du

= E .

L dt

Характеристическое уравнение имеет вид

= 0 ,

a +

или

2δ = R / L

ω2

a 2 + 2da + w 02 = 0 ,

где

0 = 1 / LC.

Решение дифференциального уравнения имеет вид апериодического -ре

жима

u C = E + A1e a1t + A2 e a 2 t

А1 , А2 –

где

постоянные интегрирования, определяемые исходя из началь-

α 1 , α 2 –

ных условий,

корни характеристического уравнения.

Корни определяются по известной формуле

a1,2 = -2d ± d2 - w20 .

Если d f w , то корни действительные, разные и отрицательные, а процесс апериодический;

dp w – корни комплексно сопряженные, процесс колебательный;

d= w – то действительные корни равны, а процесс граничный между

апериодическим и колебательным.

При комплексных корнях a1, 2 = -2d ± jw'0 решение дифференциально-

го уравнения имеет вид

T ’

i	i

Рис. 3.6. Кривые колебательного переходного процесса

u C = E + Ae a t sin( w'0 t + b) ,

т. е. процесс имеет затухающий колебательный характер. В этом случае постоянными интегрирования являются A и β .

В граничном режиме решение записываются в следующем виде:

	u	C	= E + ( A + A t )e at
		C		1		2	.
Условие критического режима						определяется, исходя из		соотношения
d = w

		RКР = 2		L	= 2r ,
		RКР = 2			= 2r ,
где ρ –				C
где ρ –	характеристическое сопротивление контура (подобно резонансному
контуру).
При	переключении ключа			в нижнее			положение(см. рис.	3.4) процесс

описывается теми же уравнениями, но с отсутствующим принужденным значением и отсутствующим источником. Процесс идет за счет энергии, накоплен-

ной в электрическом	поле	конденсатора. Соответствующие решения будут
иметь следующий вид:
uC = A1ea1t + A2ea2t ,
uC	= Ae at sin( w0'		t + b) .
Если корни равные и отрицательные, то решение имеет вид
	u = E(A + A t)eat			.
	C	1	2

Графическое представление переходных процессов в колебательном режиме приведено на рис. 3.5.

3.3. Описание установки и содержание работы

Исследование переходных процессов производится с помощью или электронного, или компьютерного виртуального осциллографа. Исследуемые конденсатор, катушка индуктивности, измерительный резистор и переключатель закреплены на панели лабораторного стенда. Переключатель работает под управлением электронного задающего генератора(ЗГ) и переключается с постоянной частотой (1000 Гц). Для изменения постоянной времени используется магазин сопротивлений (МС).

В данной работе требуется визуально исследовать процесс заряда и разряда конденсатора, нарастания и убывания тока индуктивности при различных значениях постоянной времени. Требуется также исследовать процесс колебательного заряда и разряда конденсатора через индуктивность.

Для наблюдения за процессом заряда конденсатора вход осциллографа подключается непосредственно к зажимам конденсатора. Картина изменения тока получается при подключении входа к зажимам измерительного резистора

<<< < Предыдущая 1 23 / 53 4 5 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
17.05.2015120.32 Кб15ТОЭ 3.doc
#
17.05.20155.52 Mб182тоэ, ргр.pdf
#
17.05.20151.96 Mб101ТОЭ.pdf
#
17.05.201558.88 Кб17ТОЭ2.doc
#
17.05.20151.09 Mб200ТОЭ_Сулейманов_часть 2_лекции.pdf
#
17.05.2015307.21 Кб26ТОЭ_Сулейманов_часть 3_лабраб.pdf
#
17.05.20151.38 Mб40ТПР Методичка.pdf
#
17.05.20152.39 Mб35ТПР.pdf
#
18.03.2016295.42 Кб95ТПРВ.doc
#
17.05.2015196.61 Кб7ТР МОР.doc
#
17.05.2015574.98 Кб8ТР МОР_II.doc