Часть 1 / 1_LR_140400_62

значениями Rп + Rк > Rк р и Rп + Rк < Rк р найти корни характеристического уравнения p 1 и p 2 , рассчитать и построить зависимость u C (t) для обоих случаев.

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ ПОСЛЕ ОБСУЖДЕНИЯ С ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ ЯВЛЯЮТСЯ ОСНОВАНИЕМ ДЛЯ ДОПУСКА К ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТА.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

В данной работе для экспериментального исследования переходных процессов при заряде-разряде конденсатора используется генератор прямоугольных сигналов, подключаемый к исследуемой цепи (рис. 33).

Наблюдаемый при этом периодический заряд и разряд конденсатора позволяет получить устойчивое изображение изменения напряжений элементов цепи на экране осциллографа.

Рисунок 33 – Схема электрическая принципиальная

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! В цепи фактически происходит перезаряд конденсатора от -U Г до +U Г при положительном импульсе и от +U Г до - U Г при отрицательном (рис. 34).

Практически же этот переходный процесс можно рассматривать как подключение и отключение конденсатора к источнику постоянного

91

Рисунок 34 – Временные диаграммы изменения напряжения на входе генератора прямоугольных сигналов и изменения напряжения на конденсаторе

Для проведения эксперимента необходимы:

конденсатор, потенциометр, катушка индуктивности, вольтметр, двухлучевой осциллограф и генератор прямоугольного сигнала (ГПС) с регулируемой частотой.

Принципиальная схема эксперимента изображена на рис. 35

Рисунок 35 – Схема электрическая принципиальная

92

Осциллограмма напряжения на входе цепи снимается подачей на Bx1 осциллографа напряжения ГПС (зажимы "1" и "3" принципиальной схемы).

Осциллограмма напряжения на конденсаторе снимается подачей на Bx2 осциллографа напряжения с зажимов конденсатора "2" и "3".

Осциллограмма тока в цепи аналогична осциллограмме напряжения

При сравнении расчетных и экспериментальных результатов анализа переходных процессов следует учитывать влияние омического сопротивления Rк индуктивных катушек. Для этого Rк надо перед экспериментом замерить (например, омметром) и оценить возможное влияние на переходный процесс.

Диэлектрическими потерями и индуктивностью выводов конденсатора, а также межвитковой емкостью катушек индуктивности в рассматриваемом частотном диапазоне можно пренебречь.

Рекомендуемые параметры для обеих схем эксперимента:

U Г 5В, f Г =300 800 Гц, C = 0.1 1.0 мкФ, L = 0.01 0.05 Гн, Rn = 0 150

Ом.

ЭКСПЕРИМЕНТ

ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ И РЕЖИМЫ ЦЕПИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ВЫБИРАТЬ СООТВЕТСТВУЮЩИМИ ПРОГНОЗИРУЮЩЕМУ РАСЧЕТУ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЕРИМЕНТУ.

1.Подобрать оборудование, измерительные приборы и их пределы измерения, собрать принципиальную схему экспериментальной цепи.

2.Снять осциллограммы напряжений на элементах RC-цепи при недозаряде и полном заряде конденсатора, подсоединив цепь к генератору прямоугольных сигналов. Снять осциллограмму напряжения генератора.

3.Снять осциллограммы напряжений конденсатора при его апериодическом и колебательном заряде.

ЭКСПЕРИМЕНТ СЧИТАЕТСЯ УСПЕШНО ЗАВЕРШЕННЫМ, А ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ СХЕМА МОЖЕТ БЫТЬ РАЗОБРАНА ПОСЛЕ ПОДПИСАНИЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ ПРОТОКОЛА ИСПЫТАНИЙ.

93

ОТЧЕТ

Отчет содержит:

–титульный лист с названием учебного заведения, кафедры и лабораторной работы; ф.и.о. студента и преподавателя; год и место выполнения работы;

–протокол испытаний с расчетными и экспериментальными данными и ос-циллограммами, подписанный преподавателем;

–графическое оформление полученных результатов в соответствии с ЕСКД;

–выводы о соответствии прогнозируемых результатов с полученными:

а) определениями по осциллограммам постоянных времени RC-цепи и

б) заключениями о влиянии сопротивления на характер переходного процесса в RC-цепи;

в) сравнениями экспериментальных зависимостей u C (t) для RLC-цепи с расчетными; г) определение коэффициента затухания и частоты затухающих

колебаний R по осциллограмме u C (t) при колебательном процессе и

сравнение их с расчетными.

ПРИМЕЧАНИЕ. При колебательном процессе: TR – период затухающих колебаний;

ln U cm1

U cm 2 , где Ucm1 и Ucm 2 – два соседних максимальных значения U C .

TR

д) заключениями о влиянии сопротивления на характер переходного процесса в RLC-цепи.

ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ

1.Влияет ли характер зависимости напряжения источника от времени на длительность переходного процесса? Приведите пример.

2.Каким образом можно качественно определить характер переходного процесса по схеме цепи? Приведите пример.

94

3.Какие параметры элементов схемы определяют вид принужденной составляющей переходного процесса?

4.Влияет ли состояние накопителей в момент коммутации на длительность переходного процесса?

5.Чем обеспечивается наличие в цепи свободного режима и почему свободная составляющая переходного режима всегда затухающая?

6.Объяснить, как в импульсной технике осуществляется "дифференцирование" и "интегрирование" с помощью RC-цепи.

ЛИТЕРАТУРА

1. §§ 8.1–8.21.

Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи : учебник. – 11-е изд., перераб. и доп. – М. :

Гардарики, 2006. – 701 с. : ил. 2. §§ 9.1–9.10.

Теоретические основы электротехники : учебник для вузов. – 4-е изд. / К.С. Демирчан, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. – СПб. : Питер,

2006. – Т. 2.

95

РАБОТА № 11

ПАРАМЕТРЫ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (2 ЧАСА)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Определение первичных параметров четырехполюсника.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Определение первичных параметров четырехполюсника с помощью опы-тов холостого хода и короткого замыкания.

2.Экспериментальная проверка справедливости уравнений четырехполюсника при различных нагрузках.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.Четырехполюсник – часть электрической цепи, имеющая два входных и два выходных зажима (трансформатор, линия электропередачи, фильтр, электронный усилитель и т.д.).

2.Связь между токами и напряжениями на входе и выходе четырехполюс-ника выражается с помощью уравнений четырехполюсника, которым соответствуют определенные условноположительные направления токов и напряжений.

3.Уравнения четырехполюсника могут быть записаны в одной из шести форм записи: A, B, Z, Y, H и G.

4. Комплексные коэффициенты А- формы записи А, В, С, D носят наз-вания первичных параметров (постоянных) четырехполюсника и связаны между собой соотношением (уравнением связи)

A D -BC =1.

5. Симметричным называется четырехполюсник, у которого свойства одинаковы как со стороны входных, так и выходных зажимов.

Для симметричного четырехполюсника

AD , A 2 BC =1.

6.Постоянные четырехполюсника могут быть определены расчетом, если известна внутренняя схема и параметры его элементов, а также эксперимен-тально. Экспериментальное определение постоянных четырехполюсника имеет важное значение, когда внутреннее строение четырехполюсника неизвестно.

7.Для определения постоянных четырехполюсника нужно проделать три опыта: холостой ход (х.х.), короткое замыкание (к.з.), обратный холостой ход (о.х.х.) или обратное короткое замыкание (о.к.з.).

Из каждого опыта можно определить входные сопротивления четырехполюсника

По входным сопртивлениям вычисляют постоянные четырехполюсника

В случае симметричного четырехполюсника можно ограничиться двумя опытами.

97

ЗАДАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЕРИМЕНТУ

ЗАДАНИЕ ДОЛЖНО БЫТЬ ВЫПОЛНЕНО И ОФОРМЛЕНО В ПРОТОКОЛЕ ИСПЫТАНИЙ ДО НАЧАЛА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА.

1.Подготовить протокол испытаний, включающий название, цель и содержание работы, принципиальную схему эксперимента, таблицы экспериментальных и расчетных данных.

2.Выполнить расчеты, прогнозирующие результаты эксперимента.

2.1.Составить схему исследуемого четырехполюсника и подобрать

параметры элементов в соответствии с имеющимся оборудованием стенда

R=10 9999 Ом; L=0.0001 0.0999 Гн; C =0.1 99.9 мкФ.

2.2.По схеме и параметрам элементов четырехполюсника

рассчитать:

а) входные сопротивления четырехполюсника в режимах холостого хода

икороткого замыкания при прямом и обратном включении; при этом частоту передаваемого синусоидального сигнала выбрать в пределах f

=20 500 Гц;

б) постоянные четырехполюсника.

2.3.Задавшись величинами сопротивления нагрузки Z í (активного,

индуктивного или емкостного) и выходного напряжения (несколько вольт) рассчитать входные напряжение и ток исследуемого четырехполюсника с помощью соответствующих уравнений четырехполюсника.

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ ПОСЛЕ ОБСУЖДЕНИЯ С ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ ЯВЛЯЮТСЯ ОСНОВАНИЕМ ДЛЯ ДОПУСКА К

ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТА.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА.

Для проведения эксперимента необходимы:

генератор синусоидального сигнала (ГСС) с регулируемой частотой и амплитудой, вольтметр, амперметры, фазометр, блоки резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. В случае отсутствия фазометpа сдвиг по фазе между напряжением и током во входной цепи четырехполюсника можно измерить с помощью двухлучевого осциллографа или рассчитать по показа-ниям ваттметра.

Принципиальная схема эксперимента изображена на рис.36.

98

Рисунок 36 – Схема электрическая принципиальная

В качестве источника питания рекомендуется использовать имеющийся на лабораторном стенде генератор синусоидального сигнала

(ГСС, U=5 10 B, f =20 500 Гц). Напряжение на входе и выходе четырехполюсника измеряется вольтметром. В случае использования осциллографа для измерения угла сдвига по фазе между напряжением и током на входе четырехполюсника необходимо иметь в виду, что на вход Bx1 подается напряжение u 1, а на вход Bx2 – падение напряжения на малом внутреннем сопротивлении амперметра, пропорциональное входному току i 1.

Параметры элементов четырехполюсника и сигналов генератора необхо-димо выбрать такими, чтобы в любом из режимов работы четырехполюсника ток во входной и выходных цепях не превышал 1А.

Четырехполюсник и его нагрузка собираются из установленных на стенде блоков резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности.

ЭКСПЕРИМЕНТ

ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ И РЕЖИМЫ ЦЕПИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ CЛЕДУЕТ ВЫБИРАТЬ СООТВЕТСТВУЮЩИМИ ПРОГНОЗИРУЮЩЕМУ РАСЧЕТУ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЕРИМЕНТУ.

1.Подобрать оборудование, измерительные приборы и их пределы измере-ния, собрать принципиальную схему экспериментальной цепи.

2.Провести необходимые опыты холостого хода и короткого замыкания для последующего расчета первичных параметров четырехполюсника.Во всех опытах измерить напряжение, ток источника питания и сдвиг фаз между ними.

99

3. Подключив к выходным зажимам четырехполюсника нагрузку измерить режимы работы во входной и выходной цепях четырехполюсника.

ЭКСПЕРИМЕНТ СЧИТАЕТСЯ УСПЕШНО ЗАВЕРШЕННЫМ, А ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ СХЕМА МОЖЕТ БЫТЬ РАЗОБРАНА ПОСЛЕ ПОДПИ-САНИЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ ПРОТОКОЛА ИСПЫТАНИЙ.

ОТЧЕТ

Отчет содержит:

–титульный лист с названием учебного заведения, кафедpы и лабоpатоpной pаботы, ф.и.о. студента и пpеподавателя; год и место выполнения pаботы;

–протокол испытаний с заполненными таблицами всех экспериментальных и расчетных данных, подписанный преподавателем;

–вычисление постоянных четырехполюсника по результатам опытов для всех шести форм записи уравнений четырехполюсника;

–выводы о соответствии прогнозируемых результатов с полученными.

ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ

1.Сколько и каковы основные формы записи уравнений пассивного четырехполюсника?

2.Какие опыты и сколько необходимо выполнить для определения первичных параметров четырехполюсника ?

3.Напишите уравнения связи между коэффициентами для различных форм записи уравнений четырехполюсника.

4.Симметричный четырехполюсник и особенности определения его постоянных.

5.Перечислите вторичные (характеристические) параметры симметричного четырехполюсника и расскажите об их назначении.

ЛИТЕРАТУРА

1. §§ 4.1–4.10.

Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрическиецепи : учебник. – 11-е изд., перераб. и доп. – М. :

Гардарики, 2006. – 701 с. : ил. 2. §§ 13.1–13.9.

Теоретические основы электротехники : учебник для вузов. – 4-е изд. / К.С. Демирчан, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. – СПб. : Питер,

2006. – Т. 2.

100