Порядок выполнения работы

1. В соответствии с номером варианта выбрать элементы цепи и со-брать рабочую схему (рис. 10.1) с индуктивным элементом. На вход исследуемой цепи от регулируемого источника подать постоянное напряжение U₀ = 5В. Синхронизацию электронного ключа осущест-вить напряжением прямоугольной формы амплитудой 5-10 В частотой 1 кГц (блок переменного напряжения).

2. Подключая осциллограф к сопротивлению r и индуктивности L, получить осциллограммы тока и напряжения как при включении, так и при выключении электронного ключа ЭК.

Используя масштабы напряжения m_u, тока m_i = m_u/r и времени m_t , определить сравниваемые показатели процесса и заполнить табл. 10.2.

3. В соответствии с номером варианта выбрать элементы цепи и собрать рабочую схему (рис.10.3) с емкостным элементом. На вход исследуемой цепи от регулируемого источника подать постоянное напряжение U₀ = 5 В. Синхронизацию электронного ключа осущест-вить напряжением прямоугольной формы амплитудой 5-10 В частотой 1 кГц (блок переменного напряжения).

4. Подключая осциллограф к сопротивлению r и ёмкости С, получить осциллограммы тока и напряжения как при включении, так и при выключении электронного ключа ЭК.

Используя масштабы напряжения m_u, тока m_i =m_u/r и времени m_t, определить сравниваемые показатели процесса и заполнить табл.10.4.

5. Провести сравнительный анализ переходных процессов в rL и rС - цепях. Объяснить возможное расхождение рассчитанных и полу-ченных экспериментально характеристик процесса.

Вопросы для самоконтроля

1. Сформулируйте законы коммутации, используемые при анализе переходных процессов.

2. Приведите определение постоянной времени цепи τ, укажите, от чего она зависит и как её определить по любой кривой, полученной в экспери-ментах.

3. Поясните, почему практическую длительность апериодического переходного процесса можно принять равной 3÷5 τ.

4. Поясните, почему при замыкании ключа ЭК в расчёте переходного процесса можно не учитывать резистор r₁.

5.Запишите выражения и приведите графики тока i_L(t) и напряжения u_L(t) при заряде и при разряде индуктивного элемента цепи.

6. Запишите выражения и приведите графики тока i_С(t) и напряжения u_С(t) при заряде и при разряде ёмкостного элемента цепи.

7. В какой цепи (RL или RC) в переходном процессе возможны перенапряжения на элементах?

8. Можно ли в исследованных Вами цепях получить колебательный характер переходного процесса путем подбора параметров элементов?

9. Допустим, что в RC цепи параллельно ёмкости подключена другая такая же ёмкость. Покажите на графиках пунктирной линией новые законы изменения тока и напряжения.

------------- АВХ, 5 февраля 2011г. ---------------------

Лаборатория 311.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ RLC-ЦЕПИ НА ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Цель работы: исследовать характер и количественные показатели переходных процессов при включении rLC- цепи на постоянное напряжение.

Пояснения к работе

Исследуемая электрическая цепь (рис. 11.1) содержит последовательный r,L,C- контур, электронный ключ ЭК, источник регулируемого напряжения U₀ и разрядный резистор r₁. Для электронного клю-ча используется внутренняя синхронизация, что обеспечивает его ком-мутацию с частотой сети f =50 Гц (период Т = 0.02с =20 мс).

Э то значит, что половину перио-да (10мс) ключ замкнут, и цепь под-ключена к источнику, идёт заряд конденсатора до величины напряжения U₀. Параметры элементов подобраны таким образом, что пе-

Рис.11.1. Схема исследуемой rLC-цепи

реходный процесс является колебательным и затухает раньше, чем произойдет размыкание ключа ЭК. Вторую половину периода ключ ЭК разомкнут, и в цепи происходит разряд конденсатора через индуктивность и резисторы r и r₁. Сопротивление r₁ подобрано таким, что этот процесс носит апериодический характер. Его время затухания также меньше длительности разомкнутого состояния ключа ЭК, и к началу следующего периода коммутации ЭК конденсатор полностью разряжен. Новый процесс повторяется при нулевых начальных условиях.

Таким образом, оба переходных режима (заряд и разряд) повторя-ются с частотой сети и могут наблюдаться на экране осциллографа при условии, что его развертка также синхронизирована с сетью.

------------------------------------------

При включении последовательной rLC- цепи на постоянное напряжение U₀ переходный процесс описывается дифференциальным уравнением, составленным на основании второго закона Кирхгофа:

i r + L + = U₀ (11.1)

В зависимости от соотношения rLC-параметров возможны аперио-дический, предельный апериодический и колебательный характер переходного процесса. Соотношение, при котором изменяется харак-тер процесса, можно назвать критическим сопротивлением контура:

Rкр = 2 .

При r > Rкр процесс имеет апериодический характер, при r < Rкр процесс будет колебательным.