Порядок выполнения работы

1. В соответствии с номером варианта выбрать элементы цепи и собрать рабочую схему (рис. 10.1) с индуктивным элементом. На вход исследуемой цепи от регулируемого источника подать постоянное напряжение U₀ = 5 В. Синхронизацию электронного ключа осуществить 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 таб-лицу 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 осущес-твить напряжением прямоугольной формы амплитудой 5-10 В час-тотой 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 таб-лицу 10.4.

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

Вопросы для самоконтроля

1. Сформулируйте законы коммутации, используемые при анали-зе переходных процессов.

2. Приведите определение постоянной времени цепи τ, укажите, от чего она зависит и как её определить по любой кривой, получен-ной в экспериментах.

3. Поясните, почему практическую деятельность 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 напря-жения 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 перена-пряжения на элементах?

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

9. Допустим, что в RC цепи параллельно ёмкости подключена дру-гая такая же ёмкость. Покажите на графиках пунктирной линией но-вые законы изменения тока и напряжения.

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

Лабораторная работа 11.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА с r, L,C – элементами

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 ключа используется внутренняя синхронизация, что обеспечивает его коммутацию с частотой сети f =50 Гц (период Т = 0.02с =20 мс).

Э то значит, что половину пери-ода (10 мс) ключ замкнут, и цепь подключена к источнику, идёт заряд конденсатора до величины напряжения U₀. Параметры элементов подобраны таким образом,

Рис. 11.1. Схема для исследования ПП в rLC-цепи

что переходный процесс является колебательным и затухает раньше, чем произойдет размыкание ключа ЭК. Вторую половину пери-ода 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 вре-мя 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) повто-ряются с частотой сети и могут наблюдаться на экране осциллогра-фа при условии, что его развертка также синхронизирована с сетью.

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

При включении последовательной rLC-цепи на постоянное на-пряжение 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 апери-одический, 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.