«исследование переходных процессов»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 12

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ»

ПО КУРСУ «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ»

Цель работы – экспериментальное исследование переходных процессов в цепях R-C и R-L-C.

1. Подготовка к работе

При подготовке к работе студент должен повторить теоретический материал по расчету переходных процессов в цепях R-C и R-L-C.

Следует обратить внимание на следующие вопросы.

1. Причины возникновения переходных процессов в электрических цепях.

2. Первый и второй законы коммутации.

3. Длительность переходного процесса, ее зависимость от параметров цепи.

4. Физическое отличие апериодического и колебательного переходных режимов.

5. Критическое сопротивление цепи, формула его определения.

6. Дифференциальное уравнение цепи R-C при заряде и разряде конденсатора.

7. Качественно нарисовать графики u_c(t) и i(t) в режимах заряда и разряда конденсатора.

8. Дифференциальное уравнение цепи R-L-C. Его решение для апериодического и колебательного режимов.

9. Качественно нарисовать графики u_c(t) и i(t) в апериодическом и колебательном режимах.

2. Пояснения к работе

В данной работе предполагается наблюдать на экране электронного осциллографа (ЭО) временные зависимости u_c(t) и i(t) в следующих режимах:

1. Включение цепи R-C на источник постоянного напряжения (рис.1).

Рис.1

2. Короткое замыкание цепи R-C (рис.2).

Рис.2

3. Включение цепи R-L-C на источник постоянного напряжения при

а) R>R_кр (апериодический режим)

б) R<R_кр (колебательный режим)

Рис.3

На осциллограф подается напряжение на конденсаторе С и напряжение на активном сопротивлении R. Кривая напряжения на активном сопротивлении повторяет по форме кривую тока, протекающего в цепи ().

Таким образом, на экране осциллографа мы будем видеть кривую напряжения на конденсаторе u_c(t) и кривую тока i(t).

Переходной процесс – явление, длящееся доли секунды. Чтобы наблюдать кривые u_c(t) и i(t) на экране осциллографа, необходимо коммутацию периодически повторять. Для этого используют электронный ключ, который с частотой 50 Гц изменяет положение контакта К.

Этот же электронный ключ (ЭК) используется для приведения схемы к первоначальному состоянию (u_c=0 или u_c=E).

Монтажная схема изображена на рис рис.4.

Рис. 4 Монтажная схема

Цепь собирается на наборном поле (Н.П.). В качестве R используется R₄ блока переменных сопротивлений, L - элемент № 27 (L =30 мГн), С – элемент № 15 (С =1мкф).

Схема подключается к регулируемой постоянной э.д.с.

Для того, чтобы контакты электронного ключа (ЭК) переключались с частотой 50 Гц, его подключают к одной из фаз блока трехфазных напряжений (БТН). Тумблер «Сеть» ЭК должен быть включен.

3.Порядок выполнения работы

1. Собрать монтажную схему (рис.4).

2. Для исследования цепи RC вместо катушки индуктивности ставят перемычку, R₄ выставляют порядка 800¸900 Ом.

3. После проверки схемы преподавателем включают БПН, БТН и ЭО. Постоянную э.д.с. установить Е= 10 В.

4. Подключить ЭО к конденсатору С, срисовать с экрана кривую u_c(t). Развертка по горизонтали должна быть подобрана так, чтобы было видно начало следующего заряда конденсатора (рис. 5).

Рис.5

5. Подключить осциллограф к активному сопротивлению R. Не меняя настройки осциллографа, срисовать кривую i(t).

6. Поменять местами провода, подходящие к точкам 1 и 2 (см. рис. 4). В этой схеме происходит практически мгновенный заряд емкости до напряжения Е =10 В с последующим разрядом цепи R-C.

Подключая осциллограф к емкости и активному сопротивлению, срисовать кривые u_c(t) и i(t) в режиме разряда конденсатора.

ВНИМАНИЕ!!!

Желательно, чтобы все 4 кривые были сняты при одной и той же настройке осциллографа.

7. Вернуть схему в первоначальное состояние (обратно поменять местами провода, подходящие к точкам 1 и 2), снять перемычку с катушки индуктивности L.

8. Рассчитать критическое сопротивление .

9. Установить R₄=2R_кр. И наблюдать на осциллографе кривые u_c(t) и i(t) в апериодическом режиме. Зарисовать эти кривые.

10. Плавно уменьшая сопротивление R от 2R_кр., наблюдать переход апериодического режима в колебательный. Сравнить расчетное R_кр. с экспериментальным.

11. Установить R₄=0,1R_кр. и наблюдать на осциллографе кривые u_c(t) и i(t) в периодическом режиме. Зарисовать эти кривые.

4. Оформление лабораторной работы

1. Определить масштабы снятых с осциллографа кривых для цепи RC

Масштаб напряжения (см. рис. 5).

Масштаб тока ..

Масштаб времени (см. рис. 5).

2. Рассчитать постоянную времени t и время переходного процесса t_пп в цепи RC:

t=R×С (см) t_пп» 4,6t

3. Определить постоянную времени t графически, используя любую из 4 снятых с осциллографа кривых, сравнить с расчетной.

4. Рассчитать значения u_c и i для моментов времени t₁=0, t₂=t, t₃=2t в режиме заряда и разряда конденсатора.

Расчетные данные записать в таблицы №1 и №2

Таблица №1 Заряд конденсатора

	t1=0	t2=t	t3=2t
uc
i

Таблица №2 Разряд конденсатора

	t1=0	t2=t	t3=2t
uc
i

5. Нанести расчетные значения на экспериментально снятые кривые.

6. Объяснить физическое отличие апериодического и периодического переходных процессов.

Дата добавления: 2015-08-29