Файл: Общая электротехника и электроника учебнометодический комплекс.doc

Установить сопротивление R_п = R₁ по табл. 8.2 и записать в табл. по форме 8.1. Определить характер (апериодический и колебательный) переходного процесса в этом случае. Результат зафиксировать в табл. по форме 8.2.

Подключить осциллограф к сопротивлению R_п . Включить генератор.

Зарисовать осциллограмму переходного процесса. Убедиться в том, что характер переходного процесса соответствует расчету.

2. Установить сопротивление R_п = R₂ по табл. по форме 8.1. Определить характер переходного процесса. Параметры цепи и результат анализа занести в табл. по форме 8.2. Включить генератор. Зарисовать осциллограмму переходного процесса. Убедиться в том, что характер переходного процесса соответствует расчету.

3. По осциллограмме колебательного переходного процесса определить

период колебаний T', используя методику, изложенную в лабораторной работе 7. Занести значения T' в табл. по форме 8.3. Занести в эту таблицу значение R, C и величину внутреннего сопротивления генератора R_г. По осциллограмме в миллиметрах измерить максимальные положительные значения тока i* (t₁) и i* (t₁ +T'). По формуле (8.3) найти логарифмический декремент затухания ln. По формуле (8.4) определить индуктивность катушки L. По формулам (8.6), (8.7) вычислить эквивалентное сопротивление контура R_э и сопротивление катушки. Результаты занести в табл. по форме 8.3.

Формаа 8.2

№ п.п.	f, Гц	L, мГн	С, мкФ	Rп , Ом	Характер процесса	№ осциллограммы

Форма 8.3

С, мкФ	Rп, Ом	Rг, Ом	T' мкс	i* (t1) мм	i* (t1 +T')	ln	L, мГн	R, Ом	Rк, Ом

---

Сопоставить расчетное значение индуктивности L (табл. по форме 8.3) с заданным параметром этой индуктивности (табл. 8.2).

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Схема экспериментальной установки.

2. Перечень измерительных приборов и их характеристики.

3. Таблицы опытных данных по форме 8.2, 8.3.

4. Осциллограммы переходных процессов.

5. Выводы.
5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Каким образом осуществляется обмен энергией в цепи R, L, C при апериодическом переходном процессе?

2. Каким образом осуществляется обмен энергией в цепи R, L, C при колебательном переходном процессе?

3. Каким образом характер переходного процесса зависит от параметров

R, L, C?

4. Как связана частота собственных колебаний  в переходном процессе цепи R, L, C с параметрами этой цепи?

5. Каким образом можно экспериментально определить параметры R и L

катушки индуктивности, используя осциллограмму переходного процесса?

Л и т е р а т у р а: [4], c. 209...228.
Работа 9. ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ФЕРРОРЕЗОНАНСА НАПРЯЖЕНИЙ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Экспериментальное исследование феррорезонанса в цепи с последовательным соединением нелинейной индуктивности, конденсатора и резистора.
2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В электрических цепях, содержащих катушки с ферромагнитными сердечниками и конденсаторы, наблюдаются явления, связанные с нелинейными свойствами этих цепей. Это явление феррорезонанса. Рассмотрим цепь (рис. 9.1) с последовательным соединением R, C и нелинейной индуктивности, к которой приложено синусоидальное напряжение. Характеристика индуктивности нелинейна, поэтому ток i в цепи и напряжения u_R, u_L, u_C будут иметь несинусоидальную форму. Раскроем явления, возникающие в такой цепи, заменив несинусоидальный ток u_L, u_C, u_R, i эквивалентными синусоидами с действующими значениями U_L, U_R, U_C, I .


Расчет ВАХ феррорезонансной цепи
По методу эквивалентных синусоид на рис. 9.2 приведены вольт-амперные характеристики (в действующих значениях напряжения и тока) нелинейной индуктивности U_L = F(I) (кривая 1, рис. 9.2), емкости U_C = 1/ С (прямая 2) и резистора U_R

---

= RI (прямая 3).

По характеристикам элементов построим ВАХ цепи, изображенной на рис. 9.1. Для этого произвольно задаемся некоторым током I. Находим для этого тока разность напряжений |U_L  U_C|, так как напряжения индуктивности и емкости находятся в противофазе, а также напряжение на резисторе U_R . Результирующее напряжение на входе цепи равно гипотенузе треугольника, построенного на катетах U_R и |U_L  U_C| , так как напряжение U_R и напряжение |U_L  U_C| сдвинуты по фазе на угол  /2 в зависимости от знака разности (U_L U_C). В результате

. (9.1)

С помощью такого приема находим для заданного действующего значения тока I соответствующее действующее значение входного напряжения U₁. Задаваясь другими значениями тока и выполняя аналогичные операции по нахождению U₁, построим результирующие ВАХ всей цепи U₁ = F₃ (I) (кривая 4, рис. 9.2).

Анализ явления феррорезонанса
Если плавно увеличить входное напряжение U₁ от 0 до U_a (рис. 9.2), то изображающая точка по кривой 4 переместится из точки 0 в точку а. При дальнейшем увеличении напряжения U₁ происходит скачкообразное увеличение



тока от значения I_a до I_c . Дальнейшее увеличение напряжения перемещает изображающую точку по участку cd характеристики 4. В соответствии с этой характеристикой при уменьшении напряжения изображающая точка перемещается от точки d через точку с к точке в. Дальнейшее уменьшение U₁ вызывает скачкообразное уменьшение тока. Одновременно с этим скачкообразно изменяется и фаза тока. В точке а на характеристике 4 режим работы цепи такой, что ток отстает по фазе от входного напряжения, так как здесь U_L > U_C . В точке с ток будет опережать приложенное напряжение, поскольку в этой точке U_C > U_L. В точке в эквивалентная синусоида тока совпадает по фазе с приложенным напряжением, а действующие значения напряжений на емкости и нелинейной индуктивности равны U_C = U_L.

При этом U_C и U_L

---

больше напряжения источника. Таким образом, для данной точки характерен режим, подобный резонансу напряжений в цепи с последовательным соединением линейных элементов R, L, C. Однако, в отличие от линейного резонанса, участок а  в ВАХ цепи с нелинейным дросселем и конденсатором является неустойчивым. Именно этим обусловлены скачкообразные изменения величины и фазы тока, а также скачкообразные изменения напряжений на элементах цепи. Такие явления могут иметь место только в цепи переменного тока с нелинейным дросселем, имеющим ферромагнитный сердечник и конденсатор. Чтобы подчеркнуть нелинейную природу этих явлений, они названы феррорезонансом.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Собрать на наборном поле схему для определения ВАХ нелинейной индуктивности U_L = F₁ (I) (рис. 9.3, а). Параметры феррорезонансной цепи заданы в табл. 9.1. В качестве нелинейной индуктивности используем индуктивность № 26 (находится в наборе элементов стенда), которую выдает преподаватель. В установке используем сопротивление R из блока переменных сопротивлений.

2. Установить частоту блока переменных напряжений (БПН) равной

1000 Гц. Изменяя напряжения БПН, записать показания вольтметров V₁ и V₂, занести данные эксперимента в табл. по форме 9.1. Зарисовать осциллограммы тока i до насыщения нелинейной индуктивности и после насыщения. Осциллограф подключить к сопротивлению R.

Форма 9.1

№ п.п.	О п ы т			Р а с ч е т
	UL, В	UR, В	№ осц.	I, A

3. Собрать на наборном поле лабораторную установку для определения ВАХ конденсатора U_C = F₂ (I) (рис. 9.3, б). В установке используем конденсатор блока переменных емкостей. Значение C задано в табл. 9.1. При частоте БПН 1000 Гц аналогично п. 2 снять ВАХ конденсатора и данные занести в табл. по форме 9.2.
Форма 9.2

№ п.п.	О п ы т			Р а с ч е т
	UC, В	UR, В	№ осц.	I, A

---

4. На основе опытных данных построить ВАХ нелинейной индуктивности и конденсатора на одном графике. Пологая R  0, по формуле (9.1) построить ВАХ исследуемой феррорезонансной цепи.

5. Собрать на лабораторном стенде схему (рис. 9.4) для определения ВАХ U₁ = F₃ (I). При частоте БПН 1000 Гц плавно увеличивать напряжение. Записать данные в табл. по форме 9.3. Отметить значение напряжения U_a, при котором наступает скачкообразное увеличение тока от I_a до I_c в соответствии с рис. 9.2. Затем, монотонно уменьшая напряжение U₁ от максимального значения, определить U_b, при котором наступает скачкообразное уменьшение тока. Результаты занести в табл. по форме 9.3.
Форма 9.3

№ п.п.	О п ы т		Р а с ч е т
	U1, В	UR, В	I, A

Таблица 9.1

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
R, Ом	10	11	12	10	11	12	10	11
С, мкФ	1,9	1,75	1,8	1,85	1,8	1,8	1,8	1,8

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Схемы экспериментальных установок.

2. Перечень измерительных приборов и их характеристики.

3. Таблицы опытных и расчетных данных.

4. Осциллограммы тока i.

5. Графики опытных и расчетных зависимостей U_L =F₁ (I), U_C = F₂ (I),

U₁ = F₃ (I).

6. Выводы.
5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. В какой электрической цепи может возникнуть феррорезонанс?

2. В чем принципиальное различие феррорезонанса от резонансных явлений в линейных электрических цепях?

3. Почему форма тока i в исследуемой цепи при феррорезонансе несинусоидальная?

---