Файл: Общая электротехника и электроника учебнометодический комплекс.doc

«СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электротехники и электромеханики

Лабораторная работа

---

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

по дисциплине

Общая электротехника и электроника

выполнил студент ____ курса
специальность
ФИО
Шифр
Работа сдана «___»_________20__
Проверил:

Санкт-Петербург

2011

Работа 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПИ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ И КОНДЕНСАТОРА
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Приобретение навыков расчета на основании данных электро­измерительных приборов и развитие умения анализировать полученные результаты при экспериментальном исследовании переходных процессов в цепи, содержащей соединенные последовательно сопротивление, катушку индуктивности и конденсатор.
2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Переходные процессы в электрических цепях возникают при коммутации цепи и связаны с перераспределением энергии, запасенной индуктивностями и емкостями. Особенность переходных режимов цепи R, L, C с двумя накопителями заключается в сложном процессе обмена энергией между тремя элементами: источником напряжения, индуктивностью L и емкостью C. В то же время часть энергии превращается в тепло в сопротивлении R. В связи с изложенным выше, на характер переходного процесса оказывает большое влияние соотношение параметров сопротивления R, индуктивности L и емкости C. В зависимости от величины R, L и C переходный процесс может быть апериодическим или колебательным.
Апериодический переходный процесс
При апериодическом переходном процессе ток i не изменяет знак (табл. 2.1, поз. 1, 2). Такой вид переходного процесса возможен при условии . Рассмотрим апериодический разряд емкости, предварительно заряженной до напряжения u_c (0) = U (поз. 2, табл. 2.1).Энергия, запасенная емкостью, превратится в переходном процессе в тепло на сопротивлении R. При этом ток нарастает с 0 до максимального отрицательного значения и спадает до 0. С энергетической точки зрения это означает, что при разряде емкости, отдаваемая ей энергия, будет лишь в малой доле переходить в энергию магнитного поля индуктивности, а большая ее часть будет поглощаться сопротивлением. Начиная с некоторого момента времени

---

t₁, когда ток начинает уменьшаться, в тепло будет переходить не только оставшаяся энергия электрического поля емкости, но и энергия, которая запаслась в магнитном поле индуктивности.

Таблица 2.1

А п е р и о д и ч е с к и й р е ж и м,
1	Включение цепи R, L, C на постоянное напряжение	2	Отключение цепи R, L, C от постоянного напряжения
;		U R C L i ; ;
К о л е б а те л ь н ы й р е ж и м,
3	Включение цепи R, L, C на постоянное напряжение	4	Отключение цепи R, L, C от постоянного напряжения
U R C L i ; ;		U R C L i i t 0 t1 ; ;

---

При включении цепи R, L, C на постоянное напряжение (поз. 1, табл. 2.1) происходит процесс накопления электрической энергии емкостью C от внешнего источника напряжения U. При апериодическом заряде емкости сопротивление R ограничивает ток i, и соответственно долю энергии внешнего источника напряжения, которая переходит в энергию магнитного поля индуктивности. Поэтому ток в переходном процессе не изменяет знак.
Колебательный переходный процесс
При колебательном переходном процессе ток i изменяется по затухающему синусоидальному закону (поз. 3, 4, табл. 2.1). Такой вид переходного процесса возможен при условии .

Рассмотрим колебательный разряд емкости, заряженной предварительно до напряжения u_C (0) = U (поз. 4, табл. 2.1). Энергия, запасенная емкостью, превратится в переходном процессе в тепло на сопротивлении R, при этом ток изменяется по затухающему синусоидальному закону и меняет знак. Это означает, что в переходном процессе индуктивность и емкость обмениваются энергией, т. е. энергия электрического поля емкости переходит в энергию магнитного поля индуктивности и это продолжается несколько циклов, пока суммарная энергия не превратиться в тепло на сопротивлении.

При включении цепи R, L, C на постоянное напряжение (поз. 3, табл. 2.1) происходит процесс накопления электрической энергии емкостью от внешнего источника напряжения U. При колебательном заряде ток i изменяет знак, т. е. происходит обмен энергией между индуктивностью и емкостью.
Расчет сопротивления R и индуктивности L по осциллограмме тока колебательного процесса
При колебательном переходном процессе в цепи R, L, C ток изменяется по закону



где d - коэффициент, характеризующий затухание синусоиды тока; - частота периодических колебаний. Эти величины зависят от параметров исследуемой цепи

;

---

, (2.1)

где T' - период колебаний.

Быстрота затухания тока характеризуется декрементом колебаний D, равным отношению двух последующих амплитуд одного знака (рис. 2.1), т. е. токов в моменты времени t₁ и (t₁ + T'):
. (2.2)
Более удобной для расчетов характеристикой является логарифмический декремент колебаний lnD, равный
. (2.3)
По осциллограмме переходного процесса можно найти T ¢, i (t₁), i(t₁ + T'). Эти данные позволяют, в соответствии с выражением (2.1), найти индуктивность катушки

. (2.4)

По логарифмическому декременту колебаний, равному

, (2.5)

можно вычислить эквивалентное сопротивление контура
, (2.6)

и найти сопротивление катушки
. (2.7)
Такой метод определения параметров электротехнических устройств широко применяется в практике.



3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
В лабораторной работе исследуется последовательная цепь, состоящая из конденсатора C, сопротивления R₁ и катушки индуктивности, схема замещения которой состоит из двух идеальных элементов – сопротивления R₂и индуктивности L(рис. 2.1). Эта цепь (рис. 2.2) подключается к идеальному генератору прямоугольного напряжения, с внутренним сопротивлением, равным нулю. Электрическая схема, созданная в программе Multisim, представлена на рис 2.3.




Рис. 2.3
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомиться с анализом осциллограмм виртуального осциллографа, представленного в программе Multisim.

Осциллограф – измерительный прибор, который регистрирует мгновенные значения напряжений. В данной работе использовался один канал двухканального осциллографа (канал А).

Так как напряжение на резистивном элементе пропорционально току, то можно это напряжение считать мгновенным значением тока. Если понадобится количественно оценить значение тока, то надо воспользоваться соотношением:

---