Исследование переходных процессов Моделирование электрических цепей Задание на курсовую работу Расчет переходного процесса в цепях первого порядка

Лабораторные работы по электротехнике (ТОЭ)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Проверка электроизмерительных приборов Цель работы: приобрести практические навыки по изменению тока, напряжения и мощности в электрических цепях; изучить устройство приборов; провести проверку амперметра, вольтметра, ваттметра; определить, истинный класс точности приборов и дать заключение об их пригодности.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Исследование режимов работы линии передачи постоянного тока с помощью схемы замещения: Цель работы: Изучение энергетического процесса и распределение напряжений в схеме замещения двухпроводной линии постоянного тока при изменении ее нагрузки от холостого хода (Rн=∞)  до короткого замыкания (RH=0) при постоянном напряжении U1, в начале линии.

Лабораторная работа №3

Регулирование тока и напряжения приемника. Цель работы: Ознакомиться со способами регулирования тока и  напряжения на приемнике и преимуществом практического применения каждого способа регулирования.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Исследование резонанса напряжений. Цель работы. Изучение и экспериментальное исследование явления резонанса напряжений.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Исследование резонанса токов. Цель работы. Изучение и экспериментальное исследование явления резонанса токов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Исследование электрического состояния трехфазной цепи с однофазными приемни­ками, соединенными звездой. Цель работы. Научиться включать потребитель в звезду в цепи трехфазного тока. Изучить влияние изменения параметров однофазных приемников на ток в нейтральном проводе и на напряжение между зажимами приемников. Приобрести практические навыки, по изме­рению мощностей в трехфазных цепях.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Исследование электрического состояния трехфазной цепи с однофазными приемниками, соединенными треугольником. Цель работы. Научиться включать потребитель в треугольник в цепи трехфазного тока. Изучить влияние изменения параметров однофазных приемников, соединенных треугольником и включенных в трехпроводную сеть, на амплитудно-фазовые соотношения между линейными токами. Приобрести практические навыки по измерению мощности в трехфазной цепи.

Лабораторная работа №8

Исследование пассивного четырехполюсника. Цель работы: Экспериментальная проверка теории четырехполюсников и определение опытным путем параметров четырехполюсника.

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ОДИН РЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И РЕЗИСТОР

1. Цель работы

Экспериментальное исследование переходных процессов в RC-цепи при воздействии прямоугольного импульса напряжения.

2. Задание на самостоятельную подготовку к работе

2.1. Изучите методы и результаты анализа переходных процессов в цепи, содержащей резистор и конденсатор.

2.2. Рассчитайте и постройте кривые изменения напряжений  и  для значений R1, C1, соответствующие вашему номеру варианта (табл.1.1). Данные расчета занесите в табл.1.3. Для анализа переходного процесса при воздействии одиночного прямоугольного импульса удобно воспользоваться методом наложения, представив импульс суммой двух смещенных во времени скачков напряжения (рис.1.1), и записать искомую реакцию в следующем виде:

0≤ t ≤ tи y1(t) = y(t)

t≥tи y2(t) = y(t) - y(t-tи) 

 

Рис. 1.1

где y(t) - реакция исследуемой цепи при воздействии постоянного напряжения или . Например, напряжение на емкости при включении цепи RC на постоянное напряжение U1

  = U1 (1 - e-t/τ), где τ = RC - постоянная времени цепи.

Следовательно, при воздействии прямоугольного импульса

  при 0≤ t ≤ tи 

  при t≥tи (1.1)

Выражение для тока i(t) и напряжения на резисторе  легко получить из (1.1) простым дифференцированием:

= C, . (1.2)

Кривые  и  при воздействии прямоугольного импульса напряжения на цепь приведены на рис. 1.2.

 

Риc.1.2

В интервале времени 0≤ t ≤ tи конденсатор заряжается и напряжение растет. В свободном режиме t > tи происходит разряд конденсатора, и напряжение убывает. Направление тока при этом противоположно направлению тока при заряде, что обуславливает скачок на кривой при t= tи (рис.1.2).

Длительность разряда конденсатора (переходного процесса) практически определяется интервалом времени (3-5) τ.

Постоянная времени легко определяется графически по любой реакции, характеризующей переходный процесс. Численно она равна длине подкасательной или определяется на уровне 0,63 U1 по кривой  на уровне 0,37 U1 по кривой (рис. 1.2).

2.3. Используя приведенные соотношения и данные табл. 1.1 для свого номера варианта, рассчитайте постоянную времени цепи для шести комбинаций R и С и заполните табл. 1.2. Сопротивление R3 (рис. 1.3) в расчетах не учитывать, так как R3 много меньше R.

 Таблица 1.1

Значения параметров RC цепи

Номер варианта

Т сл, мкс

tи, мкс

R1, Ом

R2, Ом

C1, мкФ

C2, мкФ

C3, мкФ

1

1240

310

1500

680

0,10

0.036

0,28

2

1000

250

680

1500

0,08

0,028

0,22

3

880

220

680

470

0,12

0,04

0,36

4

800

200

1000

1500

0,057

0,019

0,17

5

720

180

1000

680

0,072

0,024

0,21

6

640

160

1500

1000

0,048

0.016

0,14

7

600

150

1000

470

0,075

0,027

0,21

8

560

140

560

1000

0,069

0,023

0,20

9

480

120

470

1000

0,058

0,02

0,16

10

400

100

1000

1500

0,03

0,01

0,09

11

360

90

470

680

0,056

0,019

0,16

12

340

85

680

1000

0,036

0.012

0,11

13

320

80

560

1500

0,034

0.013

0.18

  Таблица 1.2

Таблица расчетных и экспериментальных данных

Задано

R1= Ом

R2= Ом

С1=

С2=

С3=

С1=

С2=

С3=

мкФ

мкФ

мкФ

мкФ

мкФ

мкФ

Теоретически

τ, мкс

Эксперимен-

тально

τ, мкс

 Таблица 1.3

Данные предварительного расчета

0 ≤ t ≤ tи

t≥tи

t/τ

t, мкс

, В

, В

t, мкс

, В

, В

0

0

0,67

0,67

1,00

1,00

1,33

1,33

2,00

2,40

2,40

3,00

3,00

5,00

3. Задание для экспериментальной работы

3.1. Экспериментальное исследование переходного процесса в RC-цепи выполняется с помощью генератора прямоугольных импульсов Г5-60 и осциллографа С1-83.

Подготовьте к работе осциллограф и генератор. В соответствии с номером своего варианта и табл. 1.1 установите на генераторе Tсл и длительность tи, амплитуду

U1=1 В.

3.2. Получите устойчивое изображение прямоугольного импульса на экране осциллографа размером 3х3 дел.

3.3. Снимите осциллограммы напряжений на элементах последовательной RC-цепи при воздействии прямоугольного импульса и различных значениях R и С. Для снятия осциллограмм напряжения на емкости соберите схему, приведенную на рис. 1.3. Для снятия осциллограмм напряжения на резисторе – схему, приведенную на рис. 1.4.

 


Рис. 1.3

 


Рис. 1.4

4. Указания к защите

4.1. По снятым осциллограммам определите постоянные времени исследуемых цепей и сравните их с расчетными. Результаты запишите в табл. 1.2.

4.2. Отчет должен содержать:

- схемы измерений,

- таблицу расчетных и экспериментально измеренных значений постоянных времени исследуемых цепей,

-табл. 1.3 рассчитанных значений  и ,

- графики  и , построенные по данным, приведенным в табл. 1.3

-осциллограммы снятых в ходе эксперимента напряжений, по которым определены постоянные времени цепи.

Контрольные вопросы

1. Назовите причины возникновения переходных колебаний.

2. При каком условии переходный процесс называют свободным?

3. Сформулируйте законы коммутации.

4. Составьте дифференциальное уравнение, описывающее переходный процесс в последовательной RC-цепи, найдите его решение.

5. Как графически найти постоянную времени цепи?

6. Как практически оценивается время переходного процесса?

7. Нарисуйте кривые изменения  и в последовательной RC-цепи при воздействии одиночного прямоугольного импульса напряжения.

5.8. Как влияют изменения параметров R и С на переходный процесс в последовательной цепи?

АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ Цель работы С помощью программы FASTMEAN смоделировать переходные процессы в последовательном колебательном контуре и исследовать влияние параметров контура на режимы колебаний.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ РЕЗОНАНСНОМ КОНТУРЕ Цель работы Экспериментально исследовать переходные процессы в последовательном колебательном контуре RLC при воздействии прямоугольного импульса.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СПЕКТРА КОЛЕБАНИЙ ПАССИВНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПЬЮ Цель работы Изучение спектрального метода анализа электрических цепей.

АНАЛИЗ ЧАСТОТНЫХ И ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНОГО И АКТИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ Цель работы Исследовать частотные характеристики пассивного четрырехполюсника

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДЛИННОЙ ЛИНИИ Цель работы Экспериментальное исследование распределения действующего значения напряжения в длинной линии в различных режимах работы.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕАКЦИИ НЕЛИНЕЙНОЙ РЕЗИСТИВНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ Цель работы С помощью программы FASTMEAN смоделировать процессы в нелинейной резистивной цепи при гармоническом воздействии и исследовать спектр реакции нелинейной резистивной цепи при различных режимах работы нелинейного элемента.


Курс лекций по ТОЭ и типовые задания