Порядок выполнения работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫВ ЛИНЕЙНОЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ С R, L, С ЭЛЕМЕНТАМИ

Цель работы: экспериментальная проверка классического методарасчета переходных процессов и определение параметров цепи по экспериментальным данным.

Общие сведения

На рис.1 изображена схема с источником ЭДС (переменного напряжения), служащая для исследования переходных процессов заряда и разряда конденсатора через резистор. При заряде конденсатора переходное напряжение изменяется по закону , а ток , где постоянная времени . При разряде переходные напряжение и ток соответственно

; ,

где U_с (0)– начальное значение, напряжения на конденсаторе (накануне включения его на разряд).

На рис.2 изображена схема с тем же источником ЭДС, предназначенная для исследования переходного процесса разряда конденсатора через катушку. В контуре разряда имеется небольшое активное сопротивление катушки, поэтому возникает затухающий колебательный процесс. Благодаря включению в этот контур полупроводникового диода, процесс длится лишь половину периода собственных колебаний, в течение которого ток контура уменьшается до нуля, а конденсатор перезаряжается до напряжения противоположного знака. Если известны параметры L, С контура и нужно измерить напряжения на конденсаторе в начальный момент и после перезарядки, то можно вычислить активное сопротивление контура R.

Переходное напряжение на конденсаторе при его разряде на катушку

Подставив в выражение (I) t = 0, а затем (T_k – период собственных колебаний), и разделив одно выражение на другое, получим:

где , a U_c (0)и – измеренные значения напряжения конденсатора в начальный момент и после перезаряда. Извыражения (2) можно найти активное сопротивление контура

где – полное сопротивление контура.

Подготовка к работе

1. Записать обозначения, полное название и размерность (в еди­ницах СИ) всех величин, встречающихся в работе.

2. Определить аналитическим и графическим способами постоянную времени τ переходного процесса в цепях R, С и R, L.

3. Построить качественно график переходного процесса заряда и разряда конденсатора, если через каждые 0,7 τ происходит переключение с зарядки на разрядку через один и тот же резистор (считать ).

Напишите формулудля определения скачка тока при заряде (разряде)конденсаторе черезрезистор.

Порядок выполнения работы

Переменной напряжение 127 В подается на мостовой выпрями­тель, собираемый из полупроводниковыхдиодов Д ₁ – Д ₄. Для сглаживания кривой выпрямленного напряжения применяется конденсатор С ₂емкостью 20 – 30 мкФ. Взамен описанного источника может быть использован иной источник постоянного напряжения около 110 В. Напряжение источника контролируется вольтметром V ₁

1. Исследование переходного процесса в R, С – цепи

Собрать схему, изображенную на рис. 1, и получить разреше­ние преподавателя на ее включение. В схеме используются: ба­тарея конденсаторов С ₁емкостью до 34,5 мкФ; резистор R ₆= 1 Ом (R ₇ = 2 Ом); измерительные приборы V ₁, электромаг­нитной и V ₂электростатической системы.

Рассчитать и установить такую величину емкости С ₁, чтобы постоянная времени процесса заряда конденсатора, составила око­ло 30 с. Замкнуть выключатель В ₁, фиксировать показания вольтметра V ₂через каждые 10 с и записать их в
табл. 1.

Таблица 1

По полученным данным построить кривую U_c (t), найти гра­фически постоянную времени и сравнить ее. С расчётной. После окончания заряда конденсатора С ₁отключить выключатель В ₁и замкнуть выключатель В ₂. Через каждые 10 с фиксировать показания вольтметра V ₂ и записать их в табл. 1. По полученным данным построить кривую U_c (t)процесса разряда конденсатора, найти по ней величину постоянной времени и сравнить с расчётной. По построенным экспериментальным кривым U_c (t) начертить кривые тока в процессе заряда конденсатора С ₁, пользуясь зависимостью

Рассчитать скачок тока заряда и разряда конденсатора в первый момент времени переходного процесса.

2. Исследование переходного процесса в R, L, Q – цепи.

Собрать схему, изображенную на рис.2, и получить разрешение преподавателя на её включение. В схеме предусматриваются вольтметры V ₁(до 150 В) электромагнитной и V ₂(до 150 В) электростатической систем, резистор R ₁= 100 Ом, реостат в ка­честве резистора R; дроссель с П-образным стальным сердеч­ником, две последовательно соединенные обмотки которого имеют индуктивность L = 0,18 Гн. Выключатель В ₂разомкнут. Замк­нуть выключатель В ₁и зарядить конденсатор С ₁до напряжения источника U ₁₂. После окончания заряда конденсатора отключить выключатель В ₁ и включить B ₂. Происходит разряд конденсатора через дроссель L и диод Д ₅, образующих контур R, L, С. В отсутствие диода Д ₅ переходный процесс представляет собой затухающие колебания. При наличии диода переходный процесс прерывается через (полпериода собственных колебаний), когда ток разряда конденсатора уменьшается до нуля. Конденса­тор за это время успевает перезарядиться до напряжения другой полярности. Диод Д ₅ препятствует протеканию обратной полу­волны тока и продолжению переходного процесса.

Измерить вольтметром V ₂ напряжение на конденсаторе U_с (0)в начальный момент (накануне включения В ₂) инапряжение после перезаряда. Полученные результаты записать в табл.2. Используя формулу (3) и известные значения L и С ₁,определить активное сопротивление контура R.

Таблица 2

Uс (0), В	, В	, Ом		R, Ом

Для получения более точных результатов следует провести измерения несколько раз и результаты усреднить.

Контрольные вопросы

1. Что такое постоянная времени переходного процесса?

2. Как определить длительность переходного процесса?

3. Сформулируйте законы коммутации.

4. Чем определяется характер переходного процесса?