ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
Методические указания к виртуальной лабораторной работе
по курсу «Теоретические основы электротехники»
для студентов специальности 140211 «Электроснабжение»
Составитель В. Н. Матвеев
Рассмотрены и утверждены
на заседании кафедры
Протокол № 5 от 14.02.2008
Рекомендованы к печати
учебно-методической комиссией
по специальности 140211
Протокол № 5 от 20.02.2008
Электронная копия находится
в библиотеке главного корпуса
ГУ КузГТУ
Кемерово 2008
Цель работы: исследование переходных процессов в линейных R-, L-, C- цепях.
Основные теоретические положения
В любой линейной электрической цепи, содержащей один реактивный элемент, характер переходного процесса является экспоненциальным.
Так, например, в последовательной R -, C -цепи, которая
замыкается на постоянное напряжение, напряжение на конденсаторе и ток изменяются в соответствии со следующими выражениями:
(1)
(2)
где Е – ЭДС источника; t = R ·C – постоянная времени переходного процесса.
При разрядке конденсатора на активное напряжение
(3)
(4)
где Uc (0) – значение напряжения на конденсаторе в первый момент до коммутации.
В последовательной R-, L-, C- цепи переходный процесс протекает в зависимости от величины активного сопротивления R либо по экспоненциальному, либо по колебательному затухающему закону.
В случае периодического переходного процесса собственная частота колебательного контура определяется по формуле
(5)
Переходный процесс характеризуется также:
коэффициентом затухания b=R/ 2 L;
декрементом затухания 
где Т 0 – период затухающих колебаний.
Ток в цепи определяется выражением
(6)
Задание для самостоятельной подготовки
1. Объясните, как меняется форма кривой переходного тока в цепи с увеличением в ней количества реактивных элементов.
2. Выведите формулу для переходного тока в последовательной R-, L-, C- цепи при колебательном характере переходного процесса.
Порядок выполнения работы
1. Рассчитайте переходные напряжение и ток конденсатора при подключении R -, C -цепи, приведенной на рис. 1, к источнику постоянной ЭДС.
Открыв файл с8 01 и включив схему, получите осциллограммы 
и 
, по которым определите постоянную времени.
2. Рассчитайте переходные напряжение и ток конденсатора при закорачивании R -, C -цепи, приведенной на рис. 1.
Открыв файл с8 01 и включив схему, получите осциллограммы и .
3. Расчетные и экспериментальные данные пп. 1 и 2 занесите в таблицу.
Постройте совмещенные графики зависимостей uc, iС,
uR = f (t) при заряде и разряде конденсатора. Определите графически постоянную t.
Рис. 1
Таблица
| № опыта | Измерено | Вычислено | |||
| uc, B | t, c | uR, B | iС, A | t, c | |
| ... | |||||
4. Рассчитайте переходные напряжение и ток катушки индуктивности при подключении R -, L -цепи, приведенной на рис. 2, к источнику синусоидальной ЭДС.
Открыв файл с8 02 и включив схему, получите осциллограммы 
и 
. К осциллографу подключены сигнал переходного процесса (верхняя схема) и сигнал установившегося процесса (нижняя схема).
Рис. 2
5. Верхняя часть схемы, приведенной на рис. 3, предназначена для моделирования переходного процесса в цепи с конденсатором, нижняя часть схемы – для моделирования установившегося процесса. Параметры элементов в верхней и нижней частях схемы равны.
Необходимо рассчитать напряжение и ток при переключении ключа.
6. Открыв файл с8 13, снимите осциллограммы переходного процесса при переключении ключа в момент максимума установившегося напряжения на конденсаторе.
7. Откройте файл 1.1 со схемой, приведенной на рис. 4 и содержащей автоматический коммутатор с переключателями J 1 и J 2, которые попеременно подключают конденсатор С 1 либо на постоянное напряжение источника V 2, либо к разрядному сопротивлению R 3. Коммутатор работает от прямоугольных сигналов функционального генератора XFG 1.
Напряжение, пропорциональное току переходного процесса i в R 2 -, L 1 -, C 1 - цепи при подключении конденсатора С 1 на постоянное напряжение, с шунта R 1 подается на пластины оcциллографа.
Рис. 3
8. Включите схему по рис. 4 и проследите по осциллограммам, как в зависимости от величины сопротивления R 2 меняется характер кривой переходного тока i.
9. Снимите кривые i = f (t) для трех значений R 2 при колебательном переходном процессе.
Определите из этих кривых период затухающих колебаний Т и угловую частоту w 0, рассчитайте декремент затухания D.
10. Для выбранного значения R 2 теоретически рассчитайте кривую i = f (t) по формуле (6) и величину D.
Коэффициент затухания можно определить по формуле
 |
Рис. 4
11. Рассчитайте напряжение и ток в схеме рис. 5 при переключении ключа.
Открыв файл 1.2, снимите осциллограммы переходного процесса при переключении ключа и изменении величины сопротивления R 1 в диапазоне (10–50) Ом.
Рис. 5
Список рекомендуемой литературы
1. Зевеке Г. В. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с. (§14.1 – 14.14)
2. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. – М.: Гардарики, 2000. – 638 с. (§10.10 – 10.21)
3. Курехин В. В. Лекции по теоретическим основам электротехники: учебник. Ч. 2 / В. В. Курехин, В. Н. Матвеев; Кузбас. гос. техн. ун-т. – Кемерово, 2000. – 132 с. (§1.1 – 1.8)
4. Система моделирования и анализа электрических схем Multisim: метод. указания к виртуальной лабораторной работе по курсу ТОЭ / сост. В. Н. Матвеев; ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2008. – 12 с.
Составитель
Виктор Николаевич Матвеев
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ