Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии”






НазваниеМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии”
страница1/5
Дата публикации22.12.2013
Размер0.68 Mb.
ТипМетодические указания
top-bal.ru > Информатика > Методические указания
  1   2   3   4   5



Министерство РФ по связи и информатизации

Поволжская Государственная академия

телекоммуникаций и информатики
Кафедра РПУ

Методические указания к лабораторным работам

по дисциплине “Электротехника и электроника”

раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии”

Составитель: к.т.н., доц. Михайлов В.И

Рецензент: к.т.н., доц. Алексеев А.П.

Самара, 2005


СОДЕРЖАНИЕ



1.ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ RLC– ЦЕПИ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ 3

2.Исследование простого параллельного колебательного контура 13

3.Исследование переходных процессов в RLC-цепях 21

4.Исследование частотных и временных характеристик электрических цепей 31

5. Исследование цепей с нелинейными резистивными элементами 44
^



1.ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ RLCЦЕПИ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ



1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Экспериментальное исследование последовательной RLС –цепи при изменении частоты источника питания. Экспериментальная проверка расчетных значений напряжений на катушке индуктивности, на конденсаторе, резисторе и угла сдвига по фазе между входным напряжением и током в цепи.

Наблюдение формы входного напряжения, напряжения на резисторе и угла сдвига по фазе между ними с помощью осциллографа.
2. ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВКУ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
1. Ознакомиться с описанием данной лабораторной работы.

2. Изучить теорию по одному из учебников и конспекту лекций.

3. Выполнить предварительный расчет.

4. Ответить на контрольные вопросы.

5. Ознакомиться с описанием универсального стенда ЛКТЦ, на котором выполняется лабораторная работа.
3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ
1. Для схемы рис. 1.1а рассчитать резонансную частоту f0, реактивные сопротивления XL,, XC., , полное сопротивление цепи Z, ток I, напряжения на элементах UR, UK , UС, угол сдвига по фазе между током и входным напряжением для трех значений частоты источника питания:

f = f0 – 2 кГц, f = f0 кГц, f = f0 + 2 кГц.

Значения параметров для каждой бригады заданы в таблице 1.1.

Входное напряжение для всех бригад U =2 В, сопротивление

R=(1+0,1•n) кОм, где n - последняя цифра в номере группы и при выполнении на ЭВМ по ВООК 3.0 принять RК=0. Результаты расчета занесите в таблицу 1.2.

2. По данным предварительного расчета построить на одном чертеже графики XL, XС, , Z , I в зависимости от f, а на другом чертеже – графики UR, UK , UС,, в зависимости от f.





Рис. 1.1а. Схема последовательной RLC-цепи
Таблица 1.1. Исходные данные для предварительного расчета


бригады

1

2

3

4

5

6

7

8

L , мГн

30

35

40

45

50

55

60

65

C, нФ

23,4

17,2

12,9

10

7,92

6,37

5,21

4,32

RК , Ом

119

127

70

116

104

71

116

114

бригады

9

10

11

12

13

14

15




L , мГн

70

75

50

55

57

60

65




C, нФ

3,62

3,06

4,18

3,48

3,08

2,7

2,3




RК , Ом

132

134

70

71

75

71

116





4. ПОЯСНЕНИЯ К ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМУ РАСЧЕТУ
В последовательной R L C - цепи рис. 1.1а через все элементы цепи протекает одинаковый ток. Комплексное значение входного напряжения на основании второго закона Кирхгофа в зтой цепи равно

U = UR+UC+UK

Комплексные действующие значения напряжений на элементах определяются по закону Ома

UR=I▪R, UC=IZC, UК=IZК,

где , .

Таким образом, рассматриваемая цепь описывается уравнением

U=I▪(R+ ZК+ ZC),=IZ .

Здесь Z - комплексное сопротивление последовательной R L C - цепи:



Величина называется реактивным сопротивление цепи. Комплексное сопротивление цепи можно записать в показательной форме: ,

где - полное сопротивление цепи (модуль комплексного сопротивления) При расчете для выполнения на ЭВМ по программе ВООК 3 принять Rк=0).

- угол сдвига по фазе между входным напряжением и током (аргумент комплексного сопротивления).

Индуктивное сопротивление изменяется прямо пропорционально частоте, емкостное сопротивление - обратно пропорционально частоте. Поэтому при изменении частоты меняется и реактивное сопротивление всей цепи . Частота, при которой реактивное сопротивление , называется резонансной и определяется из соотношения

, .
Резонанс в последовательной R L C - цепи называется резонансом напряжений, т.к. напряжения на реактивных элементах могут быть больше входного напряжения. Вид векторной диаграммы такой цепи зависит от соотношения частоты воздействия и резонансной частоты. На рис.1.1б приведено качественное изображение векторной диаграммы для RK=0 и  < ωO c комплексными действующими напряжениями и током.

Просто действующие значения напряжений на элементах цепи определяются по формулам: UR=I▪R, UC=I▪xC, UК=I▪ZК,
.


Из диаграммы видно, что

С учетом RK вектор UК будет опережать вектор тока I на угол меньший 900..

Качественные частотные характеристики реактивных сопротивлений изображены на рис. 1.2.
,




0



Рис. 1.2. Графики реактивных сопротивлений последовательной RLC-цепи
Поскольку реактивное сопротивление зависит от частоты, то полное сопротивление цепи Z, действующее значение тока и угол φ тоже зависят от частоты как это показано на рис. 1.3, 1.4 и 1.5.

где .


Z

+900


0

0
R+RK -900



0

Рис. 1.3. График полного сопротивления Рис. 1.4. График угла сдвига фаз

последовательной RLC-цепи последовательной RLC-цепи

I

IMAX
0

Рис. 1.5. График тока последовательной RLC-цепи


Предварительный расчет целесообразно выполнять при помощи программы Mathcad.[7] Для этого следует запустить программу и записать исходные данные, используя команду присвоения и не забывая перевести все величины в стандартные единицы :омы, генри, фарады. Далее рассчитать резонансную частоту по ее формуле, учитывая, что формула пишется после данных (правее или ниже). В данном случае рекомендуется выполнение этой работы проводится по программе ВООК-3, поэтому следует принять Rk=0. Для построения графиков непосредственно в программе Mathcad формулы рекомендуется записать как функции частоты f и построить графики, используя интерфейс графических команд. При этом можно на одном рисунке построить несколько графиков, вводя функции через запятые, если масштаб по вертикали у них близкий. Это можно выполнить для сопротивлений или напряжений. Следует отметить, что углы Mathcad вычисляет в радианах, поэтому для перевода в градусы надо применить множитель 57,3 и функцию atan( ).

Пример расчетных графиков, полученных в Mathcad 2000, приведен ниже на рис.1.5а. Масштаб по горизонтали следует установить по минимальным и максимальным расчетным частотам. Здесь Rk=0 и UK=UL. При выполнении только с EWB Rk можно выбрать по варианту, а если используются BOOK и EWB, то Rk=0.

В



Гц
5. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении работы собирается схема рис. . 1.6. . Исследуемая цепь состоит из последовательно соединенных элементов L, C и R = 1 кОм. и схема рис. 1.7 для измерения UC ( можно с V2). Результаты измерений занесите в таблицу 1.2.




Рис. 1.6. Принципиальная схема измерения UR и φ
Таблица 1.2. Данные расчетов и измерений


Измеренные

величины

f , кГц

 f0Э – 3

 f0Э – 2

 f0Э – 1

f0Э=

 f0Э + 1

 f0Э + 2

 f0Э + 3

 , В

 

 

 

 




 

 

 , В

 

 

 

 




 

 

 UK, В

 

 

 

 




 

 

, град

 

 

 

 




 

 

Расчетные величины


f ,кГц 

  f0 – 3

 f0 – 2

 f0 – 1

f0=

 f0 + 1

 f0 + 2

  f0 + 3

,Ом 

 

 

 

 




 

 

,Ом 

 

 

 

 




 

 

, Ом

 

 

 

 




 

 

, град 

 

 

 

 




 

 

, Ом






















I,мА






















 

 

 

 

 




 

 

 

 

 

 

 




 

 

 

 

 

 

 




 

 




Рис. 1.7. Принципиальная схема измерения UC
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Исходные данные для бригады.

2. Схемы для расчета рис. 1.1 и измерений рис. 1.6 и 1.7.

3. Расчетные формулы.

4. Пример предварительного расчета для одной частоты.

5. Результаты расчетов и измерений, оформленные в таблице 1.2.

6. Чертеж с графиками, xС, xL, Z, X, I(f), построенными по результатам предварительного расчета и чертеж с графиками UR, UC, UK,  (f), построенными по результатам предварительного расчета и эксперимента.

7. Осциллограммы, векторные диаграммы для частот п.8 и выводы об изменении угла в зависимости от частоты.

8. Выводы о совпадении расчетных и опытных данных, об изменении UR, UC, UK,  (f) в исследованной RLC-цепи.
7. Выполнение работы НА ЭВМ

Для выполнения данной работы на ЭВМ сначала нужно запустить про­грамму ВООК 3.0 [3], используя файл Menu. еxe программы в папке ТЭЦ2 (TEZ-2) или “ярлык” программы. После появления заставки нажать любую клавишу и в результате появится оглавление разделов.

7.1. Выбрать раздел “Векторные диаграммы в последовательной RLC -цепи ” и войте в него. Для этого используют клавиши перемещения курсора и Enter.

7.2. Выбрать подраздел “демонстрация”, просмотреть его и оценить влияние изменения величин элементов на векторные диаграммы цепи.

7.3. Выбрать подраздел “исследование RLC цепи” и ввести данные своего варианта. Вначале выби­раются еди­ницы измерения перемещением курсора и “Ent”, затем вводятся соответствующие величины:

R=(1+0,1•n) кОм (Rк=0), L, C и частота f (первая из таблицы 1.2),

Um=2 В ,=00 . Зарисовать получившиеся графики тока, напряжения и векторную диаграмму. Используя масштаб для тока, определить его действующее значение.

7.4. Выбрав опцию “Нет”, повторить ввод и, выполняя указания программы, получить графики напряжений и векторную диаграмму всей цепи. Зарисовать результаты ис­следований. Используя масштабы для напряжений, определить их действующие значения.

7.5. Выбрав опцию “Да”, провести исследование на остальных расчетных частотах, зарисо­вывая графики, векторные диаграммы и определяя действующие значения напряжений.

7.6. Выбрать опцию “Нет” и закончить исследования. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы. Выйти в общий раздел через F10. Выход из программы осуществляется также через F10 (Esc).

Данную работу можно выполнять и по программе Electronics Workbench [7], Вид экрана компьютера с собранной схемой измерения показан ниже на рис. 1.8.



Рис.1. 8. Схема исследования цепи на EWB-5

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как измерить напряжение UR, UC, UK в последовательной R L Cцепи и угол сдвига по фазе между напряжением и током при гармоническом воздействии?

2. Как экспериментально определить резонансную частоту?

3. По каким формулам можно рассчитать реактивное X, комплексное Z и полное сопротивления Z в последовательной R L C - цепи?

4. По какой формуле рассчитывается угол сдвига по фазе между входным напряжением и током в цепи?

5. По каким формулам можно рассчитать комплексные и действующие значения напряжений, UR(UR), UC (UC ), UK (UK,), и тока I(I)?

6. Как рассчитать значение резонансной частоты?

7. Каковы частотные зависимости реактивного и полного (X и Z) сопротивления, тока I , напряжения на элементах UR, UC, UK, , и угла сдвига по фазе в последовательной R , C- цепи?

8. Как построить векторные диаграммы для частот f  f0, f = f0 и f  f0?

9. Какой характер (индуктивный, емкостный, активный) имеет сопротивление последовательной R L C – цепи на частотах f  f0, f = f0 и f  f0?

10. Почему при резонансе в последовательной R L C – цепи ток максимален?

11. Объясните, почему при резонансе напряжения на реактивных элементах одинаковы?
Литература

1. Попов В. П. Основы теории цепей. -M.: Высшая школа, 2000, с. 1-143.

2..Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. – М.: Гардарики, 1999, с. 81-133.

3. Бакалов В. П., Крук Б. И., Журавлева О. Б. Теория электрических цепей. СИБГАТИ, Новосибирск, 1998, с. 1-57.

4. Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И Основы теории цепей. -М.: Радио и связь. 2000, с. 72-69.

5 Зевеке Г. В. и др., Основы теории цепей. -M.: Энергоатомиздат. 1989, c. 1- 114.

6. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. –М.: Солон-Р, 2000. - 512с.

7. Михайлов В.И., Чернышева Л.П. Методические указания к лабораторным работам по 1-й части курса “Основы теории цепей”. Кафедра ТЭЦ ПГАТИ, Самара, 2002.

  1   2   3   4   5

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconМетодические указания, контрольные задания и задание на курсовой...
«Общая электротехника и электроника», контрольные задания и методические указания по выполнению контрольных заданий, а также задания...

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconМетодические указания для ее выполнения по дисциплине «Промышленная электроника»
Профессиональное обучение (электроэнергетика, электротехника и электротехнологии) (030500. 19), специализации Электротехника

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconМетодические указания составлены в соответствии с примерной программой...
Методические указания составлены в соответствии с примерной программой по дисциплине «Электротехника и электроника» по специальности...

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconПрограмма, методические указания и контрольные задания для студентов...
Соответствует государственным требованиям к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 1205 "Автомобиле-...

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconПрограмма дисциплины Электротехника, электроника и схемотехника часть...
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направлений 230100. 62 «Информатика...

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconМетодические указания к лабораторным работам Министерство образования...
Основы представления знаний: Методические указания к лабораторным работам / Сост.: А. Н. Гущин; Балт гос техн ун-т. – Спб., 2008....

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconМетодические указания по дисциплине электротехника и электроника...
Составлена в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника для специальностей...

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconМетодические указания для самостоятельного изучения дисциплины «Электротехника....
Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconПрограмма дисциплины «Электротехника и электроника» Часть Электротехника...
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 211000. 62 «Конструирование...

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии” iconМетодические указания и задания к контрольным работам составлены...
Тематика контрольных работ и методические указания по их выполнению для студентов заочной формы обучения по специальности



Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
top-bal.ru

Поиск