Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электротехника и электроника” раздел “Электротехника” для студентов специальности “Информационные технологии”
Скачать 0.68 Mb.
|
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. 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
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=I▪ZC, UК=I▪ZК, где  ,  . Таким образом, рассматриваемая цепь описывается уравнением U=I▪(R+ ZК+ ZC),=I▪Z . 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  IIMAX  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
 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 C – цепи 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. |
, В
, В
, Ом
,В 
,В
,В Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | «Общая электротехника и электроника», контрольные задания и методические указания по выполнению контрольных заданий, а также задания... | | Профессиональное обучение (электроэнергетика, электротехника и электротехнологии) (030500. 19), специализации Электротехника |
| Методические указания составлены в соответствии с примерной программой по дисциплине «Электротехника и электроника» по специальности... | | Соответствует государственным требованиям к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 1205 "Автомобиле-... |
| Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направлений 230100. 62 «Информатика... | | Основы представления знаний: Методические указания к лабораторным работам / Сост.: А. Н. Гущин; Балт гос техн ун-т. – Спб., 2008.... |
| Составлена в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника для специальностей... | | Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 211000. 62 «Конструирование... | | Тематика контрольных работ и методические указания по их выполнению для студентов заочной формы обучения по специальности |
