Порядок работы в лаборатории

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы

экспериментальная проверка выполнения законов Кирхгофа; исследование распределения потенциалов в сложной электрической цепи; проверка выполнения баланса мощностей.

Лабораторная установка для исследования

Описание лабораторной установки

В работе исследуется электрическая цепь, содержащая два источника ЭДС. Источники энергии установлены в блоке лабораторного стенда справа внизу панели.

Резисторы расположены на переносном блоке, который устанавливается в левой части стенда. Номиналы сопротивлений резисторов R₁÷R₃ (нужное подчеркнуть):

Измерительные приборы

цифровой вольтметр;

амперметры Э59 0,25÷1,0 А – 3 шт.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Измерение ЭДС, токов и напряжений на всех элементах цепи

2. Измерение потенциалов точек цепи относительно точки, потенциал которой принимается равным нулю (нужное подчеркнуть).

3. Определение направлений токов в резисторах с помощью потенциалов точек цепи

Сравнение величин потенциалов:

φ₁ φ₃ => ток резистора R₃ направлен от точки ____ к точке ____;

φ₂ φ₃ => ток резистора R₂ направлен от точки ____ к точке ____;

φ₄ φ₃ => ток резистора R₁ направлен от точки ____ к точке ____.

Указать токи стрелкой на схеме цепи лабораторной работы.

4. Вычисление напряжений на всех элементах цепи с использованием потенциалов точек ():

U_R1= U_R2= U_R3=

U_E1= U_E2=

Указать напряжения стрелкой на схеме цепи лабораторной работы

ВЫВОД: (сравнение с опытными данными)

Экспериментальные данные получены правильно________ _________

подпись преподавателя

5. Определение режимов работы источников энергии (режим отдачи или режим потребления).

Сравнение величины ЭДС источника, полученной на холостом ходу и напряжения на его полюсах при работе под нагрузкой:

E₁ U_E1 – режим __________________;

E₂ U_E2 – режим __________________.

6. Проверка выполнения законов Кирхгофа по экспериментальным данным (; ):

ВЫВОД:

7. Проверка баланса мощностей по данным измерений ():

ВЫВОД:

8. Расчет сопротивлений резисторов и внутренних сопротивлений источников ЭДС

R₁=

R₂=

R₃=

ВЫВОД: (сравнение вычисленных значений с номиналами, указанными на стенде)

R_B1=

R_B2=

ВЫВОД: (сравнение их с сопротивлениями приемников)

9. Схема замещения исследуемой цепи:

10. Запись системы уравнений по законам Кирхгофа для схемы замещения цепи (; ):

11. Вычисление значений токов для схемы замещения цепи по законам Кирхгофа

Расчетные формулы:

12. Проверка баланса мощностей для схемы замещения ():

ВЫВОД:

13. Построение потенциальной диаграммы:

Лабораторная работа № 4

РАЗВЕТВЛЕННАЯ ЦЕПЬ ОДНОФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Цель работы

экспериментальная проверка основных законов и методов расчета разветвленных линейных электрических цепей синусоидального тока.

Лабораторная установка для исследования в соответствии с вариантом

Описание лабораторной установки

Цепь подключают к лабораторному автотрансформатору (ЛАТр), позволяющему регулировать напряжение на входе цепи в пределах от 0 до 250 В.

В качестве приемников используют:

катушку однофазного универсального трансформатора с параметрами R_К, L (клеммы 2-3, сердечник разомкнут), которые были определены в лабораторной работе № 3;

конденсаторы с емкостью С₁=10 мкФ, С₂=20 мкФ, С₃=30 мкФ;

резисторы с сопротивлениями R₁=100 Ом, R₂=150 Ом, R₃=30 Ом.

Измерительные приборы

вольтметр типа Э59 0÷600 В- 1 шт.;

амперметр типа Э59 0÷1 А - 3 шт.;

фазометр электродинамической системы;

цифровой вольтметр.

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

1. Расчет токов и напряжений в разветвленной цепи согласно варианту.

Комплексное действующее значение напряжения источника питания:

Комплексные сопротивления ветвей Z₁, Z₂, Z₃:

Z₁=

Z₂=

Z₃=

Эквивалентные схемы замещения цепи лабораторной работы

Числовые вычисления:

Вычислено

2. Построение векторной диаграммы напряжений, совмещенную с векторной диаграммой токов по результатам предварительных расчетов.

Масштаб по току: m_i = А/см;

масштаб по напряжению: m_u = В/см.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Измерение токов в ветвях и напряжений на всех участках цепи

Экспериментальные данные получены правильно _________

подпись преподавателя

2. Построение векторной диаграммы напряжений, совмещенной с векторной диаграммой токов по опытным данным.

Масштаб по току: m_i = А/см;

масштаб по напряжению: m_u = В/см.

ВЫВОДЫ:

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Поясните порядок построения векторной диаграммы для разветвленной электрической цепи однофазного синусоидального тока.

2. Поясните порядок построения векторной диаграммы для цепи лабораторной работы по экспериментальным значениям.

3. Как рассчитать комплексное сопротивление цепи при смешанном соединении приемников?

4. Как вычислить токи в разветвленной части схемы?

5. Как вычислить токи в неразветвленной части схемы?

6. Поясните понятия: активная мощность, полная мощность, реактивная мощность, коэффициент мощности. Какой необходимо выбирать коэффициент мощности, и как этого можно добиться?

7. Возможен ли резонанс в цепи лабораторной установки?

8. Что вы знаете о резонансе токов и условиях его возникновения, какова роль резонанса в электротехнике?

Лабораторная работа № 5

Анализ линейных электрических цепей

при несинусоидальных эдс и токах

Цель работы

экспериментальное определение гармонического состава несинусоидального напряжения; наблюдение влияния индуктивности и емкости на форму кривой тока в цепи с несинусоидальными источниками ЭДС.

Лабораторная установка для исследования

Описание лабораторной установки

В лабораторной работе исследуется электрическую цепь с несинусоидальными источниками ЭДС, представляющими собой совокупность генератора звуковых сигналов (ЗГ), вырабатывающего напряжение синусоидальной формы с регулируемой амплитудой и частотой и преобразователя синусоидального сигнала, с выхода которого снимается несинусоидальное напряжение прямоугольной формы и сигналы, соответствующие одно- и двухполупериодному выпрямленному напряжению.

К выходу преобразователя подключаются цепи различной конфигурации, состоящие из элементов R, L, C и представленные в виде блока универсального стенда.

Измерительные приборы

электронный вольтметр;

осциллограф.

Выполнение задания на подготовительную работу

1. Разложение в ряд Фурье сигналов, используемых в лабораторной работе

а) прямоугольной формы:

=

б) однополупериодного выпрямленного синусоидального напряжения:

=

в) двухполупериодного выпрямленного синусоидального напряжения

=

3. Построение спектров амплитуд несинусоидальных функций

4. Вычисление угловой и линейной резонансных частот параллельного контура:

=

5. Расчет искомой электрической величины в цепи, согласно варианту

Расчетные схемы замещения:

Числовые расчеты:

6. Построение графика мгновенного значения рассчитанного тока i(t) или напряжения u(t)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Снятие амплитудно-частотной характеристики параллельного резонансного контура

ВЫВОД: значение резонансной частоты параллельного контура f_Р=

2. Определение гармонического состава несинусоидальных напряжений

ВЫВОД:

3. Построение полученных экспериментально спектров амплитуд исследуемых сигналов на одном графике с расчетными в п.3.

ВЫВОДЫ: (сравнение полученных результатов)

4. Осциллограмма согласно варианту тока или напряжения на участке цепи, полученная экспериментальным путем

ВЫВОД:

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Способы представления несинусоидальных периодических токов и напряжений.

2. Амплитудочастотные и фазочастотные характеристики.

3. Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных токов и напряжений.

4. Действующее значение несинусоидального тока.

5. Активная, реактивная и полная мощности в цепях с несинусоидальными токами и напряжениями.

6. Алгоритм расчета токов и напряжений в цепях с несинусоидальными источниками ЭДС.

7. Резонансные явления в цепях с несинусоидальными токами и напряжениями.

8. Поясните определение в лабораторной работе наличия различных гармонических составляющих и измерение их амплитуд.

Лабораторная работа № 6

ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИК

Цель работы

исследование режимов работы пассивного четырехполюсника, определение коэффициентов А- формы записи уравнений четырехполюсника, характеристического сопротивления, постоянной передачи.

Лабораторная установка для исследования

Описание лабораторной установки

Источник питания - сеть переменного тока лабораторного стенда напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Напряжение на входе исследуемой цепи устанавливается с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).

Схема соединения элементов четырехполюсника согласно варианту:

Параметры элементов четырехполюсника:

резисторы R=100 Ом, R₁ = 150 Ом; конденсаторы С = 10 мкФ и С₁ = 30 мкФ;

катушка с индуктивностью с параметрами, полученными экспериментально в лабораторной работе № 3.

Измерительные приборы

амперметры типа Э 359 0,25 - 1,0 А - 2 шт.;

вольтметры типа Э 359 150-300 В - 2 шт.;

фазометр.

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

1. Расчет коэффициентов четырехполюсника А,В,С,D согласно варианту

Результаты расчетов

2. Расчет входных и выходных токов и напряжений в режимах холостого хода и короткого замыкания при прямом и обратном включении четырехполюсника

Расчетные формулы:

Прямое включение: U₁=50 В.

Обратное включение: U₂=50 В.

Результаты расчетов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Измерение входных и выходных напряжений, токов и угла сдвига фаз в опытах холостого хода и короткого замыкания при прямом и обратном включении четырехполюсника

Измерено

2. Расчет комплексных входных сопротивлений при прямом и обратном включении четырехполюсника

3. Вычисление коэффициентов A,B,C,D четырехполюсника

=

B=A Z_2K=

C=A/Z_1X=

D= AZ_2X/Z_1X=

ВЫВОДЫ:

4. Расчет характеристических сопротивлений четырехполюсника Z_1C, Z_2C, постоянной передачи g, коэффициента затухания а и коэффициента фазы b

=

a=

b=

5. Построение по экспериментальным данным векторных диаграмм токов и напряжений для режимов холостого хода и короткого замыкания при прямом и обратном включении четырехполюсника.

ВЫВОДЫ:

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие устройства называют четырехполюсником. Приведите примеры четырехполюсников.

2. Формы записи уравнений четырехполюсников.

3. Определение коэффициентов А-формы записи уравнений четырехполюсника аналитическими методами.

4. Определение коэффициентов А-формы записи уравнений четырехполюсника по опытным данным для режимов холостого хода и короткого замыкания.

5. Согласованный режим работы четырехполюсника. Характеристическое сопротивление. Определение характеристического сопротивления по опытным данным.

6. Постоянная передачи. Коэффициенты затухания и фазы.

Лабораторная работа № 7

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Цель работы

исследование переходных процессов в линейных электрических цепях постоянного тока.

Лабораторная установка для исследования

Описание лабораторной установки

Источником питания исследуемых цепей является источник прямоугольных импульсов - транзисторный ключ, управляемый звуковым генератором.

Частота коммутации ключа равна частоте сигнала генератора, амплитуда выходного сигнала транзисторного ключа U_m=10 B.

Исследуемая цепь состоит из:

резистора с сопротивлением R - магазин сопротивлений 010000 Ом;

конденсатора с емкостью С - блок конденсаторов универсального стенда 034.75 мкФ;

катушки с разомкнутым сердечником: клеммы 2-3 – L=0,5 Гн; клеммы 1-3 – L=0,16 Гн; клеммы 1-2 –L=0,18 Гн.

Измерительные приборы

осциллограф С1-55.

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

1. Расчет переходного процесса в цепи RL при коммутации питающего напряжения с U_m = 0 на напряжение U_m = 10 B (в соответствии с вариантом)

Постоянная времени:

Расчет необходимой длительности и частоты прямоугольных импульсов на выходе транзисторного ключа для цепи RL:

2. Построение графика искомой величины и определение постоянной времени для цепи RL

3. Расчет переходного процесса в цепи RC при коммутации питающего напряжения с U_m = 0 на напряжение U_m = 10 B (в соответствии с вариантом)

Постоянная времени:

Расчет необходимой длительности и частоты прямоугольных импульсов на выходе транзисторного ключа для цепи RС:

4. Построение графика искомой величины и определение постоянной времени для цепи RC

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Снятие осциллограммы выходного напряжения

2. Снятие осциллограммы искомой величины для цепи RL, определение принужденной составляющей искомой величины и постоянной времени переходного процесса

3. Снятие осциллограммы искомой величины для цепи RC, определение принужденной составляющей искомой величины и постоянной времени переходного процесса

4. ВЫВОДЫ:

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Причины возникновения переходных процессов.

2. Законы коммутации.

3. Классический метод расчета. Алгоритм расчета.

4. Определение принужденной составляющей переходной функции.

5. Составление характеристического уравнения.

6. Определение свободной составляющей переходной функции.

7. Начальные условия. Независимые начальные условия. Определение зависимых начальных условий.

8. Постоянная времени. Физический смысл постоянной времени. Графическое определение постоянной времени.

Лабораторная работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С НЕЛИНЕЙНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Цель работы

экспериментальное получение вольтамперных характеристик (ВАХ) резистивных нелинейных элементов (НЭ), использование полученных ВАХ для расчета цепей постоянного тока с нелинейными элементами.

Лабораторные установки для снятия

а) ВАХ

б) характеристик параметрического стабилизатора напряжения

Описание лабораторной установки

Источником постоянного напряжения является источник постоянной ЭДС Е=15 В, для регулирования напряжения которого используют реостат с сопротивлением 0÷200 Ом.

Все нелинейные элементы расположены на одном блоке лабораторного стенда:

ЛН - лампа накаливания на напряжение 12 В; Д 245 - полупроводниковый диод;

Д 815 - стабилитрон.

Линейные резисторы с сопротивлениями 100 и 75 Ом и балластный резистор R_б=100 Ом.

Измерительные приборы

амперметр Э 513 с пределами измерения 0,25÷1,0 А; миллиамперметр Э 513 с пределами измерения 200 мА; вольтметр типа АВО-501.

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

Примерный вид ВАХ лампы накаливания, диода и стабилитрона

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Снятие ВАХ следующих НЭ: лампы накаливания, диода, стабилитрона

2. Построение ВАХ лампы, диода, стабилитрона, цепей с последовательным и параллельным соединением диода и линейного резистора с сопротивлением R=75 Ом

3. Снятие общих характеристик цепей с последовательным и параллельным соединением диода и линейного резистора с сопротивлением R=75 Ом

ВЫВОДЫ: (сравнить расчетную и экспериментальную кривые)

4. Измерение входного тока и напряжения на выходе параметрического стабилизатора напряжения и расчет коэффициента стабилизации стабилизатора

5. Построение зависимости U_вых= f(U_вх) параметрического стабилизатора напряжения

ВЫВОДЫ:

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация нелинейных элементов.

2. Статическое и дифференциальное сопротивление нелинейных элементов.

3. Анализ цепей с нелинейными элементами при последовательном соединении приемников.

4. Анализ цепей с нелинейными элементами при параллельном соединении приемников.

5. Анализ цепей с нелинейными элементами при смешанном соединении приемников.

6. Принцип работы параметрического стабилизатора напряжения.

7. Определение коэффициента стабилизации стабилизатора напряжения.