РАБОТА№6 ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВИВШЕГОСЯ СИНУСОИДАЛЬНОГО РЕЖИМА В ПРОСТЫХ ЦЕПЯХ

Соответствует работе №6 классической лаборатории цепей

[ Лабораторный практикум по ТОЭ. Основы теории цепей / Под ред.

Ю.А. Бычков, Э.П. Чернышев; ГЭТУ. – С.-Пб., 1993. – 120с.].

6.1. Подготовка к работе

Цель работы: практическое ознакомление с синусоидальными режимами в простых и цепях.

При анализе электрических цепей в установившемся синусоидальном режиме важно твердо усвоить амплитудные и фазовые соотношения между токами и напряжениями элементов цепи. Необходимо помнить, что ток в резистивном элементе совпадает по фазе с напряжением, ток в индуктивности отстает, а в емкости опережает напряжение на четверть периода.

Следует учитывать, что комплексное сопротивление индуктивности и емкости есть функция частоты:

Функцией частоты являются, следовательно, и комплексные сопротивления и цепей (см. рис. 6.1). Так, для цепи, изображенной на рис. 6.1, в, комплексное сопротивление равно:

Реактивная составляющая этого сопротивления равна разности модулей индуктивного и емкостного сопротивлений и поэтому может принимать различные знаки: если она положительна, реакция цепи имеет индуктивный характер, если отрицательна – емкостной, если обращается в нуль, цепь будет находиться в состоянии резонанса.

Рис. 6.1. Схемы RLC-цепей

Как модуль и аргумент комплексного сопротивления, так и определяемые ими по закону Ома действующее значение и начальная фаза тока существенно зависят от соотношений индуктивного и емкостного сопротивлений:

; ;

Т

C

оки и напряжения цепи в установившемся синусоидальном режиме наглядно представляют с помощью векторной диаграммы. Такая диаграмма для цепи приведена на рис. 6.2, а, где рассматривается случай = –45⁰, т. е. ток İ опережает напряжение Ů₀ на 45⁰, что соответствует емкостной реакции и представленной на временной диаграмме.

U₀

₀

а б

Рис. 6.2.

6.2. Экспериментальные исследования с применением моделирующих компьютерных программных средств Multisim

Для начала работы необходимо включить компьютер и на экране монитора открыть папку «Лаб.раб.ТОЭ» и в ней папки «ЛЭТИ-Лаб.раб» и «Лаб.раб.№6». В открывшемся окне появится схема (рис. 6.3) с подключенными к ней измерительными приборами: функциональным генератором XFG1, графопостроителем « Bode Plotter ХВР1», осциллографом XSC1, вольтметрами ХММ1 ХММ4 и амперметром ХММ5. Окна виртуальных изображений лицевых плат генератора и измерительных приборов визуализируются при двукратном щелчке левой клавиши мыши на их изображении.

Рис. 6.3

Исследуемые в работе цепи собираются из следующих элементов: емкости индуктивности и сопротивления Эти элементы коммутируются ключами SI и S2, которые управляются с клавиатуры клавишами 1 и 2 соответственно.

6.2.1. Исследование установившегося синусоидального режима в простых rc – и rl -цепях

Для выполнения экспериментальных исследований в простых и цепях активизируйте схему, показанную на рис. 6.3. Активизировать схему можно щелкнув левой клавишей мыши по кнопке на панели инструментов или щелкнув левой клавишей мыши по кнопке Simulate в командной строке и далее в открывшемся окне щелкнув по клавише Run.

Соберите схему простой цепи показанную на рис. 6.1а. Подведите курсор к изображению функционального генератора XFG1 и щелкните по нему два раза левой клавишей мыши. На открывшейся диалоговой панели нажмите кнопку для установления режима генерации гармонических колебаний. Установите в строке Amplitud амплитуду гармонических колебаний (U_m = 2,82842 В), а в строке Frequency частоту 7,5 кГц. Откройте окна вольтметров ХММ1 ХММ4, амперметра ХММ5 и измерьте напряжения на емкостном элементе на сопротивлении и ток в цепи. Результаты измерений занесите в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Устанав- ливают	Измеряют					Вычисляют
f , кГц	I,мА	UR,В	UС, В	UL, В		R, Ом	L, Гн	С, мкФ

Для осциллографирования входного напряжения и выходного напряжения откройте экран осциллографа XSC1 двойным щелчком мыши по его изображению. Настройте осциллограф для проведения измерений. Для получения белого фона экрана осциллографа нажмите кнопку Reverse. Установите на панели управления осциллографа масштаб горизонтальной развертки (Timebase) равным и нажмите кнопку Y/T для наблюдения изображения сигнала на экране. С помощью кнопки расположенной в поле строки X position, установите “0” для наблюдения начала процесса в цепи. Нажав на кнопку АC канала А (Channel A), переведите режим работы осциллографа с закрытым входом. В этом режиме на вход осциллографа пропускается только переменная составляющая сигнала. Установите цену деления канала А равной С помощью кнопок расположенных в поле строки Y position, установите (0) для наблюдения осциллограммы в центре вертикальной оси. В случае плохой синхронизации изображения включите режим работы Pause. Для этого щелкните по кнопке Simulate в командной строке и затем в открывшемся окне щелкните по кнопке Pause. Осциллограммы входного напряжений и выходного напряжений зарисуйте на кальку. Учитывая, что ток и напряжение на сопротивлении совпадают по фазе, укажите, где на осциллограмме изображена кривая тока, а где напряжения.

По этим осциллограммам определите угол сдвига фаз напряжения и тока, измерив интервал и по горизонтальной шкалы осциллографа (см. рис. 6.2).

По данным измерений постройте векторную диаграмму тока и напряжений элементов исследованной цепи. Сравните величины углов сдвига фаз между входным напряжением и током полученных по осциллограмме и по векторной диаграмме (см. рис. 6.2). Вычислите параметры элементов: и С по где

Те же измерения произведите при частоте и результаты занесите в табл. 6.1. Снимите осциллограммы напряжения и тока. Определите R, C и постройте векторную диаграмму тока и напряжений.

Вопросы: 1. Почему 2. Почему при увеличении частоты величины и увеличились, а и уменьшились? 3. Изменились ли значения параметров элементов R и C при изменении частоты?

Соберите схему цепи изображенной на рис. 6.1, б, и повторите все вышеперечисленные операции при частотах и 4 кГц. Сформулируйте три вопроса, аналогичные приведенным выше, и ответьте на них.