37612

Проведение экспериментальных работ при исследовании переходных процессов в электрических цепях

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

На экране осциллографа получаем изображение зависимости напряжения и тока конденсатора от времени.Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе: Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени разряда и заряда конденсатора по кривой uсt. На экране осциллографа получаем изображения зависимости тока и напряжения катушки от времени. Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения катушки: Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени при подключении и отключении катушки по кривой it.

Русский

2013-09-24

115 KB

0 чел.

Цель работы: Научиться проведению экспериментальных работ при исследовании переходных процессов в электрических цепях.

Задачи работы:

1. Освоить навыки получения осциллограмм в цепях RC, RL, RCL;

2. Научиться определять опытным путём постоянную времени и декремент затухания в исследуемых переходных процессах.

  1.  Закрепить навыки работы с электронным осциллографом.

Порядок выполнения работы:

Экспериментальная часть

1. Собираем  цепь  (рис.1).

2.Отключаем индуктивную катушку с помощью переключателя SA. На экране осциллографа получаем изображение зависимости напряжения и тока конденсатора от времени.

       3.Зарисовываем  осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе:

 

Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени разряда и заряда конденсатора по кривой uс(t).

Заряд:

uс(t) = U0(1 - e-t/τ);

uс(t1)/uс(t2) = U0(1 - e-t1/τ )/ U0(1 - e-(t1+Δt)/τ)= e Δt/τ;

τз = |Δt/ln(u(t1)/u(t2))|‌.‌

τз = |(4 – 1,1)/ln(4/9)| = 1,43 мс.

Разряд:

uс(t)= U0e-t/τ ;

uс(t3)/uс(t4) = U0e –t3/τ/U0e-(t3+Δt)/τ = e Δt/τ;

τр = |Δt/ln(u(t3)/u(t4))|;

τр = |(11 – 10)/ln(10/1,2)| = 0,47 мс.

‍‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌4. Подключаем  катушку индуктивности. На экране осциллографа получаем изображения зависимости тока и напряжения катушки от времени.

5. Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения катушки:

Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени при подключении и отключении катушки по кривой i(t).

Подключение:

i(t) = I0(1 - e-t/τ);

i(t1)/i(t2) = I0(1 - e-t1/τ )/ I0(1 - e-(t1+Δt)/τ)= e Δt/τ;

τп = |Δt/ln(i(t1)/i(t2))|‌.‌

τп = |(0,8 – 0,1)/ln(14,3/30,9)| = 0,32 мс.

Отключение:

i(t) = I0e-t/τ;

i(t1)/i(t2) = I0e-t1/τ/I0e-(t1+Δt)/τ= e Δt/τ;

τо = |Δt/ln(i(t1)/i(t2))|‌.‌

τо = |(10 – 10,4)/ln(32,9/12,9)|= 0,43 мс.

6. Подключаем катушку и конденсатор. На экране осциллографа получаем изображение тока и напряжения на конденсаторе и на катушке.

7. Зарисовываем осциллограммы тока и напряжений:

Определяем параметры колебательного процесса по кривой i(t):

i(t)/i(t+T) = eδT;

= (ln(i(t)/i(t+T)))/T = (ln(60/16))/0,002 = 660,88 с-1;

ω = 2π/T = 2*3,14/0,002 = 3140 с-1.

Расчетная часть

1. Рассчитываем  постоянные времени разряда и заряда конденсатора, начальные значения тока и напряжение конденсатора по известному напряжению источника U и параметрам цепи R1,R2,R0 и С:

τз = τр =  RC;

τз = (R1 + R2 + R0)C = 339*4*10-6 = 1,3 мс;

iз нач = U/( R1 + R2 + R0) = 10/(200 + 51 + 68 + 7) = 32 мА;

uсз нач= 0.

τр = (R2 + R0)C = 139*4*10-6 = 0,5 мс.

iр нач = U/( R2 + R0) = 10/(119 + 7) = 80 мА;

uср нач = U = 10 В.

Сравнивая результаты расчёта с результатами, полученными в п. 3, мы видим, что они сходятся.

2. Рассчитываем  постоянные времени подключения и отключения катушки, начальные значения тока и напряжения катушки по известному напряжению источника и параметрам цепи:

τп = τо =  L/R;

τп = L/(R1 + R2 + RK + R0) =

= 0,0245/(200 + 119 + 13 + 7) = 0,36 мс;

iп нач = 0;

uк п нач= U = 10 В.

τо = L/(R2 + RK + R0) = 0,0245/(119 + 13 + 7) = 0,45 мс.

iо нач = U/( R1 + R2 + RK + R0) = 10/(119 + 13 + 7) = 30 мА;

uк о нач = iо нач(R2 + R0) =  0,03*(119 + 7) = 3,78 В.

Сравнивая результаты расчёта с результатами, полученными в п. 5, мы видим, что они сходятся.

Рисуем  график  переходного процесса:

3. Рассчитываем корни характеристического уравнения для переходных процессов по данным параметрам цепи в п. 6:

p1,2 = -R/2L ± ((R/2L)2 – 1/LC)1/2, Rкр = 2(L/C)1/2 = 49,5 Ом.

Подключение:

R = R1 + Rк + R0 = 200 + 13 + 7 = 220 Ом > Rкр, процесс апериодический.

p1,2 = -4489,796 ± 3155,025

p1 = -7644,821; p2 = -1334,771.

i(t) = (U/L(p1 – p2))(ep1t – ep2t) =  0,0647(e-7644,821t – e1334,771t) A.

Замыкание:

R = Rк + R0 = 13 + 7 = 20 Ом < Rкр, процесс колебательный.

p1,2 = -408,163 ± j3168,199 = -δ ± jω.

i(t) = U/(ωL)e-δtsin(ωt + π) = 0,129e-408.163t sin(3168,199t + π) A.

 

Строим график тока: 

Сравнивая результаты расчёта с экспериментальными данными по п. 5, мы видим, что они сходятся.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12408. Контролер станочных и слесарных работ 156.5 KB
  Для приобретения квалификации контролера станочных и слесарных работ необходимо: технологию сборочных работ; технические условия на приемку деталей и проведения испытаний операций, механической и слесарной обработки...
12409. Исследование свободных электрических затухающих колебаний 234.5 KB
  Отчет. К лабораторной работе 5.2. Исследование свободных электрических затухающих колебаний. Цель работы: Исследование закономерностей свободных электрических незатухающих колебаний в последовательном колебательном контуре определение их физических характерис
12410. Исследование вынужденных колебаний в последовательном контуре 80.5 KB
  Отчёт по лабораторной работе 53. Исследование вынужденных колебаний в последовательном контуре. Цель работы: исследовать зависимость резонансной частоты и вида резонансной кривой от параметров контура. Расчёт погрешностей
12411. Технологический процесс приготовления блюд: Рассольник Ленинградский; Котлета натуральная из филе птицы, со сложным гарниром; Торт Прага 3.25 MB
  Для приправы практически всех блюд используется соевый соус, который является одним из основных ингредиентов китайской кухниэто экстракт из соевых бобов, который практически ничем не заменяется. В европейских условиях этот соус готовят из местной сои. Кроме этого широко используется вей-су - глютаминат натрия...
12412. Исследование волны в натянутом шнуре 42 KB
  Отчёт по лабораторной работе 6. Исследование волны в натянутом шнуре. Цель работы: Исследование стоячих волн в горизонтальном натянутом шнуре. Измерение частоты источника методом стоячих волн. Рабочие формулы Пример расчета полной абсолютной погр
12413. Исследование резонанса в металлической струне 98.5 KB
  Отчет к работе № 55 Исследование резонанса в металлической струне II. РАБОЧАЯ ФОРМУЛА III.КОНСТАНТЫ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ Uвых. ген.=5В IV. ТАБЛИЦЫ ИЗМЕРЕНИЙ N № измерения 1...
12414. Измерение постоянной Планка 83 KB
  Отчет. К лабораторной работе 6.2. Измерение постоянной Планка. Цель работы: Определить постоянную Планка. Приборы и инструменты № Название Предел измерения Цена деления Аб
12415. Изучение закона интегральной светимости нагретого тела 86 KB
  Отчет. К лабораторной работе 6.3. Изучение закона интегральной светимости нагретого тела. Цель работы: . Приборы и инструменты № Название Предел измерения Цена деления Абсолю...
12416. Изучение термоэлектронной эмиссии и определение работы выхода электронов из металла 181.5 KB
  Отчет. К лабораторной работе 6.4. Изучение термоэлектронной эмиссии и определение работы выхода электронов из металла. Цель работы: Вычисление работы выхода вольфрама различными методами а так же проверка закона БогуславскогоЛенгмюра. Приборы и инстр...