Файл: Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине Теоретические основы электротехники I,II.doc

Для удобства снятия картины поля при моделировании электроды модели можно изготовить или больше или меньше электродов моделируемого поля. Соответственно изменяются все линейные размеры поля модели по отношению к полю моделируемому.

На электроды подается напряжение от источника питания (рис. 4). Потенциал одного из электродов принимается равным нулю, потенциал другого – равным 100 % приложенного напряжения. Это же напряжение подается на делитель. При различных положениях движка делителя на нем оказывается потенциал, равный 10 % , 20 % …90 % и 100 % от приложенного напряжения.

Установив движок делителя в какое–либо положение и перемещая зонд (игла на изолирующей ручке) по бумаге, можно найти точки, потенциал которых равен потенциалу, установленному на движке делителя.

В качестве нуль–индикатора применяется миллиамперметр с усилителем постоянного тока.

С целью экономии токопроводящей бумаги под нее положены лист чистой и копировальной бумаги. Эквипотенциали экспериментально обнаруживаются зондом на токопроводящей бумаге и одновременно повторяются на подложенном листе чистой бумаги. После проведения эксперимента листы обычной бумаги вынимаются и на них достраиваются силовые линии

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какими уравнениями описывается электростатическое поле и какие методы для их решения используются?

2. В чем заключается аналогия между электростатическим полем и полем постоянных токов? Продемонстрировать эту аналогию с помощью уравнений Максвелла. Какие величины, характеризующие поля являются подобными?

3. Обосновать возможность моделирования электростатического поля полем постоянных токов на проводящей бумаге?

4. Как определяется емкость заряженных тел по результатам измерений на модели?

5. Как можно построить силовые линии поля по картине поля, содержащей только эквипотенциали?

6. Как по картине поля определить емкость?

7. Каковы условия на границе раздела двух сред с различными проводящими свойствами?

Поясните схему и принцип работы моделирующей установки, используемой в лабораторной работе.
Каким образом влияют размеры листа проводящей бумаги на картину поля? Объясните, по каким причинам экспериментально полученная картина поля отличается от теоретической.

10. Дайте определение потенциала электрического поля.

11. Дайте определение напряженности электрического поля.

12. Дайте определение градиента.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники / Л.А. Бессонов – М.: Высш. шк., 2000. – С. 404 – 416.

2. Потапов, Л.А. Краткий курс теоретических основ электротехники / Л.А. Потапов – Брянск: БГТУ, 2001. – Ч.2. С. 90 – 105.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФАЗОВОЙ ПЛОСКОСТИ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Получение навыков исследования переходных процессов с помощью фазовой плоскости в линейных и нелинейных цепях.
ЗАДАЧИ РАБОТЫ
1. Ознакомление с экспериментальными методами получения фазовых портретов.

2. Экспериментальное исследование автоколебаний в нелинейной цепи.

3. Исследование переходных процессов с помощью фазовой плоскости.

ОПИСАНИЕ СТЕНДА
На стенде имеется регулируемый источник тока, нелинейное сопротивление, имеющее участок ВАХ с отрицательным дифференциальным сопротивлением, амперметр, вольтметр, конденсатор, дроссель и 2 осциллографа. Фазовый портрет процесса получают с помощью одного осциллографа, у которого развертку можно отключить и подать на вход Х исследуемое напряжение, а на вход Y напряжение, пропорциональное производной от этого напряжения. С помощью второго двухлучевого осциллографа получают осциллограммы напряжений, подаваемых на входы Х и Y первого осциллографа.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
А. В лаборатории

1

. Снять ВАХ нелинейного элемента при питании его от источника регулируемого тока (рис. 1).

2. Выполнить кусочно–линейную аппроксимацию ВАХ нелинейного элемента и определить дифференциальные сопротивления, соответствующие участкам аппроксимации.

3. Собрать схему (рис. 2). Параметры L и C установить в соответствии с табл. 1. Установить ток источника равным 2 мА.
Таблица 1

№ варианта, соответствующий № недели	1	2	3	4	5
L, Гн	0,15	0,1	0,15	0,05	0,55
C, мкФ	1,1	0,55	0,26	1,1	0,55

4. Зарисовать в масштабе наблюдаемые на экране осциллографа фазовый портрет процесса и кривые u_R ( t) и u_C( t). Определить масштабы кривых, полагая R₀ = 50 Ом.

5. Определить частоту колебаний с помощью электронно–счетного частотомера или осциллографа.

6. Оценить влияние сопротивления R на фазовый портрет процесса. Сравнить величину сопротивления R, при котором происходит срыв колебаний, с отрицательным дифференциальным сопротивлением нелинейного элемента.

7

. Оценить влияние величины емкости C и тока источника I на фазовый портрет процесса.

8. Исследовать на фазовой плоскости переходной процесс в линейной цепи цепи R – L – C (рис. 3). Зарисовать фазовый портрет процесса и кривые u_R( t), u_C ( t). Дать объяснение полученным результатам.
Б. Дома

9. Рассчитать частоту колебаний авто генератора и сравнить с полученным ранее в п.5 значением.

10. Оформить отчет по проделанной работе. Перерисовать фазовые портреты процессов и кривые u_R( t), u_C ( t) в одном масштабе. Проставить номера соответствующих точек на всех осциллограммах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дать определение дифференциального сопротивления нелинейного элемента. Может ли быть оно отрицательным?

2. Определить дифференциальное сопротивление нелинейного элемента с указанной на рис. 4 ВАХ при токе 0,3 А.

3

. Для переходного процесса в цепи, характеризуемого приведенной на рис. 5. зависимостью, изобразить фазовую траекторию.

4. Дать характеристику процессов в электрической цепи, имеющих следующие фазовые портреты (рис. 6,а).

5. Дать характеристику процессов в электрической цепи, имеющих следующие фазовые портреты (рис. 6,б).

6

. Дать характеристику процессов в электрической цепи, имеющих следующие фазовые портреты (рис. 6,в).

7. Условие возникновения незатухающих колебаний в цепи с нелинейным элементом.

8. Как влияет на характер незатухающих колебаний увеличение емкости С?

9. Как влияет на характер незатухающих колебаний увеличение сопротивления R?

10. Дать определение фазовой плоскости.

11.Как получить с помощью осциллографа фазовый портрет переходного процесса ?

12. Возможно ли движение изображающей точки на фазовой плоскости против часовой стрелки?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники / Л.А. Бессонов – М.: Высш. шк., 2000. – С. 550 – 554.

3. Потапов, Л.А. Краткий курс теоретических основ электротехники / Л.А. Потапов – Брянск: БГТУ, 2001. – Ч.2. С. 63 – 66.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ ТИПА К

ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Получение навыков экспериментального исследования различных реактивных фильтров, получение зависимостей коэффициента затухания и коэффициента фазы от частоты.
ЗАДАЧИ РАБОТЫ
1. Ознакомление с методами получения зависимости коэффициента затухания и коэффициента фазы фильтров от частоты.

2. Освоение методов расчета ФНЧ и ФВЧ.

Закрепление навыков сборки схем и работы с осциллографами.

Порядок выполнения работы

А. В лаборатории

1. Собрать схему фильтров нижних частот, подключив приборы, необходимые для измерения напряжений и коэффициента фазы. Нагрузку фильтра взять равной Z_н = K= . Величины L и C для выполняемого варианта взять из таблицы.

Таблица

№ варианта, соответствующий № недели	L, мГн	С, мкФ
1	24	4
2	12	2
3	6	1
4	3	0,5

2. Рассчитать частоту среза. Получить экспериментально зависимость коэффициента затухания от частоты. Измерения проводить в диапазоне частот 200 – 7000 Гц (снять по 4 точки в зоне прозрачности и в зоне затухания).

3. Получить экспериментально зависимость коэффициента фазы от частоты. Определять двумя способами: с помощью двухлучевого и однолучевого осциллографов.

4. Повторить п. 2 и 3 для фильтра верхних частот.
Б. Дома

5. Провести расчет параметров фильтров нижних и верхних частот для выполняемого варианта (см. табл.). Определить сопротивление нагрузки фильтров. Параметры элементов заданы в таблице. Построить графики изменения коэффициентов фазы и затухания в зависимости от частоты (для идеального фильтра). Сравнить с экспериментально снятыми графиками.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

1.. При определении зависимости коэффициента затухания от частоты необходимо поддерживать напряжение на входе фильтра неизменным с помощью ручки задающего генератора и измерять напряжение на выходе фильтра при различных частотах.

2. Для определения коэффициента фазы с помощью однолучевого осциллографа напряжение U₂ = U₂_m sint подается к отклоняющим по горизонтали пластинам, а входное