ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕК-ТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММЫ MULTISIM. СанктПетербургский горный университетКафедра общей электротехники теоретические основы электротехники и электроники. Применение программы
 Скачать 1.99 Mb.
|
|
3. Определить параметры всех элементов схемы, считая их идеализированными, кроме катушки индуктивности. Полученные расчетные данные занести в табл. по форме 4. Форма 4. Результаты расчетов R, Ом x L , Ом, Ом, Ом, мкФ 38 Рис. 21. Схемы исследуемых цепей 4. Произвести теоретический расчет цепи символическим методом, считая известными действующее значение приложенного напряжения U и сопротивления всех элементов цепи (табл. по форме. Принять при расчетах начальную фазу приложенного напряжения равной нулю, те. совместить ось вещественных чисел комплексной плоскости с вектором U приложенного напряжения. Результаты расчетов занести в табл. по форме 5 для схемы 1 ив табл. по форме 6 для схемы 2. Форма 5. Результаты расчетов Модуль Аргумент Вещественная часть Мнимая часть U , В 1 U , В 23 U , В 1 I , А 2 I , А 3 I , А Форма 6. Результаты расчетов Модуль Аргумент Вещественная часть Мнимая часть U , В 1 U , В 2 U , В 12 I , А 3 I , А I , А 5. Сопоставить результаты расчета с опытом. 6. Построить векторную диаграмму цепи, используя результаты измерений токов и напряжений. Предварительно следует выбрать масштабы токов и напряжений таким образом, чтобы векторная диаграмма полностью занимала отдельный лист отчета. Проверить соотношение графических построений по первому и второму законам Кирхгофа. Содержание отчета 1. Схема исследуемой цепи и параметры элементов. 2. Технические и метрологические характеристики применявшихся измерительных приборов. 3. Таблицы с опытными и расчетными результатами. 40 4. Векторная диаграмма. 5. Выводы. Контрольные вопросы 1. Как соотносятся между собой токи напряжение вин- дуктивности; токи напряжение в емкости 2. Начальная фаза напряжения, приложенного к емкости, составляет +30. Какова начальная фаза тока в этой емкости. Начальная фаза тока в индуктивности составляет 60. Какова начальная фаза напряжения, приложенного к этой индуктивности 4. Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа применительно к векторам действующих токов и напряжений исследуемой цепи синусоидального тока. 5. К идеализированной катушке индуктивности приложено синусоидальное напряжение, действующее значение которого. Частота сети f = 50 Гц. Какова величина индуктивности этой катушки, если действующее значение тока в ней I = 1 A? 6. К идеализированному конденсатору приложено напряжение, действующее значение которого U = 318,5 B, угловая частота сети = 314 1/c. Какова величина емкости этого конденсатора, если действующее значение тока в нем I = 1 A? 7. Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа применительно к комплексным действующим значениям токов и напряжений исследуемой цепи синусоидального тока. 8. К цепи, содержащей только индуктивное сопротивление Ом, приложено напряжение, комплексное действующее значение которого 30 100 j U e . Записать комплексное действующее значение тока I в этом сопротивлении. 9. Вцепи, содержащей только емкостное сопротивление x C = 1 Ом, протекает ток, комплексное действующее значение 41 которого 45 20 j I e . Записать комплексное действующее значение напряжения U , приложенного к этойцепи. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Цель работы Экспериментальное исследование трехфазной цепи присоединении приемников звездой при различных режимах работы с помощью компьютерного моделирования. Краткие теоретические сведения Приведены в [1]. Порядок выполнения работы Собрать симметричную трехфазную электрическую цепь рис. 22). Установить во всех трех фазах источника одинаковые действующие значения напряжений и начальные фазы фаза А 0 ْ , фаза В – (+ 240 ْ), фаза Си сопротивления согласно вариантам, представленным в табл. 15. Табл. 15. Исходные данные по вариантам Значение параметра Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 f, Гц 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 U, В 120 110 127 115 220 200 240 380 360 400 Симметричный режим R, Ом 100 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Несимметричный режима, Ома 200 100 100 220 300 250 250 Замкнуть тумблеры S1 и S2. Включить источник постоянного и трехфазного напряжения. Измерить токи, фазные и линейные напряжения при включенном нейтральном проводе (тумблер S2 замкнут. Результаты занести в форму 1. Проверить соотношение между линейными и фазными напряжениями потребителей. Разомкнуть тумблер S2. Повторить те же измерения при отключенном нейтральном проводе. Результаты занести в форму 1. Выключить источник трехфазного и постоянного напряжений. 42 Исследовать влияние обрыва линейного провода на режим работы цепи при наличии нейтрального провода. Для этого разомкнуть тумблер S1 и замкнуть тумблер S2. Включить источники постоянного и трехфазного напряжений. Измерить токи и напряжения. Результаты занести в форму 7. Выключить источники постоянного и трехфазного напряжений. 43 Рис. 22. Схема исследуемой цепи Форма 7 Измеряемая величина Режим работы Нейтр. провод вкл., нагрузка симм. (сх 1) Нейтр. провод выкл., нагрузка симм. (сх 1) Нейтр. провод вкл., обрыв линейного провода (сх 1) Нейтр. провод вкл., нагрузка несимметричная (сх 2) Нейтр. провод выкл., нагрузка несимм. (сх2) UAB, В UBC, В UCA, В А, В ВВС, В U00, В А, А IB, А IC, А I00, АРФ, Вт Р3Ф,Вт 44 Исследовать несимметричную трехфазную цепь. Для этого собрать схему по рис. 23. Установить во всех трех фазах источника одинаковые действующие значения напряжений и начальные фазы фаза А 0 ْ , фаза В – (+ 240 ْ), фаза Си сопротивления согласно вариантам. 45 Рис. 23. Схема исследуемой цепи Измерить токи, линейные и фазные напряжения в каждой фазе потребителя при наличии нейтрального провода. Результаты записать в форму 7. Разомкнуть цепь нейтрального провода с помощью тумблера S2 и вновь измерить токи и напряжения. Результаты записать в форму. Рассчитать активные мощности для всех режимов одной фазы и всех трех фаз, используя формулы РФ = U Ф I Ф ; л л ф 3 Результаты расчетов занести в табл. по форме 7, сравнить результаты с показанием ваттметра. Для всех проведенных опытов методом засечек построить в масштабе векторные диаграммы. Сравнить влияние нейтрального провода на работу трехфазной системы при симметричной и несимметричной нагрузке. Для всех приведенных опытов снять осциллограммы напряжений. Содержание отчета 1. Схемы трехфазной цепи при всех исследуемых режимах ее работы, скопированные с экрана монитора. 46 2. Основные расчетные формулы. 3. Таблицы с результатами измерений. 4. Векторные диаграммы напряжений и токов для всех рассмотренных режимов работы цепи. 5. Осциллограммы напряжений для всех режимов работы. 6. Краткие выводы по результатам работы. Контрольные вопросы 1. Известны комплексные действующие значения линейных напряжений 50 87 AB U j В и 50 87 BC U j В. Определить действующее значение линейного напряжения U BC 2. Для трехфазной цепи, работающей в симметричном режиме, известны действующее значение линейного напряжения Л 380 В и сопротивление фазы приемника, соединенного звездой Ф = R = 22 Ом. Определить действующее значение фазного тока. 3. В трехфазной цепи с нейтральным проводом, работавшей в симметричном режиме, произошел обрыв нейтрального провода. Как изменятся действующие значения напряжений на фазах приемника. В трехфазной цепи с нейтральным проводом, работавшей в симметричном режиме, произошел обрыв линейного провода А. Как изменятся действующие значения напряжений на фазах В и С ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИОДОВ Цель работы Исследование вольтамперных характеристик полупроводниковых диода и стабилитрона. Краткие теоретические сведения Приведены в [7]. Порядок выполнения работы 1. Собрать схему (рис. 24) для снятия ВАХ полупроводниковых приборов, используя амперметр и вольтметр постоянного тока и напряжения. Сопротивление R = 100 необходимо для ограничения тока через диод. 47 Рис. 24. Схема исследуемой цепи 2. Снять ВАХ диода при прямом его включении. Для этого поочередно устанавливать напряжения источника, сделав по пять измерений напряжения и тока при прямой и обратной полярности приложенного напряжения. При этом ток диода в прямом включении не должен превышать 50 мА, напряжение при обратном включении не должно превышать 20 В. Записывать показания амперметра и вольтметра в табл. по форме 8. 3. Поменять полярность источника для снятия обратной ВАХ диода. Для этого поочередно устанавливать напряжения источника, напряжение при обратном включении не превышать 20 В. Результаты измерений п. 2, 3 занести в табл. по форме 8. 4. Вместо диода установить стабилитрон и снять его прямую и обратную ВАХ по методике указанной в пи. При этом ток стабилитрона в прямом и обратном включениях не должен превышать 15 мА. Результаты измерений занести в табл. по форме 8. (рис. 25). 5. По результатам измерений п. 2 – 4 построить ВАХ диода и стабилитрона в виде графика. 6. Вычислить статическое ст и дифференциальное R g сопротивления диода и стабилитрона для всех точек измерений по формулам ст ; ( ) g dU U R I dI I . 48 Рис. 25. Схема исследуемой цепи Приращения U и I определяются как разность напряжений и токов в соседних точках ВАХ. Результаты занести в таблицу по форме 8. Форма 8 Наименование полупроводникового элемента Вольт-амперные характеристики Прямое направление Обратное направление U, B I, мА ст, Ом д, Ом U, B I, мА ст, Ом д, Ом Диод 50 20 Стабилитрон 15 15 7. Построить графики зависимости ст) и д) для диода и стабилитрона. 8. Собрать схему, изображенную на рис. 26. Величина задана в табл. 17. Подключая канальный осциллограф на вход этой цепи и к сопротивлению скопировать осциллограммы напряжений u 1 и u 2 49 Табл. 17. Исходные данные по вариантам № варианта Параметры цепи R, Ом R 1 , Ом R 2 , Ом U 1 , Ом f, Гц 1 100 300 75 40 50 2 110 300 75 44 50 3 120 300 75 48 50 4 130 300 75 52 50 5 140 200 100 54 50 6 150 200 100 56 50 7 160 200 100 58 50 8 170 200 100 60 50 9 180 250 50 70 50 10 190 220 60 80 50 Рис. 26. Схема исследуемой цепи 50 9. Собрать схему, изображенную на рис. 27. Величины и R 2 заданы в табл. 6.1. Подключая канальный осциллограф, снять кривые напряжений u 1 u 2 и Рис. 27. Схема исследуемой цепи Содержание отчета 1. Схемы установки для определения ВАХ выпрямителя и ограничителя напряжений. 2. ВАХ диода и стабилитрона. 3. Таблица опытных и расчетных данных. 4. Графики ст) и д) для диода и стабилитрона. 51 5. Осциллограммы напряжений u 1 , u 2 , u 3 выпрямителя и ограничителя напряжений. 6. Выводы. Контрольные вопросы 1. Какие элементы электрической цепи называются нелинейными. Какие характеристики нелинейных элементов называются статическими и какие динамическими 3. Каким образом по характеристикам нелинейных элементов определяют статическое и дифференциальное сопротивления 4. Какие характерные особенности работы имеют диод и стабилитрон. Какие свойства диода используются в полупроводниковом выпрямителе Как работает это устройство 6. Какие свойства стабилитрона используются в полупроводниковом ограничителе напряжения Как работает это устройство 52 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Войтюк И.Н. Электротехника методические указания к лабораторным работам для студентов бакалавриата направления 12.03.01/ И.Н. Войтюк, РИЦ Санкт-Петербургского горного университета- СПб, 2019. 64 с. 2. Бородянко В.Н. Электрические цепи методические указания к проведению лабораторных работ на минимодульном стенде Теория электрических цепей В.Н. Бородянко, В.Н. Непопалов, В.В. Шулдяков, АС. Деев. – Челябинск Учтех-Профи, 2016. 3. Войтюк И.Н. Электротехника и электроника. Цепи синусоидального переменного тока методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 21.05.03/ сост. И.Н. Войтюк.- СПб.: РИЦ горного университета Санкт-Петербургского, 2016. 4. Электротехнический справочник Текст : в 4 т. / под общ. ред. В. Г. Герасимова и др. - М. : Изд. дом МЭИ, 2007 - Т. 1 : Общие вопросы. Электротехнические материалы. - е изд, стер. - 2007. - 439 с. : табл. 5. Виноградов А.Л. Общая электротехника и электроника учеб.-метод. комплекс, метод. указания к выполнению лаб. работ / сост. А.Л. Виноградов. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2011. 6. Войтюк И.Н. Теоретическая электротехника лабораторный практикум для студентов бакалавриата направления 27.03.04 Электронный ресурс / Санкт-Петербургский горный университет. Сост И.Н. Войтюк. СПб, 2016. 66 с. 7. Виноградов А.Л. Теоретические основы электротехники и электроники учебно-методический комплекс для студентов бакалавриата направления 27.03.03 / А.Л. Виноградов, И.Н. Войтюк, РИЦ Национального минерально-сырьевого университета Горный- СПб, 2014. 149 с. 53 СОДЕРЖАНИЕ Введение. 3 Методика применения программы multisim для выполнения лабораторных работ 3 Лабораторная работа №1. Исследование простой и сложной цепей постоянного тока 20 Лабораторная работа №2. Исследование синусоидального режима цепи с одним накопителем 25 Лабораторная работа №3. Исследование свойств последовательного контура ……………………………………………….. 31 Лабораторная работа №4. Исследование разветвленной цепи переменного тока с одним источником энергии. 37 Лабораторная работа №5. Исследование трехфазной электрической цепи …………………………………………………………… 41 Лабораторная работа №6. Исследование диодов. 46 Библиографический список. 52 |