1.1 Подготовка к работе

Повторить разделы дисциплины ТЭЦ 2: «Возникновение переходных процессов и законы коммутации. Переходный, принуждённый и свободный режимы», «Переходные процессы в RC-цепи» [Л.1 с.157-161, 164-167; Л.2 с.234-236, 241-243; Л.6 с.212-215; Л.8 с. 5-10, 15-16; Л.9 с. 4-11].

Ответить на вопросы и выполнить следующее:

1) В каких цепях и при каком условии возникают переходные процессы?

2) Записать законы коммутации и определить независимое начальное условие для RC-цепи после замыкании электронного ключа (ЭК) (см. рисунок 1.1).

3) Какие режимы называются: переходным, принуждённым и свободным? Записать принужденный свободный и переходный токи и принуждённое, свободное и переходное напряжения на ёмкости после коммутации (ЭК замыкается) при коротком замыкании RC-цепи (см. рисунок 1.1).

4) Нарисовать графики u_C(t), i(t).

5) Каков физический смысл постоянной времени цепи? Чему равна постоянная времени RC-цепи? Как экспериментально определить постоянную времени цепи?

6) Что называют коэффициентом затухания цепи, записать коэффициент затухания для RC-цепи.

1.2 Задания к выполнению лабораторной работы

1.2.1 Собрать цепь (см. рисунок 1.1).

1.2.2 Установить значения Uвх, R и C согласно варианту (см. таблицу 1.1), R₁=50 –100 Ом.

1.2.3 На вход осциллографа подать напряжение с конденсатора.

1.2.4 Срисовать в масштабе полученную кривую u_C(t) после коммутации (ЭК замыкается) при коротком замыкании RC-цепи.

1.2.5 На вход осциллографа подать напряжение с резистора, срисовать полученную кривую u_R(t) после коммутации (ЭК замыкается) при коротком замыкании RC-цепи. Кривая u_R(t) в соответствующем масштабе представляет собой кривую тока i(t), так как .

1.2.6 Изменить согласно варианту один из параметров цепи (см. таблицу 1.2), срисовать в масштабе новые кривые u_C(t) и u_R(t) [i(t)].

1.3 Оформление и анализ результатов работы

1.3.1 Рассчитать постоянную времени ₁ и коэффициент затухания цепи ₁, для параметров цепи согласно заданному варианту (см. таблицу 1.1) и ₂, ₂ согласно варианту (см. таблицу 1.2). Результаты расчета записать в таблицу 1.3 (строка – «теоретический расчёт»).

1.3.2 По кривым напряжения u_C(t) определить постоянную времени ₁ и коэффициент затухания цепи ₁ (пункт 1.2.4) и ₂, ₂ (пункт 1.2.6). Результаты расчета записать в таблицу 1.3 (строка – «эксперимент»).

1.3.3 Рассчитать напряжение u_C(t) и ток i(t) после коммутации (ЭК замыкается) при коротком замыкании RC-цепи на основе известных параметров цепи согласно заданному варианту (см. таблицу 1.1). Результаты расчёта u_C(t) и i(t) занести в таблицу 1.4 (где τ₁ – постоянная времени, рассчитанная теоретически).

1.3.4 По результатам расчёта построить графики напряжения u_C(t) и тока i(t).

1.3.5 Сделать выводы по проделанной работе: проанализировать влияние величины сопротивления R или ёмкости С на постоянную времени цепи  и соответственно, на скорость протекания переходного процесса; определить время разрядки конденсатора. Проанализировать полученные графики u_C(t) и i(t).

Рисунок 1.1

Таблица 1.1 - Варианты задания к лабораторной работе

№ варианта	Uвх,В	R,Ом	С,мкФ
1	10	300	4
2	15	400	2
3	12	200	5
4	10	600	5
5	15	500	3

Таблица 1.2 - Варианты задания к лабораторной работе

№ варианта	Uвх,В		R,Ом		С,мкФ
1		10		600		4
2		15		400		4
3		12		400		5
4		10		300		5
5		15		500		6

Таблица 1.3 - Постоянная времени цепи и коэффициент затухания

Вид исследования	τ1,с	α1,1/с	τ1,с	α1,1/с
Теоретич. расчет
Эксперим.

Таблица 1.4 - Напряжение и ток на емкости в RC-цепи

t,c	0	τ1,с	2τ1,с	3τ1,с	4τ1,с
uC(t)
i(t)

Методические указания.

Напряжение u_C(t) и ток i(t) после коммутации (ЭК замыкается) при коротком замыкании RC-цепи рассчитываются по формулам:

; ,

где − постоянная времени RC-цепи;

α − коэффициентом затухания,

величина обратная постоянной времени .

Постоянная времени цепи τ увеличивается с увеличением величины резистивного сопротивления и емкости и, соответственно, уменьшается коэффициент затухания α. Отсюда следует, что чем больше сопротивление и емкость, тем медленнее происходит разряд конденсатора.

Для графического определения постоянной времени RC-цепи τ проводим касательную в любой точке С кривой напряжения u_C(t), полученной экспериментально с помощью осциллографа, и из точки С опускаем перпендикуляр на ось абсцисс (ось времени t). Постоянная времени τ определяется величиной подкасательной BD: , где m_t – масштаб по оси времени. Масштаб по оси времени можно определить из условия, что электронный ключ (ЭК) замыкается и размыкается с частотой f=50 Гц и с

периодом , t₁ − время, в течение которого ЭК разомкнут, t₂

− время, в течение которого ЭК замкнут (см. рисунок 1.2).

Рисунок 1.2

2 Лабораторная работа №2. Короткое замыкание в RL-цепи

Цель работы: получение навыков экспериментального исследования переходных процессов в цепи с последовательным соединением резистивного и индуктивного элементов.