2.8 Лабораторна робота № 8

Дослідження перехідних|перехідний| процесів в лінійних електричних колах|цеп,ланцюг|.

Мета|ціль| роботи.

Вивчити за допомогою осцилографа|осцилограф| перехідні|перехідний| процеси в колах|цеп,ланцюг| з|із| R, L, С|із|; визначити дослідним|дослідний| шляхом|колія,дорога| постійні часу| електричних кіл|цеп,ланцюг| і період вільних коливань; вивчити вплив параметрів R, L, С|із| на тривалість перехідних|перехідний| процесів.

Основні|основний| теоретичні положення.|становище|

Час, необхідний на перехід від одного стану|достаток| кола|цеп,ланцюг| до іншого, пояснюється тим, що кожному стану|достаток| відповідає певний запас енергії електричного поля ємностей|місткість| і магнітного поля індуктивностей|. При включенні|приєднання| в коло|цеп| з|із| послідовно сполученими|з'єднаний| R і L постійної ЕРС| (рис. 2.8.1, а, перше|перший| положення|становище| перемикача|перемикач| П) по колу|цеп,ланцюг| потече струм|тік|, що змінюється згідно із законом

,

де - електромагнітна стала часу контуру, с|із|; = .

Графічно вона рівна довжині під дотичною до кривої струму|тік|, причому дотичну лінію можна провести з|із| будь-якої точки кривої. Крива струму|тік| зображена|змальована| на рис. 2.8.1, б.

При короткому замиканні кола R і L|цеп,ланцюг| (друге положення|становище| перемикача|перемикач| П) енергія магнітного поля розсіюється в резисторі R. Графік| струму|тік| показаний на рис. 2.8.1, в. Практично тривалість перехідного|перехідний| процесу рівна (4...5)τ, вона зростає із|із| збільшенням L і зменшенням R .

Якщо перемикання в колі|цеп,ланцюг| (рис. 2.8.1, а) проводити|виробляти,справляти| безперервно (відразу після|потім| закінчення перехідного|перехідний| процесу), то графік струму|тік| буде мати вигляд|вид|, показаний на рис. 2.8.1, г.

При включенні|приєднання| в коло|цеп| з|із| послідовно сполученими|з'єднаний| R і С|із| (конденсатор не заряджений) постійної ЕРС| (рис. 2.8.2, а), перше|перший| положення|становище| перемикача|перемикач| П) струм|тік| зростає стрибкоподібно до величини Е/R, а потім, по мірі зарядки конденсатора, спадає до нуля|нуль-індикатор,нуль-множина,нуль-последовність,нуль-елемент| (рис. 2.8.2, б) згідно із законом

Тут - стала часу контуру (на графіку вона також рівна довжині піддотичної).

При короткому замиканні кола|цеп,ланцюг| з R і С|із| (друге положення|становище| перемикача|перемикач| П) відбувається|походити| розряд конденсатора, при цьому енергія електричного поля ємності|місткість| розсіюється в резисторі R. Струм|тік| зростає стрибкоподібно, а потім спадає до нуля|нуль-індикатор,нуль-множина,нуль-последовність,нуль-елемент| (рис. 2.8.2, в) згідно із законом

Рис. 2.8.1. Коло|цеп| з|із| послідовно сполученими|з'єднаний| R і L

Тривалість перехідного|перехідний| процесу зростає із|із| збільшенням величини R і С |із|(графік стає пологішим).

Графік струму|тік| при безперервному перемиканні|перемикання| П показаний на рис. 2.8.2, г.

Рис. 2.8.2. Коло|цеп| з|із| послідовно сполученими|з'єднаний| R і С|із|

При включенні|приєднання| в коло|цеп| з|із| послідовним з’єднанням|сполучення,сполука| R, L, С |із|постійної ЕРС| (рис. 2.8.3, а), перше|перший| положення|становище| перемикача|перемикач| П) або при короткому замиканні кола|цеп,ланцюг| з R, L і С|із| (друге положення|становище| П), перехідний процес залежить від співвідношення параметрів і може бути аперіодичним, критичним або коливальним.

Аперіодичний процес (рис. 2.8.3, б) спостерігається при , критичний - при (рис. 2.8.3, в), коливальний - при| (рис. 2.8.3, г).

Період вільних коливань можна отримати|одержати| розрахунковим шляхом|колія,дорога| за формулою ,

де

; .

Графік струму|тік| при безперервному перемиканні|перемикання| П зображений|змальований| на рис. 2.8.3, д.

Рис. 2.8.3. Коло|цеп| з|із| послідовним з’єднанням|сполучення,сполука| R, L, С

Порядок|лад| виконання роботи.

1). Ознайомитися з|із| робочим місцем.

2). Зібрати|повизбирувати| схему, показану на рис. 2.8.4, а. На схемі джерело постійної ЕРС| об’єднано|з'єднаний| з|із| перемикачем|перемикач| П у блок живлення|харчування| E, який генерує близькі до прямокутних імпульси напруги|напруження| величиною 0,6 В з|із| частотою 50 Гц. Тому тривалість імпульсів рівна 0,01 с|із| (рис. 2.8.4, б). Внутрішній опір блока живлення|харчування| Rв =| 10 Ом.

|тлумачення|Повторні підключення кола|цеп,ланцюг| R, L, С| до джерела постійної ЕРС| через 0,01 с|із| необхідні для того, щоб на екрані осцилографа|осцилограф| спостерігати стійку криву струму|тік|, оскільки|тому що| перехідний процес триває тисячні частки секунди, і при разовому підключенні крива швидко зникає. Якщо застосувати реєструючий осцилограф, повторення включень|приєднання| не потрібне. Насправді імпульси мають трапецеїдальну|трапецеїдальний| форму|форма|, в якій ЕРС| наростає і спадає не миттєво, а за 0,7 мс. Тому перехідні|перехідний| процеси будуть дещо відрізнятися від ідеального випадку.

Інші позначення на рис. 2.8.4, а: К - котушка|катушка| індуктивності, C - конденсатор|, Т - тумблер.

3). Підключити осцилограф до мережі|сіть| 220 В і підготувати його до роботи у відповідності зі|із| спеціальною інструкцією для кожного типу|тип| осцилографів|осцилограф|.

4). Приєднати вхідні гнізда|кубло| осцилографа|осцилограф| до клем блоку живлення|харчування| E і, включивши тумблер Т, спостерігати фактичну форму|форма| імпульсів напруги|напруження|, що генеруються блоком живлення|харчування|. Імпульси повинні бути близькими до прямокутних.

Рис. 2.8.4. Досліджувана схема

5). Відключити тумблер Т, приєднати| вхідні гнізда|кубло| осцилографа|осцилограф| до виводів|висновок,виведення| регульованого резистора R. Включити тумблер і, змінюючи|зраджуючи| опір резистора R, встановити на екрані один за іншим три випадки перехідних|перехідний| процесів: аперіодичний, критичний і коливальний. Змалювати осцилограми|осцилограма| аперіодичного і коливального процесів.

|тлумачення|Параметри R, L і С|із| повинні бути вибрані так, щоб перехідний процес закінчувався за час одного імпульсу, тобто за 0,01 с. Тоді осцилограма струму|тік|, наприклад, при коливальному процесі матиме вигляд|вид|, показаний на рис. 2.8.3, д.

На екрані осцилографа|осцилограф| насправді зображується|змальовується| крива напруги|напруження| на. опорі R. Але|та| оскільки|тому що| криві струму|тік| і напруги|напруження| на активному опорі співпадають|збігатися| по фазі, то таку ж форму|форма| має осцилограма струму|тік|, яка відрізняється тільки|лише| масштабом по осі ординат.

6). Встановити на екрані явно виражений|виказаний,висловлений| коливальний процес. Обертаючи ручку осцилографа|осцилограф| - посилення по осі X, розвернути зображення так, щоб тривалості імпульсів напруги|напруження| 0,01с|із| (рис. 2.8.3, д) відповідало ціле число клітинок|клітина|.

Поділивши час одного імпульсу 0,01с| на число кліток|клітина|, визначити масштаб часу ,с/клітка. На екрані осцилографа|осцилограф| виміряти|виміряти|, якому числу клітинок|клітина| відповідає період вільних коливань і визначити його в секундах. Записати відповідні цьому режиму значення R, L і С|із|, необхідні для аналітичного розрахунку періоду T_св і порівняння його з|із| експериментальним|експериментальний| значенням.

|тлумачення|У значення R_Σ, окрім|крім| опору регульованого резистора, включити інші опори контуру: активні опори котушки|катушка| і внутрішній опір блоку живлення|харчування| 10 Ом. Активним опором конденсатора і проводів можна знехтувати.

7). Зібрати|повизбирувати| схему, зображену|змальовану| на рис. 2.8.5 з|із| послідовно сполученого|з'єднаний| резистора і котушки|катушка| індуктивності. До затисків резистора R приєднати осцилограф. Включити тумблер Т і отримати|одержати| криві перехідного|перехідний| процесу, показані на рис. 2.8.1, г.

Опір R повинен бути вибраний таким, щоб перехідний процес закінчувався за час одного імпульсу напруги|напруження|, тобто за 0,01 с|із| (крива практично повинна зливатися з|із| горизонтальною лінією, відповідною сталому значенню струму|тік|). В той же час не слід скорочувати тривалість перехідного|перехідний| процесу, оскільки|тому що| тоді важко буде провести дотичну для визначення електромагнітної постійної часу.

Рис. 2.8.5. Схема з|із| послідовним сполученням|з'єднаний| резистора і котушки|катушка| індуктивності

8). Змалювати з екрану осцилографа|осцилограф| криву перехідного|перехідний| струму|тік|, аналогічну зображеною|змальованою| на рис. 2.8.1, г, провести дотичну з|із| будь-якої точки кривої |і визначити електромагнітну постійну часу. Записати ||значення індуктивності і активного опору контуру.

Якщо опір R вибраний так, що перехідний процес закінчується за час 0,01с|із|, то стала часу дорівнює 0,01/5 = 0,002 с|із|, оскільки|тому що| тривалість перехідного|перехідний| процесу практично рівна (4...5)τ_.

У сумарний активний опір контуру R_Σ включити опір резистора, активний опір котушки|катушка| і внутрішній опір джерела.

9). Зібрати|повизбирувати| схему, показану на рис. 2.8.6, з|із| послідовно сполучених|з'єднаний| джерела ЕРС|, резистора R і конденсатора С|із|. Активним опором конденсатора |крихта,малість| можна знехтувати. Приєднавши осцилограф і включивши тумблер Т, отримати|одержати| криві перехідного|перехідний| процесу, аналогічні рис. 2.8.2, г.

10). Змалювати криву і виконати завдання|задавання| п.8, записати значення R і С.

11). Приєднати осцилограф до ємності|місткість| і змалювати графік напруги|напруження| на ємності|місткість|.

Рис. 2.8.6. Схема з|із| послідовним сполученням|з'єднаний| резистора і котушки|катушка| індуктивності

Обробка результатів дослідів.

1. По відомих параметрах R_Σ ,L ,C (п. 6) розрахувати період вільних коливань T_св і порівняти результати з|із| отриманими|одержаним| дослідним|дослідний| шляхом|колія,дорога|.

2. По відомих параметрах R_Σ і L (п. 8) розрахувати електромагнітну сталу часу контуру і визначити її дослідним|дослідний| шляхом|колія,дорога| як піддотичну до кривої перехідного|перехідний| струму|тік|. Порівняти результати.

3. По відомих параметрах R_Σ і С|із| (п. 10) розрахувати сталу часу контуру і визначити її дослідним|дослідний| шляхом|колія,дорога| як піддотичну до кривої розряду конденсатора. Результати порівняти.

Контрольні запитання.

1. Пояснити причини появи перехідних|перехідний| процесів в електричних колах|цеп,ланцюг|.

2. Чому дорівнює стала часу в колах|цеп,ланцюг| з|із| R і L, R і C? Як визначити її дослідним|дослідний| шляхом|колія,дорога|?

3. Які перехідні|перехідний| процеси з|із| R, L і С|із| відносяться до коливальних, аперіодичних, критичних?

4. Як по співвідношенню параметрів R, L і С|із| можна судити про характер|вдача| перехідного|перехідний| процесу в колі|цеп,ланцюг|?

5. Як теоретично і експериментально визначити період вільних коливань в колі|цеп,ланцюг| з R, L і С|із|?

6. Як в колі|цеп,ланцюг| з|із| послідовним з’єднанням|сполучення,сполука| R і L, R і С |із|збільшити або скоротити тривалість перехідних|перехідний| процесів?

7. Як визначити, скільки часу практично продовжується|тривати| перехідний процес в колі|цеп,ланцюг| з|із| послідовним з’єднанням|сполучення,сполука| R і L, R| і С|із|, R, L і С|із| (коливальний процес)?