3. Используемые оборудования и приборы

ИЗУЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА – Компьютерной измерительной системы.

Лабораторные работы по «Теория электрических цепей (ТОЭ)» проводится на комплектах лабораторного стенда ( производства ООО «Учебная техника»), организованной в виде Компьютерной измерительной системы . Каждый стенд и в своем составе содержит:

1.Обьек измерения  – исследуемые электрические цепи, состоящие из набора различных реальных элементов, собираемые по выбранной принципиальной электрической схеме на панели досок – на электрических гнездах лицевой панели лабораторного стенда. В гнезда можно вставлять элементы электрической цепи: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, потенциометры, транзисторы, диоды и другие.

2. Первичные измерительные преобразователи – датчики напряжений и тока в виде первичных амперметров, вольтметров с соответствующими обозначениями на панели – коннекторе, расположенные также на лабораторном стенде, через который выполняется измерение физических величин и преобразование из аналогового в цифровой сигнал, далее поступающий в компьютер.

3. Персональный компьютер с дисплеем, соединенный со стендом посредством плоского кабеля и интерфейсной платы, и программное обеспечение, создаваемые «виртуальные» цифровые и аналоговые приборы: осциллографы, вольтметры, амперметры, измерители угловых сдвигов, ваттметры и многие другие. Причем имеется возможность с помощью среды LabWIEW(Laboratory Virtual Instruments Engineering Workshop) (подобно среде программирования Delphi) – системы программирования, разработанной фирмой National Instruments, создавать новые приборы, необходимые в лабораторном практикуме.

4 .Приборы фронтальной панели - два цифровых мультиметра, которые можно использовать в качестве: вольтметра постоянного напряжения, вольтметра переменного напряжения, амперметра постоянного или переменного тока, омметра.

5 . Источники напряжения Справа от мультиметров расположены источники напряжений, которые можно использовать в составе исследуемых электрических цепей. Два генератора синусоидальных напряжений частотой 50Гц. Один однофазный, второй трехфазный. Величины их выходных напряжений не регулируются. Далее, справа, расположен генератор периодических напряжений специальной формы: синусоидальной, прямоугольной, последовательности импульсов положительной полярности и прямоугольной последовательности импульсов положительной и отрицательной полярностей. Форма напряжения выходного напряжения генератора выбирается с помощью переключателя «ФОРМА». С помощью ручки «АМПЛИТУДА» регулируется амплитуда выходного напряжения, а ручки «ЧАСТОТА»  – частота. Индикация частоты в килогерцах обеспечивается с помощью цифрового индикатора. Выходное напряжение – между гнездами «ВЫХОД» и «О».

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

4.1 Учебные задания и методические указания к их выполнению (для линейных цепей первого порядка) а.Расчетное (домашнее) задание

1 Рассчитать переходный процесс и построить график зависимости i_L(t) в RL- цепи рис. 1.1, а при U = 5 В; R =220 Ом, и L = 100 мГн. Определить постоянную времени  цепи и найти значения тока i_L(0₊), i_L(), i_L(2) и i_L(3), при t = 0, t = , t = 2 и t = 3 записав их в самостоятельно составленную таблицу(см. Таблицу 5.0). Повторить для случаев R = 470 Ом, L = 100 мГн и R = 100 Ом, L = 100 мГн.

2. Рассчитать переходный процесс и построить график зависимости u_С(t) в RС- цепи в схеме рис. 1.2, а при U = 5 В; R = 100 Ом, С = 10 мкФ. Определить постоянную времени  цепи и найти значения напряжения u_С(0₊), u_С(), u_С(2) и u_С(3), при t = 0, t = , t = 2 и t = 3 записав их в самостоятельно составленную таблицу (см. Таблицу 5.0). Повторить для случаев R =220 Ом , С = 10 мкФ, и R =220 Ом , С = 1 мкФ.

Б.Задание на эксперимент

1.Собрать цепи на лицевой панели лабораторного стенда согласно схеме эксперимента (рис. 1.1 и 1.2), включив в нее вместо реальных амперметров и вольтметров виртуальные приборы, изображенные на лицевой панели коннектора.

2.Открыть файл «ВП ТОЭ» прикладной программы, созданной в среде LabWIEW (подобно среде программирования Delphi), находящийся на рабочем столе монитора и включить виртуальные приборы – блок «Приборы I», в котором содержатся вольтметры и амперметры, а из меню этого блока позицию «Приборы II»  – осциллограф.

3. Выбрав генератор FG в качестве источника прямоугольного импульса напряжения с регулируемой частотой, подключив его выход и входы осциллографа к указанным на схеме узлам, снять ток i(t), напряжения u(t) (для рис. 1.1.и 1.2).

Установить параметры пассивных элементов схемы, рассчитанных в задании 1. Установить параметры функционального генератора FG (напряжение, частоту, смещение) и осциллографа, ориентировочные значения которых приведены на рис. 1.1.и 1.2. При этом длительность импульса генератора рекомендуется установить такой, чтобы выполнялось условие t_и > (3…5).

Примечание. Исследование переходных процессов в цепях проводить при положениях переключателей горизонтальной развёртки луча, обеспечивающих развертку длительности переходного процесса на 0,6...0,8 ширины экрана осциллографа.

Задание 1 .

1. Собрать RL-цепь (рис.4.1) при U = 5 В; R =220 Ом, и L = 100 мГн, включить программу «ВП ТОЭ». Скорректировать развёртку и уровни кривых u(t) , i_L(t) и u_L(t) на экране осциллографа (см. рис. 4.1 ., внизу). Зарисовать (распечатать) осциллограммы u(t) , переходного тока i_L(t) и напряжений u_L(t), занести их значения в таблицу – Таблица 5.1.

2. измерить значения амплитуды u(t) и i_L(t) при установившихся режимах и переходном при t = 0, t = , t = 2 и t = 3 из графика осциллограммы, а также по показаниям виртуальных приборов, подключенных к измерительной цепи; занести их значения в таблицу – Таблица 5.1.

3. Воспользовавшись методом касательных (таблицей параметров), определить постоянную времени  =L/R цепи и занести их значения в таблицу – Таблица 5.2,. Сравнить полученные результаты с расчётными значениями величин.

Рис.4.1 . RL-цепь для эксперимента.

Задание 2

4. Собрать RС-цепь (рис.4.2 .необходимо проводить без L )при U = 5 В; R = 100 Ом, С = 10 мкФ, включить программу «ВП ТОЭ». Скорректировать развёртку и уровни кривых u(t), i_С(t)и u_С(t) на экране осциллографа (см. рис. 1.2, ). Зарисовать (распечатать) осциллограммы напряжений u(t), i_С(t). и u_С(t), занести их значения в таблицу – Таблица 5.1

5. измерить значения u(t) и u_С(t) при установившихся режимах и переходном при t = 0, t = , t = 2 и t = 3 из графика осциллограммы, а также по показаниям виртуальных приборов, подключенных к измерительной цепи;. занести их значения в таблицу – Таблица 5.1

6. Воспользовавшись методом касательных, определить постоянную времени  =RC цепи и занести их значения в таблицу – Таблица 5.2. Сравнить полученные результаты с расчётными значениями величин.

Рис.4.2 . RC-цепь для эксперимента.

Задание 3. 1.Изменить значение параметров (R и L ) в RL или (R и C) RC-цепи так, чтобы переходный процесс сменился - длительность переходного процесса примерно равна длительности импульса генератора, больше длительности импульса, меньше длительности генератора.

2.Увеличив сопротивление R (100,220 и 470 Ом при L=100млГн), зарисовать (распечатать) осциллограмму для RL-цепи. Зарисовать (распечатать) осциллограмму токов и напряжения на индуктивности.

3. Увеличив сопротивление R(100,220 при С=10мкФ и 220 Ом при С=1мкФ), зарисовать (распечатать) осциллограмму для RС-цепи. Зарисовать (распечатать) осциллограмму токов и напряжения на конденсаторе.

4. Сравнить осциллограмму при трех R, обратив внимание на крутизну нарастания кривых токов и напряжения, при которых наблюдаются:

1. Эффект передачи неискаженных формы сигналов;

2. Эффект фильтрации;

3. Эффект интегрирования (дифференцирования).

5. Оценить эффективность переходного процесса.