Материал: mulp (1)

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

Рис. 11.9.

3.Перенести кривые i(t) и uC (t) в отчёт. Графически определить постоянную времени для каждой кривой.

4.Вычислить постоянную времени = RC и сравнить полученное значение со средним значением в п .3.

5.Аналитически рассчитать зависимости i(t) и uC(t) по форму-

лам (11.1) и (11.2).

Указание. Целесообразно числовые значения тока и напряжения найти

вмоменты времени t = 0, , 2 , 3 . Результаты расчета внести в табл. 11.2.

6. Построить расчетные кривые i(t) и uС(t) в тех же осях, что

икривые п. 3.

7.Проанализировать полученные результаты, сделать выводы по

работе.

71

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

Содержание отчета

1.Наименование и цель работы.

2.Схема электрической цепи.

3.Ответы на вопросы подготовки к работе.

4.Экспериментальные кривые i(t) и uC(t) и расчётные кривые, построенные в одних осях, с графическим определением постоянной времени. Пример расчёта одной точки для каждой кривой i(t) и uC(t) заряда

иразряда конденсатора.

5.Выводы.

Рекомендуемая литература: [2, с.5–10], [4, с.282–298], [6, с.231–246], [7, с. 234–249]

72

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

Лабораторная работа № 12. Изучение обобщенных законов коммутации

Цель работы. Экспериментальная проверка закона сохранения суммарного заряда конденсаторов, подключенных к общему узлу, при импульсных переходных процессах. Экспериментальное исследование перераспределения энергии во время этих процессов.

Пояснения к работе

При переходных процессах в цепях с индуктивными сечениями и емкостными контурами может наблюдаться очень быстрая импульсная начальная часть процесса, сменяемая более медленной частью или установившимся режимом. Для упрощения анализа переходного процесса импульсную часть обычно считают происходящей мгновенно. При этом приходится признать возможным нарушение законов коммутации, связанных с непрерывностью напряжений на конденсаторах

итоков в индуктивностях.

Вто же время законы Кирхгофа требуют соблюдения в момент коммутации (t = 0) более общих закономерностей:

суммарный заряд конденсаторов в ветвях, подключенных к общему узлу, и суммарное потокосцепление индуктивностей в ветвях, образующих контур, в первый момент после коммутации (t = +0) сохраняют те же значения, которые они имели непосредственно перед коммутацией (t = –0).

Так что для каждого из узлов контура, составленного только из емкостей,

q(+0) = q(–0) или CuC(+0) = CuC(–0);

а для каждого контура, в который входят индуктивности, связанные в узел,

(+0) = (–0) или LiL(+0) = LiL(–0).

Во время импульсной части переходного процесса в конденсаторах возникают значительные (в идеализированных схемах – бесконечно большие) импульсы тока перезарядки малой длительности (в идеале – происходящие мгновенно). А на индуктивностях возникают импульсы перенапряжений из-за перераспределения суммарного потокосцепления между ними.

73

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

В то же время энергия электромагнитного поля, связанного с цепью (в конденсаторе запасается WЭ CuC2 / 2 , в индуктивности – WM LiL2 / 2 ),

изменяется на конечную величину. Из-за предположения о мгновенной коммутации такое изменение происходит скачком (так называемая «некор-

между контактами переключателя и в соединительных проводах, а также частично излучается в окружающее пространство.

Схема электрической цепи

В работе используется электрическая цепь, схема которой показана на рис. 12.1. Конденсатор С1=100 мкФ подключается к источнику постоянного напряжения U1= 12 В с помощью ключа К1. Ключ К3 при этом разомкнут.

Рис. 12.1

Всвою очередь с помощью ключа К2 конденсатор С2 (10 или 470 мкФ), соединяется с источником постоянного регулируемого на-

пряжения и заряжается до установленной величины U2 = 2 ÷ 15 В. Рекомендуемые значения этого напряжения выбираются из табл. 12.1 согласно варианту.

При размыкании К1 и К2 конденсаторы отсоединяются от источников, сохраняя заряд, приобретенный до коммутации.

Висходном положении (ключи К1 и К2 замкнуты, К3 – разомкнут)

конденсатор С1 заряжается до напряжения U1 (конденсатор С2 – до на-

пряжения U2). После срабатывания ключей происходит соединение двух конденсаторов с разными напряжениями одинаковой полярности. Это

74

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

позволяет проверить обобщенный закон коммутации о сохранении суммарного заряда конденсаторов, подключенных к общему узлу, даже если они образуют емкостный контур. Напряжения на конденсаторах контролируются вольтметром постоянного напряжения V. У вольтметра необходимо установить максимальное сопротивление.

Таблица 12.1.

Подготовка к работе

Проработав теоретический материал, ответить на вопросы.

1.Сформулировать обобщенные законы коммутации. Записать их

вявном виде применительно к схемам рис. 12.2, а, б.

2.Записать в явном виде формулы для вычисления суммарного

заряда конденсаторов С1 и С2, заряженных перед коммутацией до напряжений U1 и U2 соответственно, а после коммутации – до общего напряжения UC (+0). Сделать то же самое для суммарной энергии, запасенной в этих конденсаторах до коммутации W(–0) и непосредственно после нее W(+0).

3.Вывести соотношение между энергией, переходящей во время

коммутации из конденсатора С1, заряженного до напряжения Е, в незаряженный до этого конденсатор С2, и энергией, теряемой безвозвратно (для случая С1 = С2 в схеме рис. 12.2, б).

75