Содержание и порядок выполнения работы

В лабораторной работе используют источник синусоидального напряжения  из модуля  ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР  и  источник  напряжения  U = 0…12 В из блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ UZ4 с регулируемым по величине напряжением. Измерительные приборы расположены в блоке МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ постоянного тока. Элементы электрической цепи выбирают из модуля НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Для получения зависимостей от времени используют осциллограф.

· Собрать цепь по схеме, показанной на рис. 1П протокола измерений.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблер SA3 источника МОДУЛЬ ПИТАНИЯ UZ40…12 В. Установить напряжение U = 0.

· Плавно изменяя регулятором напряжения ток  от нуля до 90 мА с шагом 10 мА экспериментально получить статическую характеристику нелинейного элемента. Измеренные величины занести в табл. 1П протокола измерений.

· Изменить полярность подключения нелинейного элемента R1. Повторить измерения тока и напряжения. Измеренные величины занести в табл. 1П.

· Выключить тумблер SA3 источника МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

· Собрать цепь по схеме, показанной на рис. 2П. Нелинейный элемент и шунт  Ом взять из модуля НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Включить тумблер СЕТЬ модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Переключатель Форма установить в положение . Регулятором Частота установить частоту f =20 Гц. Регулятором Амплитуда установить величину действующего значения напряжения U = 4 – 5 В.

· Включить осциллограф. Настроить нулевое значение сигнала, повернуть ручку регулятора вертикальной развертки по часовой стрелке до упора.

· Подключить Вход 1 осциллографа к источнику. Настроить ручки горизонтальной развертки осциллографа таким образом, чтобы на экране полностью укладывался один период колебаний. Настроить переключатель усиления по напряжению так, чтобы максимально использовалась площадь экрана.

· Подключить Вход 1 осциллографа на шунт. Срисовать на кальку с экрана осциллографа кривую зависимости . На рисунке написать масштаб  усиления по напряжению.

· Утвердить протокол измерений у преподавателя.

· Выключить тумблер СЕТЬ модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

Протокол измерений к лабораторной работе №21

«Нелинейная резистивная цепь»

Схема для измерения ВАХ нелинейного элемента показана на рис. 1П.

Рис. 1П

Экспериментальная ВАХ элемента представлена в табл. 1.

Таблица 1П

При прямой полярности подключения
, В
, мА	10	20	30	40	50	60	70	80	90
При обратной полярности подключения
, В	0
, мА	0	–10	–20	–30	–40	–50	–60	–70	–80

Схема с нелинейным элементом показана на рис. 2П.

Рис. 2П

Частота 20 Гц, сопротивление шунта  Ом.

Осциллограмма напряжения на шунте прикреплена к протоколу измерений.

Работу выполнили _________________________

Работу проверил _________________________

Содержание отчета

1. Нарисовать схемы исследуемых цепей. Перенести данные из протокола.

2. Построить график ВАХ нелинейного элемента. Графически аппроксимировать нелинейную характеристику тремя звеньями ломаной линии.

3. Рассчитать ток в цепи с нелинейным элементом, используя аппроксимацию ВАХ. Сравнить расчетную и экспериментальную зависимости тока.

Отчет по лабораторной работе №21

«Нелинейная резистивная цепь»

ВАХ нелинейного элемента

Схема для измерения ВАХ нелинейного элемента показана на рис. 1. Экспериментальная ВАХ для прямой и обратной полярности подключения элемента представлена в табл. 1.

Рис. 1

Таблица 1

, В
, мА	10	20	30	40	50	60	70	80	90
, В	0
, мА	0	–10	–20	–30	–40	–50	–60	–70	–80

График экспериментальной зависимости приведен на рис. 2.

Рис. 2

На рис. 2 выполнена графически аппроксимация нелинейной характеристики тремя звеньями ломаной линии. Функции ВАХ на участках аппроксимации: ; ; . На рис. 2 на каждом участке аппроксимации показаны координаты двух точек, через которые проходит прямая линия (смотри пояснения на рис. 21.2). Параметры аппроксимирующих функций рассчитаны по координатам этих точек:

для первого участка                      ,                         мА;

для второго участка                      ;

для третьего участка                      ,                         мА.

Расчет цепи

Схема с нелинейным элементом показана на рис. 1. Функция входного напряжения                                        В.

Расчет цепи выполнен методом кусочно-линейной аппроксимации:

для первого участка                                                                           мА;

для второго участка                                                                          мА;

для третьего участка                                                                         мА.

Моменты времени перехода с одного участка на другой определены по граничным значениям тока             мА,               мА (см. рис. 21.2).

                мс;                            мс.

            мс;                   мс.

Расчет функции тока выполнен в табл. 2.

Таблица 2

, мс
, мА
, мс
, мА

Графики расчетной и экспериментальной зависимости тока на шунте представлены на рис. 4.

Рис. 4

Работу выполнили _________________________

Работу проверил _________________________

Лабораторная работа № 22
Катушка с ферромагнитным сердечником

Целью работы является экспериментальное определение параметров схемы замещения катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником для основного магнитного потока.

Общие сведения

При расчетах установившегося периодического процесса несинусоидальный ток в катушке с ферромагнитным сердечником заменяют эквивалентным синусоидальным . Это дает возможность записывать уравнения цепи в комплексной форме и строить векторные диаграммы.

Амплитудное значение эквивалентного синусоидального тока , где I действующее значение несинусоидального тока катушки. Начальная фаза  определяется из условия сохранения потерь .

Пренебрегаем магнитным потоком рассеяния. Синусоидальное напряжение , приложенное к катушке, уравновешивает э. д. с. индукции от изменения основного магнитного потока и падение напряжения на сопротивление  катушки

,

где – потокосцепление основного магнитного потока  (  замыкается по материалу сердечника). Практически всегда можно принять , поэтому . Потокосцепление  как и напряжение u, является синусоидальным и отстает от напряжения на угол . Эквивалентный синусоидальным  из-за наличия потерь отстает от напряжения на угол . Из условия сохранения потерь в цепи:

= ,

Начальная фаза эквивалентного синусоидального тока .

Замена несинусоидального тока эквивалентным синусоидальным позволяет экспериментально определить параметры схемы замещения катушки , (рис. 22.1) или ,  (рис. 22.2). Параметры определяются из физического эксперимента, в котором для заданного напряжения измеряют действующие значения тока и активную мощность  (рис. 22.3).

Рис. 22.1

Рис. 22.2

Параметры , , ,  определяются по формулам:

; ; = ; ; ; = ; .

Рис. 22.3

В отличие от линейной цепи величины , , ,  зависят от напряжения, приложенного к катушке.