Изучить порядок работы с двухлучевым осциллографом

Программа работы

1. Собрать схему нерегулируемого выпрямителя с емкостью (рис. 12.9). Вместо тиристора в схеме используется диод Д-245. Сопротивление R₁ = 1 Ом введено в схему для получения кривой напряжения, форма которого в точности совпадает с формой входного тока. Конденсатор с емкостью С_И =10÷30 мкФ компенсирует влияния внутреннего сопротивления генератора (без него резко уменьшается напряжение на выходе генератора при открывании диода).

2. Получить на экране осциллографа одновременно кривые напряжения и тока, сфотографировать их или скопировать на кальку. Перенести эти кривые в рабочую тетрадь. Сравнить экспериментальные кривые с расчетными.

3. Собрать схему нерегулируемого выпрямителя с индуктивной нагрузкой. Вместо тиристора в схеме используется диод Д-245.

4. Получить на экране осциллографа одновременно кривые тока и напряжения, сфотографировать их или скопировать на кальку. Перенести экспериментальные кривые в рабочую тетрадь и сравнить с расчетными.

5. Сделать выводы по работе. Объяснить причины расхождения экспериментальных и расчетных кривых.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Почему схемы с диодами и тиристорами ведут себя как схемы с ключами?

2. Изменится ли работа схем рис. 12.9 и рис. 12.10, если вместо тиристора поставить диод?

3. Что произойдет в схеме рис. 12.10, если между точками a и b поставить диод («+» в точке b)?

4. Как изменились бы все кривые, если вместо одного тиристора включить тиристорный мост?

5. Почему в схеме рис. 12.9 на кривой тока наблюдается вертикальная полоса в момент отпирания?

6. Почему в схеме рис. 12.10 наблюдаются скачки тока (узкие вертикальные линии)?

Лабораторная работа № 10

ЯВЛЕНИЕ ФЕРРОРЕЗОНАНСА

В НЕЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: исследование явлений резонанса при последовательном соединении нелинейной катушки индуктивности и линейной емкости.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В цепи, содержащей последовательно или параллельно соединенные нелинейную катушку и линейный конденсатор, при монотонном изменении действующего значения напряжения или тока источника на входе цепи без изменения параметров схемы можно достигнуть равенства напряжений (последовательное соединение) или токов (параллельное соединение) реактивных элементов, то есть добиться в схеме режима резонанса напряжений или токов. Этого невозможно добиться в линейных цепях. Такое явление в цепях, содержащих нелинейные элементы, называется явлением феррорезонанса.

Также при изменении действующего значения напряжения или тока источника на входе цепи могут происходить скачкообразные изменения соответственно амплитуд и фазы тока или напряжения. Это явление носит название триггерного эффекта. Такие релейные эффекты невозможны в линейных цепях.

При синусоидальном напряжении или токе источников токи и напряжения на отдельном участках нелинейной цепи несинусоидальные. Ввиду симметрии вебер–амперной характеристики катушки несинусоидальные токи и напряжения содержат нечетные гармоники, причем амплитуда третьей, пятой и т.д. гармоник значительно меньше первой. Поэтому анализ цепей с достаточной точностью можно проводить по первой гармонике или экспериментальным действующим значениям (сюда входят и высшие гармоники), считая их действующими значениями первой гармоники, и связи с этим перейдем от несинусоидальных кривых к эквивалентным синусоидами.

Различают феррорезонанс напряжений и феррорезонанс токов в соответствии со способом соединения катушки индуктивности и конденсатора.

Феррорезонанс напряжения

При последовательном соединении конденсатора и катушки со стальным магнитопроводом (рис. 10.1, а) наблюдается феррорезонанс напряжений.

На основании метода эквивалентных синусоид, не учитывая влияния высших гармоник, можно сказать, что напряжение на индуктивном элементе опережает ток на угол 90^°, напряжение конденсатора отстает от тока на угол 90^°, что можно показать на векторной диаграмме (рис. 10.1, б) не учитывая активные потери в катушке.

Входное напряжение равно сумме напряжений катушки и конденсатора .

Так как напряжения U_L и U_C находятся в противофазе, то действующее значение входного напряжения можно рассчитать U = |U_L -U_C|.

На рис. 10.2 изображены вольт–амперные характеристики катушки U_L(I) и конденсатора U_C(I) для действующих значений. Вольт–амперная характеристика всей цепи U(I) построена на том же рисунке как разность характеристик катушки и конденсатора при одинаковых значениях тока. Точка пересечения кривой U(I) с осью абсцисс, где напряжение конденсатора компенсируется напряжением катушки, соответствует феррорезонансу напряжения (U_L= U_C).

В отличии от резонанса в линейной цепи феррорезонанс может быть достигнут не только изменением параметров катушки и конденсатора, но и изменением тока источника питания. При изменении тока в цепи изменяется режим работы катушки, чем и достигается настройка в резонанс.

В реальной катушке всегда есть потери (в обмотке катушки, в сердечнике катушки и в конденсаторе). Учет потерь упрощается, если все потери отобразить на эквивалентной схеме замещения одним линейным активным сопротивлением, включенным последовательно с катушкой и конденсатором (рис. 10.3, а). Тогда общее напряжение в режиме резонанса не равно нулю.

По второму закону Кирхгофа общее напряжение на зажимах цепи можно записать .

Векторная диаграмма для этой цепи построена на рис. 10.3, б.

Это же выражение запишем в виде

В формуле учтено активное сопротивление катушки и сдвиг фаз между напряжениями U_R, U_Cи U_L .

Переходя к действующими значениям, получим

U = .

Вольт–амперная характеристика всей цепи с учетом сопротивления приведена на рис. 10.4

Если цепь питается от источника напряжения, то при плавном изменении напряжения питания в ней возможен триггерный эффект, то есть скачкообразное изменение тока в цепи и опрокидывание угла сдвига фаз между входным напряжением и током при незначительном изменении входного напряжения. Это явление на вольт-амперной характеристике (рис. 10.4) при увеличении напряжения питания представлено участком а-в, а при уменьшении – участком c-d. Точка р - точка опрокидывания фазы. Если источником энергии является источник тока, то, изменяя его значение, можно снять всю N-образную вольт-амперную характеристику.

Феррорезонанс токов

Рассмотрим параллельное соединение катушки со сталью и линейного конденсатора рис. 10.5, а, где может возникнуть феррорезонанс токов.

На рис. 10.5, б приведена векторная диаграмма токов и напряжений цепи для эквивалентных синусоид без учета потерь.

При синусоидальном напряжении источника питания ток в конденсаторе синусоидальный. Входной комплексный ток найдем по первому закону Кирхгофа .

Или его действующее значение I = | I_L - I_C |.

На рис. 10.6 построены вольт – амперные характеристики для действующих значений тока и напряжений катушки и конденсатора. В точке р этой характеристики наблюдается феррорезонанс токов, который можно достичь изменением напряжения источника питания.

Полученная кривая носит чисто теоретический характер, так как из-за потерь в стали и несинусоидальности тока катушки, даже при равенстве действующих значений токов в катушке и конденсаторе, входной ток в точке резонанса не будет равен нулю, так как ток катушки содержит высшие гармоники: первую I ,третью I и другие гармоники (обычно амплитуды 5-й, 7-й и т.д. гармоник очень малы, поэтому ими пренебрегаем).

Из–за тепловых потерь в катушке первая гармоника сдвинута по фазе относительно напряжения на угол меньше 90 . Ток I можно представить в виде двух составляющих:

- активной, обусловленной потерями в катушке,

и - реактивной:

Действующее значение тока катушки определяется по формуле

При резонансе взаимно компенсируются ток конденсатора и реактивная составляющая первой гармоники тока катушки . Общий ток при резонансе

Из-за активного сопротивления катушки и высших гармоник вольт-амперная характеристика цепи имеет вид, показанный на рис. 10.7.

Построение характеристики по аналогии с последовательным соединением базируется на кривых I_R(U), I_L(U), I_C(U) заданием произвольных значений напряжения U и вычислении соответствующих значений тока по формуле

Если цепь (рис. 10.5) питается от источника тока, то входное напряжение становится несинусоидальным, и процессы усложняются. В этом случае возможен триггерный эффект (участок a-b и c-d рис. 10.7), т.к. ВАХ соединения неоднозначна относительно тока.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 358; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!