Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Исследование режимов работы электрических цепей в системе "Electronics Workbench": Методические указания к лабораторному практикуму

Голосов: 2

Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа электрических схем. Работа в реальной лаборатории требует больших временных затрат на подготовку эксперимента. Electronics Workbench - электронная лаборатория, позволяет сделать изучение электрических схем более доступным. Ошибки экспериментатора в реальной лаборатории могут привести к большим материальным потерям, в то время как, работая в Electronics Workbench, студент застрахован от случайного поражения током, а приборы не выйдут из строя из-за неправильно собранной схемы. Программа Electronics Workbench использует стандартный интерфейс Windows, что значительно облегчает её использование. Пособие включает лабораторные работы №№ 9-16.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

        Оренбургский государственный университет

       Кафедра теоретической и общей электротехники



               Л.В. БЫКОВСКАЯ
                  Н.В.ГОЛУБЬ




ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ
   РАБОТЫ ЛИНЕЙНЫХ
 ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
В СИСТЕМЕ «ELECTRONICS
      WORKBENCH»

           МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
        К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ




 Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом
     Оренбургского государственного университета


                   Оренбург 2001


ББК 31.211я7
    Б 95
УДК 621.3.011.7


    Исследование РЕЖИМОВ РАБОТЫ линейных
     электрических цепей в системе «Electronics
                   Workbench»


                              Введение
       Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench
предназначена для моделирования и анализа электрических схем. Работа в
реальной лаборатории требует больших временных затрат на подготовку
эксперимента. Electronics Workbench – электронная лаборатория, позволяет
сделать изучение электрических схем более доступным. Ошибки экспери-
ментатора в реальной лаборатории могут привести к большим материаль-
ным потерям, в то время как, работая в Electronics Workbench, студент за-
страхован от случайного поражения током, а приборы не выйдут из строя
из-за неправильно собранной схемы.
       Программа Electronics Workbench использует стандартный интер-
фейс Windows, что значительно облегчает её использование.




2


                                          Меню
                                          Панель инструментов
                                          Панель компонентов          Выключатель

        Соединяющий узел
        Заземление
        Источник постоянной ЭДС                      Поле элементов
        Источник постоянного тока
        Источник переменной ЭДС
        Источник переменного тока
        Резистор
        Конденсатор
        Катушка индуктивности
        Трансформатор


        Переменный резистор
        Переменный конденсатор
        Катушка с переменной индуктивностью




                              Рисунок 1
       На рисунке 1 показаны основные элементы, используемые для мо-
делирования и анализа электрических схем. Моделирование схем осущест-
вляется путём выбора необходимых элементов из библиотеки компонен-
тов и перемещением их с помощью «мыши» на рабочее поле. Двойным
щелчком левой кнопки «мыши» на элементе возможно открыть диалоговое
окно, в котором указаны параметры этого элемента. Вращение элементов
на рабочем поле осуществляется комбинацией клавиш <Ctrl>+<R>. Соеди-
няя выводы элементов между собой, получаем электрическую схему.

1 Лабораторная работа № 9 Исследование режимов ра-
  боты трехфазной цепи при соединении приёмника
                      звездой
       Цель работы: Изучить влияние различных нагрузок на величину
фазных напряжений и на смещение нейтрали приёмника, соединенного в
звезду, в трёхпроводной трёхфазной цепи и на величину тока в нулевом
проводе в четырёхпроводной трёхфазной цепи.




                                                                                    3


1.1 Эксперимент 1: Соотношение напряжений в трёхфазном генераторе.

                                  Рисунок 2
      Таблица 1.1
                          Эксперимент                    Расчёт

     Величина       Модуль дей-                 Модуль дей-
                    ствующего         Угол, °   ствующего         Угол, °
                    значения, В                 значения, В

        UA

        UB

        UC

       UAB

       UBC

       UCA
Откройте файл лаб9-э1 (рисунок 2). Определите комплексы всех фазных и
линейных напряжений трёхфазного генератора с помощью Боде-плоттера
и осциллографа, полученные значения занесите в таблицу 1.1. Подтвердите
полученные результаты расчётами. Постройте топографическую диаграм-
му напряжений.
      Боде-плоттер имеет четыре зажима: два входных (IN) и два выход-
ных (OUT). Для измерения фазового сдвига нужно подключить левые вы-




4


воды входов IN и OUT к исследуемым точкам, а два других вывода за-
землить. При двойном щелчке мышью по уменьшенному изображению
Боде-плоттера открывается его увеличенное изображение (рисунок 3).
                                   Рисунок 3
       Верхняя панель плоттера задает вид получаемой характеристики:
при нажатой кнопке <MAGNITUDE> получаем амплитудо-частотную ха-
рактеристику , при нажатой кнопке <PHASE> - фазо-частотную. Панель
<VERTICAL> задает начальное и конечное значения параметров, отклады-
ваемых по вертикальной оси. Для получения фазо-частотной характери-
стики откладываются градусы от минус 720° до 720°. На этой же панели
указывается вид шкалы вертикальной оси – логарифмическая или линей-
ная. Панель <HORIZONTAL> настраивается аналогично. Ниже в окошках
индицируется значение частоты и фазы. К входу плоттера необходимо
подключить источник переменного напряжения без каких-либо настроек.
На рисунках 2 и 3 показано подключение осциллографа и плоттера для оп-
ределения амплитуды и фазы напряжения UAB. На рисунке 4 приведен
пример расчёта напряжения UAB в системе MathCad.
       1.2 Откройте файл лаб9-э2 (рисунок 5) Установите равномерную
нагрузку в фазах и занесите показания приборов в таблицу 1.2. Установите
неравномерную нагрузку, для этого в одной из фаз измените величину на-
грузки и занесите показания приборов в таблицу 1.2. В этой же фазе про-
изведите обрыв фазы и занесите показания приборов в таблицу 1.2. Под-
твердить правильность полученных результатов во всех экспериментах
расчётом и по результатам измерений и расчётов постройте для каждого
эксперимента векторные диаграммы токов и топографические диаграммы
напряжений.

       Комплексные действующие значения фазных напряжений генератора
       UA := 220
                      
                      i⋅ 240⋅
                              π 

       UB := 220 ⋅ e 
                             180 

                      
                    i⋅ 120⋅
                              π 

       UC := 220 ⋅ e   180 

       Комплексное действующее значение линейного напряжения UAB
       UAB := UA − UB                 UAB = 330 + 190.526i
        модуль                       угол                    амплитуда
        UAB = 381.051                arg( UAB) = 30 deg        UAB ⋅ 2 = 538.888




                                                                                   5


                                Рисунок 4




                                   Рисунок 5
       1.3 Откройте файл лаб9-э3 (рисунок 6).Установите равномерную
нагрузку в фазах и занесите показания приборов в таблицу 1.3. установите
неравномерную нагрузку, для этого в одной из фаз измените величину




                                Рисунок 6


        Таблица 1.2
Э                                Равномерная   Неравномер-
                 Опыт                                         Обрыв фазы
к                                нагрузка      ная нагрузка
с   Линейное напряжение Uл, В
п
е   Фазное напряжение UA, В
р
    Фазное напряжение UВ, В
и
м   Фазное напряжение UС, В
е
н   Фазный ток IA, A
т   Фазный ток IB, A


6


    Фазный ток IC, A
    Ток нулевого провода I0, А
Р   Комплекс нагрузки в фазе А
а
    Комплекс нагрузки в фазе В
с
ч   Комплекс нагрузки в фазе С
ё
    Ток нулевого провода I0, А
т
        Таблица 1.3
                                  Равномерная   Неравномер-
                 Опыт                                          Обрыв фазы
                                  нагрузка      ная нагрузка
Э   Линейное напряжение Uл, В
к
с   Фазное напряжение UA, В
п   Фазное напряжение UВ, В
е
р   Фазное напряжение UС, В
и
м   Фазный ток IA, A
е   Фазный ток IB, A
н
т   Фазный ток IC, A
    Напряжение смещения геомет-
    рической нейтрали U0′0, B
Р   Комплекс нагрузки в фазе А
а
    Комплекс нагрузки в фазе В
с
ч   Комплекс нагрузки в фазе С
ё
    Напряжение смещения геомет-
т
    рической нейтрали U0′0, B

нагрузки и занесите показания приборов в таблицу 1.3. В этой же фазе
произведите обрыв фазы и занесите показания приборов в таблицу 1.3.
Подтвердить правильность полученных результатов во всех экспериментах
расчётом и по результатам измерений и расчётов постройте для каждого
эксперимента векторные диаграммы токов и топографические диаграммы
напряжений.
       Проведите анализ полученных результатов и объясните вид полу-
ченных вольтамперных характеристик элементов электрических цепей по-
стоянного тока.
        1.4   Контрольные вопросы
1.4.1 Что такое трёхфазная цепь и трёхфазные системы э.д.с., токов и на-
     пряжений?



                                                                            7


1.4.2 Какие режимы работы трёхфазных цепей называются симметричны-
     ми?
1.4.3 Каковы соотношения между фазными и линейными токами и напря-
     жениями в трёхфазной цепи при симметричном режиме и соединении
     приемника в звезду?
1.4.4 Что такое смешение нейтрали трёхфазного приёмника и в каких слу-
     чаях возникает?
1.4.5 В каких случаях и с какой целью в трёхфазных цепях делают нулевой
     провод?

    2 Лабораторная работа № 10 Исследование режимов
    работы трехфазной цепи при соединении приёмника тре-
                              угольником
      Цель работы: Исследовать режимы работы симметричных и не-
симметричных трёхфазных приемников, соединенных в треугольник.
        2.1 Откройте файл лаб9-э1 (рисунок 7). Установите равномерную




                               Рисунок 7
нагрузку в фазах и занесите показания приборов в таблицу 2.1.
       2.2 Откройте файл лаб10-э2. Установите неравномерную нагрузку,
для этого в одной из фаз измените величину нагрузки и занесите показания
приборов в таблицу 2.1.
      2.3 Установите равномерную нагрузку, затем отключите один из
линейных проводов от сетевого зажима (файл лаб10-э3). Произведите из-
мерения напряжений и токов и запишите их значения в таблицу 2.1
        Таблица 2.1
                                 Равномерная   Неравномер-      Обрыв линей-
Э              Опыт
                                 нагрузка      ная нагрузка     ного провода
к


8


к   Линейное напряжение Uл, В
с
п   Фазное напряжение UAВ, В
е
    Фазное напряжение UВС, В
р
и   Фазное напряжение UСА, В
м
е   Линейный ток IA, A
н   Линейный ток IB, A
т
    Линейный ток IC, A
    Фазный ток Iав, А
    Фазный ток Iвс, А
    Фазный ток Iса, А
Р
    Комплекс нагрузки в фазе ав
а
с
    Комплекс нагрузки в фазе вс
ч
ё
    Комплекс нагрузки в фазе са
т
      2.4 Подтвердите правильность полученных результатов во всех
экспериментах расчётом и по результатам измерений и расчётов постройте
для каждого эксперимента векторные диаграммы токов совместно с топо-
графическими диаграммами напряжений.

                        2.5 Контрольные вопросы
2.5.1 Какие режимы трёхфазных цепей называются симметричными и ка-
       кие несимметричными?
2.5.2 Каковы соотношения между фазными и линейными токами и напря-
       жениями в трёхфазных цепях при симметричном режиме в случае
       соединения приёмника треугольником?
2.5.3 Запишите систему мгновенных значений э.д.с. для трёхфазного гене-
       ратора обмотки, которого соединены треугольником.

    3 Лабораторная работа №11 Гармонический анализ
             несинусоидального напряжения

Цель работы: Произвести аналитический спектральный анализ несину-
соидального напряжения. Вычислить действующее значение несинусои-
дального напряжения и коэффициенты, характеризующие форму кривой
мгновенных значений напряжения.
                Порядок проведения экспериментов
      3.1 Откройте файл лаб11-э1 (рисунок 8).


                                                                          9


                               Рисунок 8
       В качестве источника питания в этой схеме используется функцио-
нальный генератор. Лицевая панель генератора показана на рисунке 8. Вы-
бор формы сигнала осуществляется одной из трёх кнопок в верхней части
панели: синусоидальная, треугольная и прямоугольная. В строке Frequency
устанавливается частота выходного сигнала. В строке Duty cycle устанав-
ливается коэффициент заполнения в процентах: для импульсных сигналов
это отношение длительности импульса к периоду повторения, для тре-
угольных сигналов – соотношение между длительностями переднего и
заднего фронта. В строке Amplitude устанавливается амплитуда выходного
сигнала. В строке Offset устанавливается смещение (постоянная состав-
ляющая) выходного сигнала.
       3.2 Установите треугольную форму сигнала, значения амплитуды,
постоянной составляющей.
       3.3 Запишите установленные на осциллографе масштабы напря-
жения и времени. Лицевая панель осциллографа показана на рисунке 9.
Осциллограф имеет два канала (channel) А и В c раздельной регулировкой
чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел до 5 КВ/дел и регулировкой
смещения по вертикали (Y POS). Выбор режима по входу осуществляется
нажатием кнопок <AC>, <0>, <DC>. Режим <AC> предназначен для на-
блюдения только сигналов переменного тока. В режиме <0> входной за-
жим замыкается на землю. В режиме <DC> можно производить измерения
как постоянного, так и переменного тока. В режиме развертки <Y/T> - по
вертикали показан сигнал напряжения, по горизонтали – время; в режиме
<В/А> - по вертикали – сигнал В, а по горизонтали – сигнал А; в режиме
<А/В> - по вертикали – сигнал А, а по горизонтали – сигнал В. Длитель-
ность развертки (TIME BASE) может быть задана от 0.1 нс/дел до 1 с/дел с
возможностью установки смещения по горизонтали (XPOS). Заземление

10



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика