Порядок выполнения работы. Аппаратное и программное обеспечение

Аппаратное и программное обеспечение

1. Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

2. Графический манипулятор мышь.

3 Программа Electronics Workbench 5.0.

1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам самопроверки.

2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращаться с компьютером и его периферийными устройствами. Проверьте наличие устройств заземления.

3 Включить персональный компьютер, для этого:

3.1 Включить рабочую станцию компьютерной сети с помощью сетевого переключателя на системном блоке «Power».

3.2 Наблюдать загрузку компьютера.

3.3 Набрать на клавиатуре цифру 1 – загрузка с локального диска.

3.4. Для входа в систему нажать Ctrl + Alt + Delete.

3.5. После появления окна «Вход в систему» нажать «Enter».

3.6. Наблюдать выход компьютера в операционную систему Windows.

3.7. Два раза щёлкнуть манипулятором мышь на ярлык «Мой компьютер».

3.8. Выбрать диск D: найти папку Work, затем папку EWB512 (программа Elektronics Workbench)открыть файл WEWB 32. Получить изображение стандартного окна прогаммы.

4. Собрать схему проведения исследований

Рисунок 9.2 – Схема исследования трансформатора

В данной схеме используются:

G – генератор; Изм. АЧХ и ФЧХ – измеритель амплитудно-частотных (АЧХ) и фазочастотных (ФЧХ) характеристик; Осц. – осциллограф; Т1 – трансформатор; V1, V2 – вольтметры; А1, А2 – амперметры.

4.1 Установить значения измерительного сопротивления = 2 Ом и сопротивления нагрузки =200 Ом.

4.2 Линию соединения выхода генератора с осциллографом (на рисунке 9.2 линия(1)) выделить другим цветом. Для этого два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на линию и в раскрывшемся окне выбрать другой цвет, нажать «ОК». Окно закроется, цвет линии поменяется.

4.3 Щелкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов.

4.4 Установить частоту (frequency), равную 400 Гц, амплитуду (amplitude) – 310 В, длительность импульса (dute cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора, равную нулю.

4.5 Установить в вольтметрах V1 и V2 и амперметрах А1 и А2 режим измерения переменного тока. Для чего щёлкнуть манипулятором мышь на изображение элемента и в раскрывшемся окне выбрать режим (Mode) – AC (переменный ток).

4.6 Выбрать вид трансформатора. Для этого два раза щелкнуть на изображение трансформатора. В раскрывшемся окне в библиотеке (library) выбрать misc, а затем выбрать идеальную модель трансформатора(ideal).

4.7 Установить значения активных сопротивлений обмоток трансформатора. Для этого два раза щелкнуть на изображение трансформатора. В раскрывшемся окне щелкнуть на Edit и установить значение сопротивления первичной обмотки (RP), равное 20 Ом и значение сопротивления вторичной обмотки (RS), равное 10 Ом.

5 Снять зависимость напряжения нагрузки трансформатора от величины коэффициента трансформации N.

5.1 Установить значение коэффициента трансформации N =1. Для этого два раза щелкнуть на изображение трансформатора. В раскрывшемся окне щелкнуть на Edit и установить значение N, равное 1.

5.2 Меняя значение N = 1,2,5,7,10, снять показания вольтметров V1 и V2 и занести данные в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 – Данные исследования зависимости =f(N)

= В
N
,В
Расчетные значения N

6 Рассчитать значения коэффициента трансформации по формуле N = / , занести показания в таблицу 9.1 и сравнить полученные значения с установленными.

7 Снять осциллограммы напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора с коэффициентом трансформации N = 2, для чего:

7.1 Щёлкнуть два раза на изображение осциллографа.

7.2 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение I включателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

7.3 Щёлкнуть на изображение «Expand» лицевой панели осциллографа. Наблюдать временные диаграммы входного и выходного сигналов на расширенном экране.

7.4 Нажать манипулятором мышь надпись «Pause» на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм, или отключить формирование сигналов, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение 0 в правом верхнем углу окна.

7.5 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Время на деление» (Time base) время, соответствующее наблюдению двух периодов колебания.

7.6 Установить переключателем «Вольт на деление» (U/div) масштаб по оси амплитуд 200 В/дел.

7.7 Зарисовать в отчете временные диаграммы входного и выходного сигналов.

8 Исследовать внешнюю характеристику трансформатора.

8.1 Установить значение коэффициента трансформации N = 2.

8.2 Меняя значение сопротивление нагрузки =100, 200, 500, 1000, ∞ Ом, снять показания вольтметра V2 и амперметра A2 и заполнить таблицу 9.2.

Таблица 9.2 – Данные исследования внешней характеристики трансформатора

,Ом					∞
,мА
,В

9 Определить КПД трансформатора с коэффициентом трансформации N =2 при сопротивлении нагрузки =500 Ом, для чего:

9.1Снять показания амперметров и вольтметров и занести в таблицу 9.3.

9.2 Определить угол фазового сдвига между входным напряжением и током первичной обмотки трансформатора φ на частоте тока генератора: щёлкнуть два раза на изображение измерителя АЧХ и ФЧХ; на открывшейся лицевой панели данного прибора нажать манипулятором мышь кнопку «Phase» (для измерения фазы), вид шкалы Lin – линейный; щелчками манипулятора мышь установить в окошках пределы измерения: F – максимальное и I – минимальное значение по осям X (Horizontal) и Y (Vertical); по оси X: F = 500 Гц, I = 50 Гц, по оси Y:

F = 90⁰, I = -90⁰.

9.3 Рассчитать активные мощности в первичной и вторичной обмотках трансформатора и КПД по формулам:

cos φ,

,

.

Таблица 9.3 – Результаты измерений

, В	,А	, В	, мА	φ, град

10 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

11 Выключить оборудование.

12 Составить отчет по работе.

Содержание отчета

1 Наименование и цель работы.

2 Результаты решения домашней задачи (п. 4 раздела «Подготовка к выполнению лабораторной работы»).

3 Схема исследований (рисунок 9.1).

4 Результаты измерений и вычислений(таблицы 9.1, 9.2, 9.3).

5 Графики зависимостей =f(N), =f().

6 Ответы на контрольные вопросы(по заданию преподавателя).

7 Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1 Почему с ростом тока нагрузки меняется напряжение на нагрузке?

2 Как изменится ток в первичной обмотке при увеличении тока нагрузки?

3 Как изменится коэффициент трансформации трансформатора, если число витков первичной обмотки уменьшится в 5 раз при неизменном числе витков вторичной обмотки?

Содержание зачета

Студент должен знать ответы на контрольные вопросы; должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием по лабораторной работе,анализировать результаты работы.

Литература

1 Иванов И. И, Равдоник. М. В.С. Электротехника. – М.:Высш. шк., 1984. – С.135 – 162.

2 Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – С.166 – 180.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Элементы, которые содержатся в библиотеках компонентов (см. рисунок А.1)

Рисунок А.1− Панель инструментов

Панель компонентов состоит из пиктограмм. Все компоненты условно разбиты по применению и обозначаются соответствующими значками-пиктограммами, например, базовые компоненты содержатся в библиотеке, которая обозначена следующей пиктограммой: . Щелкнув мышью на одну из пиктограмм, можно открыть соответствующую библиотеку компонентов, где изображены различные элементы. Чтобы собрать схему надо из библиотек программы достать необходимые элементы. Необходимый элемент переносится из каталога на рабочее поле движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается. После того, как все необходимые элементы будут вызваны из библиотек, производится соединение их выводов проводниками.

Для соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать мышью по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения. Аналогично включаются все элементы.

Чтобы установить значение параметра элемента, надо два раза щёлкнуть левой клавишей манипулятора мышь на изображение элемента и поменять его значение в раскрывшемся окне. Нажать «OK», окно закроется, значение элемента изменится.

Приборы для проведения измерения: вольтметры и амперметры находятся в библиотеке индикаторов: .

Вольтметр используется для измерения переменного (АС) и постоянного(DC) напряжения. Выделенная толстой линией сторона прямоугольника, изображающего вольтметр, соответствует клемме заземления. Двойным щелчком мыши открывается диалоговое окно для изменения параметров вольтметра:

Рисунок А.2− Диалоговое окно вольтметра

Resistance (R) – величина внутреннего сопротивления (задана по умолчанию).

Mode – вид измеряемого напряжения. При измерении переменного напряжения (АС) вольтметр будет показывать действующее значение напряжения.

Амперметр: используется для измерения переменного (AC) и постоянного (DC) тока. Установка параметров амперметра аналогична вольтметру.

Приборы из библиотеки приборов: . Данные приборы можно использовать в схеме только один раз.

Мультиметр: используется для измерения: напряжения (постоянного и переменного), тока (постоянного и переменного), сопротивления, уровня напряжения в дБ.

Осциллограф: представляет собой аналог двулучевого запоминающего осциллографа. На изображении имеется четыре входных зажима:

- верхний правый – общий (земля);

- нижний правый – вход синхронизации;

- левый и правый – нижние зажимы представляют собой соответственно вход канала А (channel A) и вход канала B (channel B). Чтобы получить панель управления осциллографа надо два раза щелкнуть манипулятором мышь на его изображение.

Панель управления состоит из поля управления горизонтальной разверткой (масштабом времени – Time base), поля управления каналом А, поля управления каналом В.

Управление горизонтальной разверткой служит для задания масштаба горизонтальной оси осциллографа при наблюдении напряжения в зависимости от времени. Временной масштаб задается в с/дел, мс/дел, мкс/дел, нс/дел и выбирается в зависимости от выбранной частоты сигнала. Масштаб увеличивается или уменьшается щелчками манипулятора мышь по кнопкам .

Управление каналами А и В позволяет изменять масштаб по оси напряжения. Мышью можно установить масштаб от 10 мВ/дел до 5 кВ/дел.

Нажатие клавиши Expand открывает окно расширенной модели осциллографа. На экране осциллографа расположены два курсора 1 (красный) и 2 (синий), при помощи которых можно измерить мгновенные значения напряжений в любой точке осциллограммы. Для этого надо перетащить мышью курсоры за треугольники в требуемую точку. Координаты точек пересечения первого курсора с осциллограммами отображены на левом табло: T1, VA1, VB1; координаты второго курсора на среднем табло: T2, VA2, VB2; на правом табло отображаются значения разностей между соответствующими координатами первого и второго курсоров: T2- T1, VA2- VA1, VB2- VB1. Чтобы развести изображения от каналов А и В, нужно воспользоваться сдвигом по оси Y (Y position) для одного или двух каналов.

Функциональный генератор: . Является идеальным источником напряжения, который вырабатывает сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы.

Средний вывод генератора заземляют. Крайние правый и левый выводы служат для подачи переменного напряжения на исследуемое устройство. Двойным щелчком манипулятора мышь открывается увеличенное изображение генератора:

Рисунок А.3 − Увеличенное изображение генератора

В генераторе можно задать следующие параметры:

- частоту выходного напряжения (Frequency);

- скважность сигнала (Duty cycle);

- амплитуду сигнала (Amplitude);

- постоянную составляющую выходного напряжения (Offset).

Требуемая форма сигнала выбирается нажатием манипулятора мышь на соответствующее изображение. Значения частоты, скважности и амплитуды устанавливаются с помощью клавиатуры и кнопок со стрелками.

Измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter): . Используется для получения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик устройств. Имеет четыре зажима: два входных (IN) и два выходных (OUT). Для измерения надо подключить положительные выводы входов IN и OUT (левые выводы) к исследуемым точкам, а два других вывода заземлить.

При двойном щелчке по уменьшенному изображению измерителя АЧХ и ФЧХ открывается его увеличенное изображение (см. рисунок А.4):

Рисунок А.4− Увеличенное изображение измерителя АЧХ и ФЧХ

Для получения АЧХ надо нажать кнопку Magnitude, для получения ФЧХ – Phase.

Левая панель управления (Vertical) задает:

- начальное (I – initial) и конечное (F – final) значения параметров, которые откладываются по вертикальной оси;

- вид шкалы – логарифмическая (Log) и линейная (Lin).

Правая панель управления (Horizontal) настраивается аналогично.

При получении АЧХ по вертикальной оси откладывается отношение напряжений, при получении ФЧХ – градусы. По горизонтальной оси всегда откладывается частота в Гц.

В начале горизонтальной шкалы расположен курсор. Его можно перемещать нажатием кнопки со стрелками, которая расположена справа от экрана, либо «перетаскивать» с помощью манипулятора мышь. Координаты точки пересечения курсора с графиком выводятся на информационных полях внизу справа.
СОДЕРЖАНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

Знакомство с программой Electronics Workbench 5.0…………4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.

Исследование источников……………………………………..10

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.

Исследование RL- и RC- цепей при гармоническом

воздействии……………………………………………………..17

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.

Исследование входных АЧХ и ФЧХ RL- и RC-цепей……….23

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.

Исследование резонансных явлений в последовательном колебательном контуре………………………………………………...31

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.

Исследование резонансных явлений в параллельном колебательном контуре……………………………………………………..38

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7.

Получение и исследование периодических сигналов негармонической формы……………………………………………………45

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8.

Переходные процессы в цепях первого порядка……………....51

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9.

Исследование однофазного трансформатора………………….58

ПРИЛОЖЕНИЕ А……………………………………………….66

Учебное издание

Дата добавления: 2014-12-25