 |
Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
|
|
|
|
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный исследовательский ядерный университет
«МИФИ»
Волгодонский инженерно-технический институт – филиал
НИЯУ МИФИ
Е.С.Молошная, О.В. Фоменко, И.Н. Садавова
ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Электротехника и электроника»
Волгодонск 2012
УДК 621.3.024 (076.5)
М 75
Рецензенты: канд. техн. наук, доц. А.А. Баранник
Линейные и нелинейные электрические цепи постоянного тока: Методические указания к лабораторным работам по электротехнике и основам электроники
/Е. С. Молошная, О.В. Фоменко, И.Н. Садавова; ВИТИ НИЯУ МИФИ. - Волгодонск, 2012.-20с.
Цель настоящие методических указаний – оказать помощь студентам при выполнении лабораторных работ по курсу «Электротехника и электроника», раздел «Электрические цепи постоянного тока».
Указания предназначены для студентов 3, 4 по направлениям 140400 «Электроэнергетика и электротехника», 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика», 141403 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг», 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника», 150700 «Машиностроение» профиль "Оборудование и технология сварочного производства", 271101 «Строительство уникальных зданий и сооружений», 141100 "Энергетическое машиностроение", 210100 «Электроника и наноэлектроника», 270800 «Строительство», 280700 «Техносферная безопасность» всех форм обучения.
Рекомендованы для использования в учебном процессе на заседании кафедры «Атомные электрические станции», протокола № 10, от 18.04.2012 г.
|
|
|
©ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2012
ЛАБОЛАТОРНАЯ РАБОТА №1
Исследование сложной цепи постоянного тока
Цель работы. Экспериментально исследовать сложные цепи постоянного тока, приобрести навыки в измерении тока и напряжения.
Программа работы
1.1 В соответствии с заданным вариантом вычертить схему исследуемой цепирис. 1.4. На схеме расставить произвольно стрелки (направления вычисления) токов во всех ветвях. Ознакомиться с используемыми приборами.
1.2 С помощью амперметра и вольтметра магнитоэлектрической системы или мультиметра определить величину и знаки всех токов, напряжений и ЭДС. Данные измерений записать в таблицу 1.1, строки 1,2.
1.3 Используя закон Ома, вычислить сопротивления резисторов в ветвях; измерить их мультиметром и сравнить результаты измерений и вычислений.Данные вычислений записать в таблицу 1.1,строка 3.
1.4 Для данной схемы составить полную систему уравнений Кирхгофа. Подставить в уравнения числовые значения ЭДС, токов и напряжений и убедиться в числовых равенствах.
1.5 Измерить ток в ветвях при раздельном включении источников. Вычислить результирующие токи, используя принцип наложения. Сравнить результаты вычисления и измерения с п.1.2. и убедиться в равенстве соответствующих токов. Данные измерений записать в таблицу 1.1,строки 4,5.
1.6 Определить ток в одной из ветвей (номер ветви задается преподавателем) методом эквивалентного генератора. Данные измерений и вычислений записать в таблицу 1.1,строки 6,7,8.
1.7 Составить баланс мощностей для исследуемой цепи, используя измеренные значения токов и напряжений.
1.8 Выполнить лабораторную работу на компьютере с использованием программыMultisim 10.
Таблица 1.1 - Измеряемые и рассчитываемые величины
| № п.п. | Измеряемые и рассчитываемая величины | № ветви | |||||
| I, A | |||||||
| U, B | |||||||
| R, Oм | |||||||
| I’, A | |||||||
| I”, A | |||||||
| U xx ab , B | |||||||
| I кз ab , A | |||||||
| Iab, A |
|
|
|
Пояснения к работе
Разветвленные электрические цепи с несколькими источниками питания называются сложными.
Для каждой ветви такой цепи справедлив закон Ома (рис.1.1):
(1.1)
Расчет таких цепей может быть произведен различными методами.
Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
Задаются условно положительным направлением токов во всех ветвях, после чего составляют уравнения по первому закону Кирхгофа для всех узлов, кроме одного:
(1.2)
Для узла a (рис. 1.2,а.)
(1.2)
и по второму закону Кирхгофа для всех независимых контуров 
(1.3)
Независимым считают контур, содержащий хотя бы одну ветвь, не входящую в другие контуры.
Рисунок 1.1 - Пассивная ветвь электрической цепи
При составлении уравнений по второму закону Кирхгофа
необходимо задаться положительными направлениями обхода контура.
а) б)
Рисунок 1.2- К примеру составления уравнений по первому а) и по второму б) закону Кирхгофа
Для контура (рис 1.2,б) по второму закону Кирхгофа
В итоге получается система уравнений первой степени с числом уравнений равным числу неизвестных токов, т.е. числу ветвей цепи. Искомые величины токов определяются при решении этой системы.
2.2Метод наложения заключается в том, что расчет сложной цепи с несколькими источниками ЭДСзаменяется расчетом простых цепей, число которых равно числу источников ЭДСв сложной цепи. Для этого из цепи поочередно исключают все источники ЭДСкроме одного, оставляя в цепи их внутреннее сопротивление и рассчитывают полученные при этом простые цепи с одним источником ЭДС.
Действительные токи в каждой ветви определяются алгебраическим суммированием токов, получающихся в этой ветви при действии каждого источника в отдельности.
Метод наложения можно применять только в цепях с линейными сопротивлениями, величина которых не зависит от величин протекающих по ним токов.
|
|
|
2.3Метод эквивалентного генератора применяется в том случае когда необходимо определить ток только в одной ветви сложной электрической цепи. Тогда всю электрическую цепь, внешнюю по отношению к ветви аb заменяют активным двухполюсником, который представляют в виде эквивалентного генератора с параметрами E ЭГ и R ЭГ (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 - К расчету цепи методом эквивалентного генератора
Параметры эквивалентного генератора могут быть рассчитаны при отключенной ветви ab или определены опытным путем. Для этого необходимо измерить напряжение холостого хода ветви ab - это и будет ЭДС эквивалентного генератора. Изменив ток короткого замыкания ветви можно определить сопротивление эквивалентного генератора E ЭГ
(1.4)
Зная параметры эквивалентного генератора и сопротивление ветви ab находят ток:
(1.5)
2.4Энергетический баланс мощностей. Энергия, выделяемая в цепь источниками, равна энергии, потребляемой приемниками, или алгебраическая сумма мощностей источников энергии равна арифметической сумме мощностей приемников:
(1.6)
| где n – количество потребителей; m – количество источников. |
В этом уравнении, конечно, должны быть учтены мощности, потребляемые на внутренних сопротивлениях источников энергии.
Отрицательной мощность энергии источника энергии будет в том случае, если он работает в режиме потребления, т.е. направление тока и направлениеЭДСв нем не совпадают.
|
|
|
