Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Лабораторная работа № 1 – исследование линейных электрических цепей с резистивными элементами

Л.В. БЫКОВСКАЯ

 

ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

 

Оренбург 2012


Содержание

 

1 Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники»………………………..  
2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 – Исследование линейных электрических цепей с резистивными элементами... ……...………...  
3ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 – Исследование энергетических процессов в линейных электрических цепей с резистивными элементами ……………………………………………………… …...  
   
   

 


Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники»

Общие сведения

 

1.1.1 Компоновка оборудования

 

Общая компоновка типового комплекса в стендовом исполнении показано на рис. 1.1. На лабораторном столе закреплена рама, в которой устанавливаются отдельные блоки. Расположение блоков жестко не фиксировано. Оно может изменяться для удобства проведения того или иного конкретного эксперимента. Наборная панель, на которой собирается электрическая цепь из миниблоков может устанавливаться и непосредственно на столе.

Рисунок 1.1

 

1.1.2 Блок генераторов напряжений

 

Лицевая панель блока генераторов напряжений показана на рис. 1.2. Он состоит из генератора синусоидальных напряжений, генератора напряжений специальной формы и генератора постоянных напряжений.

Все генераторы включаются и выключаются общим выключателем «СЕТЬ» и защищены от внутренних коротких замыканий плавким предохранителем с номинальным током 2А.

Рисунок 1.2

 

На лицевой панели блока указаны номинальные напряжение и ток каждого источника напряжения, а также диапазоны изменения регулируемых выходных величин. Все источники напряжений гальванически изолированы друг от друга и от корпуса блока и защищены от перегрузок и внешних коротких замыканий самовосстанавливающимися предохранителями с номинальным током 0,2А. О срабатывании предохранителя свидетельствует индикатор «I >».

Генератор синусоидальных напряжений содержит однофазный источник напряжения 24 В (вторичная обмотка питающего трансформатора 220/24 В) и трехфазный стабилизированный по амплитуде выходного напряжения преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Выходное сопротивление трехфазного источника в рабочем диапазоне токов близко к нулю.

Генератор напряжений специальной формы вырабатывает на выходе синусоидальный, прямоугольный двухполярный или прямоугольный однополярный сигнал в зависимости от положения переключателя «ФОРМА». Выходное сопротивление генератора в рабочем диапазоне токов также близко к нулю. Между гнездами «СИНХР» и «0В» генератора при любом положении переключателя «ФОРМА» вырабатываются однополярные прямоугольные импульсы амплитудой 5В, которые можно использовать для внешней синхронизации осциллографа. Частота сигнала регулируется десятиоборотным потенциометром «ЧАСТОТА» и не зависит как от формы и амплитуды сигнала, так и от тока нагрузки.

Генератор постоянных напряжений содержит три источника стабилизированного напряжения 15В, гальванически изолированных друг от друга. Выходное напряжение одного из этих источников регулируется от 0 до 15В десятиоборотным потенциометром. Выходные сопротивления этих источников также близки к нулю и все они допускают режим работы с обратным током (режим потребления энергии). Для получения постоянных напряжений больше 15В они могут соединяться последовательно. Для исключения источников из собранной схемы цепи используются переключатели (тумблеры).

 

1.1.3 Наборная панель

 

Наборная панель (рис. 1.3) служит для расположения на ней миниблоков в соответствии со схемой данного опыта.

Рисунок 1.3

 

Гнезда на этой панели соединены в узлы, как показано на ней линиями. Поэтому часть соединений выполняется автоматически при установке миниблоков в гнезда панели. Остальные соединения выполняются соединительными проводами и перемычками.

 

1.1.4 Блок мультиметров

 

Блок мультиметров предназначен для измерения напряжений, токов, сопротивлений, а также для проверки диодов и транзисторов. Общий вид блока представлен на рис. 1.4. В нем установлены 2 серийно выпускаемых мультиметра MY60, MY62 или MY64. Подробная техническая информация о них и правила применения приводится в руководстве по эксплуатации изготовителя. В блоке установлен источник питания мультиметров от сети с выключателем и предохранителем на 1А. На лицевую панель блока вынесены также четыре предохранителей защиты токовых цепей мультиметров.

Для обеспечения надежной длительной работы мультиметров соблюдайте следующие правила:

- Не превышайте допустимых перегрузочных значений, указанных в заводской инструкции для каждого рода работы.

- Когда порядок измеряемой величины неизвестен, устанавливайте переключатель пределов измерения на наибольшую величину.

- Перед тем, как повернуть переключатель, для смены рода работы (не для изменения предела измерения!), отключайте щупы от проверяемой цепи.

- Не измеряйте сопротивление в цепи, к которой подведено напряжение.

- Не измеряйте емкость конденсаторов, не убедившись, что они разряжены.

- Будьте внимательны при измерении тока мультиметрами MY62 и MY64. Предохранитель 0,2А этих мультиметров может перегореть от источников напряжения имеющихся в данном стенде. Мультиметр MY60 защищен предохранителем 2А, который не может перегореть от токов, создаваемых источниками данного стенда.

Рисунок 1.4

До подключения мультиметра к цепи необходимо выполнить следующие операции:

- выбор измеряемой величины: -V, ~V, -А, ~А или Ω;

- выбор диапазона измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

- правильное подсоединение зажимов мультиметра к исследуемой цепи.

Присоединение мультиметра как вольтметра, амперметра и омметра показано на рис. 1.5.

Рисунок 1.5

 

1.1.5 Ваттметр

Общий вид ваттметра изображен на рис. 1.6.

Его принцип действия основан на перемножении мгновенных значений тока и напряжения и отображении среднего значения этого произведения на дисплее прибора в цифровом виде.

Прибор включается в цепь согласно приведенной на лицевой панели схеме. Для измерения активной мощности, гнезда, помеченные символом «•», должны быть соединены перемычкой. После сборки схемы необходимо включить выключатель «Сеть» и установить необходимые пределы измерения по току и по напряжению тумблерами. Если выбран заниженный предел измерения, то включается сигнализация перегрузки I > или (и) U >. Если, наоборот, предел завышен, то включается сигнализация I < или (и) U <. Справа от окошка цифровых индикаторов включаются автоматически светодиоды сигнализации размерности Вт или мВт.

 

 

Рисунок 1.6

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 – Исследование линейных электрических цепей с резистивными элементами

Цель работы: освоить методику сборки электрических схем; построить и проанализировать вольтамперные характеристики элементов электрической цепи постоянного тока; экспериментально проверить справедливость законов Кирхгофа.

Общие ведения

 

Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом элементов, по которым может протекать электрический ток.

Для протекания тока необходимы источники электрической энергии – источники напряжения (ЭДС) или тока.

Электрическая цепь содержит также устройства, в которых энергия электрического тока преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.д.). Эти устройства называются нагрузками.

Для замыкания и размыкания цепей используют выключатели того или иного вида.

Электрический ток есть направленное (упорядоченное) движение носителей зарядов. В проводниках носителями отрицательных зарядов являются электроны, в жидкостях (электролитах) носители положительных и отрицательных зарядов – ионы. В полупроводниках носителями отрицательных зарядов являются электроны, носителями положительных зарядов – дырки. Дырка представляет собой вакантное место в атоме полупроводника, незанятое электроном.

Для поддержания электрического тока требуется обеспечивать разделение носителей отрицательных и положительных зарядов, что и происходит в источниках. Когда источник подключен к цепи, возникает направленное движение зарядов под действием сил притяжения разноименных и отталкивания одноименных зарядов, т.е. электрический ток.

Ток, неизменный во времени, называют постоянным. Он обозначается символом I и равен количеству заряда Q, который пересекает сечение проводника за единицу времени t (1 секунду):

.

Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой соединений (рис. 2.1).

Рисунок 2.1

 

Вне источника положительные носители заряда движутся от его положительного зажима (полюса) к отрицательному зажиму (полюсу). Направление движения отрицательных зарядов противоположно движению положительных зарядов. В качестве условного положительного направления тока принимается направление движения положительных зарядов. Это направление показывают на схеме стрелкой.

Закон Ома: Разность потенциалов на концах проводника пропорциональна току в проводнике (при неизменности прочих физических условий).

(2.1)

Рисунок 2.2– Закон Ома

Напряжение отождествляется с разностью потенциалов на зажимах 1 и 2. То есть: , .

Таким образом, ток в сопротивлении течет от большего потенциала к меньшему. Перепишем закон Ома (2.1) в следующем виде:

(2.2)

Зная потенциал одного из концов проводника, направление и величину тока по закону Ома можно определить потенциал второго конца проводника, т.е.

 
 

Закон Ома для участка цепи с ЭДС (обобщенный закон Ома): Рассмотрим изменение потенциала вдоль участка цепи с ЭДС и найдём напряжение на этом участке (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3- Закон Ома для участка цепи с ЭДС

 

При переходе от точки С к точке В потенциал увеличивается на величину ЭДС, т.е. , потенциал точки А больше потенциала точки В на величину падения напряжения на сопротивлении R, таким образом

Напряжение на участке АС

При другом направлении ЭДС

. (2.3)

при совпадении направлений ЭДС и силы тока в формуле закона Ома записывают (+).

В замкнутой цепи с постоянным сопротивлением ток изменяется пропорционально напряжению.

Если при постоянном напряжении изменяется сопротивление, то ток изменяется обратно пропорционально сопротивлению.

 

Последовательное соединение резисторов: Если резисторы или любые другие нагрузки соединены последовательно (рис. 2.4), по ним проходит один и тот же ток. Величина тока определяется приложенным напряжением U и суммарным сопротивлением ΣR:

I = U / ΣR,

 

где ΣR = R1 + R2 + R3.

Рисунок 2.4

 

На каждый отдельный резистор при этом приходится некоторое частичное напряжение. Сумма частичных напряжений в соответствии со вторым законом Кирхгофа равна полному приложенному напряжению:

 

I·R1 + I·R2 + I·R3 = U

Параллельное соединение резисторов: Если резисторы или любые другие нагрузки соединены параллельно (рис. 2.5), все они находятся под одинаковым напряжением:

U = UR1 = UR2 = UR3

Рисунок 2.5

 

В каждой ветви цепи протекает свой ток. Сумма токов всех ветвей в соответствии с первым законом Кирхгофа равна полному току:

 

I = I1 + I2 + I3

 

Величина тока ветви зависит от приложенного напряжения и сопротивления данной ветви:

 

I1 = U / R1; I2 = U / R2; I3 = U / R3.

 

Ток в неразветвленной части цепи зависит от приложенного напряжения и эквивалентного сопротивления цепи:

 

I = U / RЭ.

 

Для вычисления эквивалентного сопротивления цепи служит формула:

 

RЭ = 1 / (1/R1 + 1/R2 + 1/R3).

 

Для цепи с двумя параллельно соединенными резисторами:

 

RЭ = R1 · R2 / (R1 + R2).


 

Экспериментальная часть

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...