Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: измерение параметров активных и пассивных элементов, экспериментальная проверка выполнения законов Кирхгофа, проверка баланса мощности.

Разделы курса, охватываемые работой:

-Закон Кирхгофа, Ома, Джоуля-Ленца;

-Расчет цепей по уравнениям Кирхгофа

-расчет мощности, баланс мощности;

1.Методические указания.

Работа выполняется на установке, имеющей источник постоянной ЭДС, источник постоянного тока и резисторы. На первом этапе производится измерение параметров источников и резисторов. Расчетные схемы реальных источников ЭДС и тока изображены на рис.1. Параметры этих источников т.е. ЭДС Е и тока Ј и внутреннее сопротивление R_E и R_J могут быть определены из данных измерений в режимах холостого хода, короткого замыкания и режима нагрузки источника на произвольное сопротивление R.

В режиме холостого хода (рис 2,а – внешняя часть разомкнута) вольтметр покажет величину ЭДС источника напряжения.

U_XX=E (1)

или напряжение, связанное с током J источника тока выражением

U_XX= R_J Ј (2)

В режиме короткого замыкания (рис 2,б – внешняя часть замкнута накоротко через амперметр) амперметр показывает величину тока источника тока.

I_КЗ= Ј (3)

Или тока, связанный с ЭДС Е источника напряжении выражением

I_КЗ= Е/ R_E (4)

В режиме нагрузки на произвольное сопротивление R измеренные напряжения U и ток I (рис. 2,в) связаны выражением для источника напряжения.

U=E- R_EI (5)

И для источника тока

I=J-U/ R_J (6)

Чтобы определить параметры любого источника достаточно провести любые два опыта из трёх. Параметры рассчитываются по данным измерений из уравнений., соответствующих проведенным опытам. Например найдя из опытов холостого хода и короткого замыкания U_XX и I_КЗисточника ЭДС из выражений (1) и (4), получим

E =U_XX, R_E = U_XX / I_КЗ

Сопротивление резисторов можно определить по данным измерений напряжения U и тока I в схеме (рис.2,в) по формуле закона Ома

R=U/I (7)

Так как величина R в линейных цепях от тока не зависит то опыт можно проводить при произвольной величине напряжения.

На втором этапе производится сборка заданной разветвленной схемы и измерение токов и напряжений на элементах цепи. Полученные экспериментальные данные должны удовлетворять законам Кирхгофа, которые формулируются следующим образом:

-алгебраическая сумма токов всех ветвей, находящихся в узле, равна нулю (ЗТК);

- алгебраическая сумма напряжений на всех элементах контура равна нулю (ЗНК).

При принятых (произвольно) положительных направлениях токов знак тока в уравнении ЗТК определяется указанным направлением тока по отношению к узлу. Положительные направления напряжений элементов выбираются согласно с током у резистивных элементов, а у источников согласуются с его полярностью согласно рис.1. Знак напряжений в уравнении ЗНК зависит от направления обхода контура. Напряжения, совпадающие с направлением обхода контура, берутся с одним знаком, а не совпадающие – с другим. Баланс мощности заключается в сопоставлении суммарной мощности источников и приёмников (резисторов). Из закона сохранения энергии следует, что

∑P_ист = ∑P_пр(8)

Мощность источников можно рассчитать по формулам

P_E = EI и P_J= U_J J_J_,

а мощность приемников по формулам

P_R = RI² или P_R = V²/R

Общий вид схемы исследуемой цепи представлен на рис.3, а варианты элементов в табл.1.

2. Подготовка к работе

2.1 Изучить методические указания и литературу

2.2 Составить для своего варианта расчётную схему испытуемой цепи, обозначить токи ветвей и их положительные направления, то же для напряжений.

2.3 Составить уравнения Кирхгофа для узлов и контуров с учётом выбранных положительных направлений.

2.4 Составить уравнениё баланса мощности для рассматриваемой схемы.

3. Экспериментально-расчетная часть

3.1 Измерение параметров источников

Подать на вход выпрямителя источников заданное в табл.1 напряжение генератора и ПОДДЕРЖИВАТЬ ЕГО В ТЕЧЕНИИ ВСЕХ ОПЫТОВ НЕИЗМЕННЫМ!! Контроль этого напряжения проводить с помощью постоянно подключенного вольтметра переменного тока.

Провести опыт холостого хода и короткого замыкания источников, а также опыт в режиме нагрузки на произвольное сопротивление по схемам (рис.2). Данные измерений занести в табл.2.

3.2 Измерение сопротивлений

Опыт произвести поочередно со всеми тремя резисторами при питании от любого источника по схеме (рис 2,в). Данные измерений занести в табл.3.

3.3 Исследование сложной цепи

Собрать заданную схему с двумя источниками и тремя резисторами. Измерить токи во всех трёх ветвях, напряжения на обоих источниках и трёх резисторах. Данные измерений занести в табл.4. С помощью вольтметра постоянного тока, показывающего полярность напряжения, определить полярность напряжения на резисторах и тем самым направление тока в них. Учесть эти полярности с помощью знаков (+) и (-) перед величиной напряжения или тока, сопоставив измеренное направление напряжения или тока с заданными положительными направлениями (стрелками) на расчетной схеме.

3.4 Расчет параметров элементов

По данным опытов 31. и 3.2 рассчитать E, J, R_E_,R_J источников, сопротивления резисторов. Данные занести в табл.2 и 3.

Сравнить полученные величины с номинальными данными резисторов.

3.5 Проверка законов Кирхгофа

Подставив данные измерений по п.3.3 в уравнения Кирхгофа для всех узлов и контуров, убедиться в их справедливости.

3.6 Подсчитать мощности идеальных источников и мощности, выделяющиеся на трёх внешних и двух внутренних сопротивлениях источников. Проверить баланс мощности.

4. Программа УИРС

4.1 Цель работы: экспериментально убедиться в справедливости принципа наложения.

4.2 Подготовка к работе: составить схему экспериментальной установки, подобрать приборы, подготовить таблицу измерений.

4.3 Порядок выполнения работы: собрать схему произвести необходимые измерения, данные записать в таблицу.

4.4 Обработка результатов опыта: убедиться по результатам эксперимента в справедливости принципа наложения.

5. Содержание отчёта

5.1 Краткое содержание работы

5.2 Номер варианта и исходные данные.

5.3 Схемы опытов.

5.4 Расчетная схема исследуемой цепи.

5.5. Табл. 2, 3, 4 с данными опыта и расчета.

5.6. Уравнения Кирхгофа и результаты их проверки

5.7 Баланс мощности

6. Контрольные вопросы

6.1 Сформулируйте законы Кирхгофа, дайте их физическое истолкование, приведите примеры.

6.2 Нарисуйте схему смещения реального источника ЭДС. Как определить его параметры?

6.3 Нарисуйте схему замещения реального источника тока. Как определить его параметры?

6.4 Можно ли заменить источник тока эквивалентным источником напряжения?

6.5 Докажите на основании законов электрических цепей формулы (1)-(6).

6.6 Как рассчитать мощность источников и резисторов?

6.7 Как измениться ток источника тока, если сопротивление резистора в ветви с идеальным источником тока увеличить в два раза?

6.8 Рассчитайте напряжение между отрицательными полюсами источников.

6.9 При каком значении E в исследуемой цепи ток через источник ЭДС будет равен нулю?

6.10 Могут ли токи в двух ветвях исследуемой цепи быть равными нулю?

Таблица 1 Варианты задания

Вариант
Ист.А	Е	Е	-	J	J	-	E	E	J	J
Ист.Б	-	J	E	-	E	J	-	J	E	-
Ист.В	J	-	J	E	-	E	J	-	-	E
R_А	R₁	R₅	R₄	R₃	R₂	R₃	R₂	R₁	R₅	R₂
P_Б	R₂	R₁	R₅	R₄	R₃	R₂	R₁	R₅	R₁	R₄
R_В	R₃	R₂	R₁	R₅	R₄	R₁	R₅	R₄	R₄	R₃
U,В

Таблица 2

Определение параметров источников

Источник ЭДС	Источник тока
Опыт	Расчет	Опыт	Расчет
Режим х.х	Режим к.з	Нагрузка	E, В	I_,мА	Режим х.х	Режим к.з	Нагрузка	J, мА	R_j, Ом
U_XX, В	I_КЗ,мА	U, В	I_,мА	U_XX, В	I_КЗ,мА	U, В	I_,мА

Таблица 3

Определение сопротивлений

U₁,В	I₁, мА	R₁, Ом	U₂,В	I₂, мА	R₂, Ом	U₃,В	I₃, мА	R₃, Ом

Таблица 4

Данные измерений токов и напряжений

I₁, мА	I₂, мА	I₃, мА	U_E,В	U_J,В	U_R1,В	U_R2,В	U_R3,В

Рис.1 Источники: а – ЭДС, б – тока.

Рис.2 Схемы опытов: а- холостого хода, б – короткого замыкания, в – произвольной нагрузки источника.

Рис. 3 Общий вид исследуемой цепи

12 3 Следующая ⇒