Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Исследование линейной цепи постоянного тока




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

 

Методические указания к лабораторным работам

 

 

Рязань 2011

УДК 621.3.01

Теоретические основы электротехники: методические указания к лабораторным работам / Рязан. гос. радиотехн. ун-т.; сост. В. Н. Зуб, В. С. Литвинова, А. П. Мишачев. - Рязань, 2011. - 36 с.

Содержат описание и указания по выполнению 8 лабораторных работ по курсам «Теоретические основы электротехники» (для 1 и 2 семестров изучаемого курса), «Общая электротехника».

Предназначены для студентов специальностей 140610 и 200106 (дневное обучение) и бакалавров направлений подготовки 140600 и 200100 (дневное обучение).

Табл. 14. Ил. 53. Библиогр.: 3 назв.

 

Ток, напряжение, сопротивление, эквивалентный генератор, напряжение холостого хода, ток короткого замыкания, комплексы токов и напряжений, комплексное сопротивление, резонанс, последовательный колебательный контур, переходные процессы, переходная характеристика, импульсная характеристика

Печатается по решению редакционно-издательского совета Рязанского государственного радиотехнического университета.

 

Рецензент: кафедра теоретических основ электротехники РГРТУ (зав. кафедрой Ю.А. Юдаев)

 

Теоретические основы электротехники

 

Составители: З у б Владимир Николаевич,

Л и т в и н о в а Варвара Сергеевна,

М и ш а ч е в Александр Петрович

 

Редактор М.Е. Цветкова

Корректор С. В. Макушина

Подписано в печать. Формат бумаги 60´84 1/16.

Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 2,25.

Тираж 50 экз. Заказ

Рязанский государственный радиотехнический университет.

390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

Редакционно-издательский центр РГРТУ.


ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

1. При подготовке к очередной лабораторной работе студенты должны изучить теоретические вопросы по конспекту лекций и литературе (список ее указывается в конце указаний); изучить описание работы; выполнить предварительные расчеты.

2. Результаты оформляются на чистовом бланке отчета. Отчет должен содержать: исходные данные; электрические схемы; предварительные расчеты; экспериментальные данные; графики; расчетные данные; выводы.

3. При первом посещении лаборатории перед началом работы студенты обязаны ознакомиться с правилами техники безопасности и расписаться в соответствующем журнале.

4. Каждый студент должен иметь при себе бланк отчета, карандаш для построения графиков, инженерный калькулятор для расчетов.

5. При собеседовании преподаватель выясняет готовность студента к работе. После этого студенту дается разрешение приступить к эксперименту.

6. Источники питания можно включать только после проверки собранной схемы преподавателем или лаборантом.

7. Результаты каждого опыта рекомендуется показывать преподавателю или лаборанту, чтобы убедиться в их правильности, и только после этого собирать новую схему или делать изменения в прежней схеме. Все записи делать чернилами четко и аккуратно.

8. Поле выполнения всех экспериментов бригада студентов обрабатывает полученные результаты, проводит необходимые вычисления, строит графики и диаграммы, сравнивает расчетные и экспериментальные данные, делает выводы.

9. Защита проделанной работы может быть проведена в день выполнения эксперимента (в этом случае достаточно представить только один отчет на бригаду) или на следующем занятии (в этом случае отчет представляется индивидуально каждым студентом).

10. При защите проверяются знания студентов техники проведения эксперимента, понимание результатов эксперимента и расчетов, а также знание теоретических вопросов, связанных с темой работы (контрольных вопросов), и умение решать задачи.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ СО СМЕШАННЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель работы

Научиться измерять и рассчитывать входное сопротивление; исследовать распределение токов и напряжений при смешанном соединении элементов; исследовать работу делителя напряжения.

Подготовка к работе

1. Для схемы рис. 1.1 рассчитать входное сопротивление относительно зажимов источника, напряжения и токи в ветвях схемы. Данные для расчета взять из табл. 1.1 в соответствии с номером бригады. Результаты расчетов занести в табл. 1.2.

 
 

 

 


Рис. 1.1

2. Подготовить бланк отчета.

3. Ознакомиться с описанием установки.

4. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Таблица 1.1

Номер бригады                
E, В                
R1, Ом                
R2, Ом                
R3, Ом                

Описание установки

Работа выполняется на стенде, на котором установлены все необходимые элементы и приборы. На панели приведены изображения элементов и выведены гнезда, к которым они присоединены. Сама цепь уже почти полностью собрана. Небольшие дополнительные соединения в цепи, а также подключение измерительных приборов проводятся с помощью проводников, которые можно получить у лаборанта перед началом работы.

Выполнение работы

Собрать цепь по схеме рис. 1.1, измерить напряжения и токи в ветвях. По результатам измерений рассчитать сопротивления R1, R2, R3и входное сопротивление цепи. Результаты измерений занести в табл.1.2 и сравнить с расчетными.

Таблица 1.2

Величина Uab,B Ubc,B U, B I1, мА I2, мА I3, мА Rвх, Ом
Расчет              
Эксперимент              

Контрольные вопросы

1. Какое соединение элементов называется последовательным, параллельным и смешанным?

2. Записать выражения для входного сопротивления схем, указанных на рис. 1.2, относительно заданных зажимов.

 

 

Рис. 1.2

3. Вычислить токи и напряжения в схемах рис. 1.3, если заданы следующие данные: Е=100 В, J=1 A, R1=100 Ом, R2=10 Ом.

 

 

Рис. 1.3

4. Для делителя напряжения (рис. 1.4) получить формулу и построить график зависимости напряжения UН от RХ для RН=R.

 
 

 

 


Рис. 1.4

5. Рассчитать режим в схеме, заданной преподавателем.

Теоретическая часть

Входным сопротивлением пассивной электрической цепи называется отношение напряжения к току на зажимах этой цепи.

На практике часто возникает задача рассчитать входное сопротивление цепи, когда известны элементы цепи и способ их соединения. Простейшие виды соединений – это последовательное, параллельное и смешанное соединения элементов.

Последовательным называется такое соединение, при котором конец каждого элемента соединен только с началом последующего элемента. При последовательном соединении через все участки цепи проходит один и тот же ток. На рис. 1.5 показано последовательное соединение сопротивлений.

 

 

Рис. 1.5

Входное сопротивление для этой цепи может быть найдено, если согласно второму правилу Кирхгофа входное напряжение заменить суммой падений напряжений на сопротивлениях:

.

При последовательном соединении больше любого сопротивления, входящего в это соединение.

Напряжение на каждом сопротивлении может быть найдено по закону Ома:

.

Таким образом, напряжение на каждом сопротивлении меньше, чем на входе. Чем больше сопротивление, тем большая часть входного напряжения падает на нем.

Параллельным называется такое соединение, при котором элементы подключены к одной паре узлов. При параллельном соединении к элементам приложено одно и то же напряжение. Параллельное соединение сопротивлений показано на рис. 1.6.

Для параллельного соединения легко находится входная проводимость , которая является обратной величиной для входного сопротивления .

 

 


Рис. 1.6

Формулу для вычисления можно получить, используя первое правило Кирхгофа и закон Ома:

.

Эту формулу удобно использовать при большом количестве параллельных сопротивлений. Если параллельно соединены два сопротивления, то для вычисления удобнее использовать следующую формулу:

.

При параллельном соединении входное сопротивление меньше любого сопротивления, входящего в соединение.

Если известен ток на входе цепи, то ток в каждом сопротивлении может быть найден следующим образом:

.

Для двух параллельных сопротивлений эта формула приводит к следующим, часто используемым выражениям:

; .

Смешанным называют такое соединение, при котором имеются только участки с последовательным и параллельным соединениями элементов. Для расчета режима в такой цепи можно последовательно преобразовывать схему до неразветвленной, заменяя последовательно и параллельно соединенные сопротивления эквивалентными. После расчета режима в неразветвленной цепи можно легко найти токи и напряжения во всех ветвях схемы, используя полученные выше формулы.

В качестве примера рассмотрим расчет режима в схеме рис. 1.7.

 

 


Рис. 1.7

Если заменить последовательно соединенные сопротивления и эквивалентным , а параллельно соединенные сопротивления и – эквивалентным сопротивлением , исходная схема преобразуется к виду, показанному на рис. 1.8.

 

Рис. 1. 8 Рис. 1. 9 Рис. 1. 10

Заменяя в ней последовательно соединенные сопротивления и сопротивлением , получаем схему рис. 1.9. В этой схеме можно заменить параллельные сопротивления и сопротивлением . В результате этого получим неразветвленную схему, показанную на рис. 1.10, в которой можно найти ток , а затем напряжение . Затем, возвращаясь к схеме рис. 1.9, находим токи и :

, .

По найденному току I 4 в схеме рис. 1.8 можно найти напряжение , а затем и токи I 5 и I 6 в схеме рис. 1.7: , .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Цель работы

Экспериментальная проверка принципа наложения. Экспериментальное определение параметров активного двухполюсника, исследование зависимости величины мощности, передаваемой от активного двухполюсника в нагрузку, от значения сопротивления нагрузки.

Подготовка к работе

1. Изучить рассматриваемые темы по конспекту лекций или литературе [1–3].

 

 

 

 

Рис. 2.1

2. Для активного двухполюсника, схема которого изображена на рис. 2.1, рассчитать параметры эквивалентной схемы замещения UХХ, IКЗ и RВХ. Данные для расчетов взять из табл. 2.1 в соответствии с номером бригады.

3. Используя найденные параметры активного двухполюсника, рассчитать зависимости и построить графики напряжения и мощности в нагрузке в зависимости от сопротивления нагрузки, изменяя его от 0 до 2 кОм.

Таблица 2.1

Номер бригады                
E1, В                
E2, В                
R1, Ом                
R2, Ом                
R3, Ом                
R4, Ом                
R5, Ом                

4. Подготовить бланк отчета.

5. Ознакомиться с описанием установки.

6. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Описание установки

Работа выполняется на стенде, на котором установлены все элементы и приборы, необходимые для выполнения работы. На панели приведены изображения элементов и выведены гнезда, к которым они присоединены. Сама цепь уже почти полностью собрана. Небольшие дополнительные соединения в цепи, а также подключение измерительных приборов проводятся с помощью проводников, которые можно получить у лаборанта перед началом работы.

Выполнение работы

1. В цепях, собранных по рис. 2.2, 2.3 и 2.4, измерить и записать значения токов I3(1), I3(2) и I3. Убедиться в справедливости принципа наложения.

 

 

 

 

Рис. 2.2 Рис. 2.3 Рис. 2.4

2. Для активного двухполюсника, собранного по схеме рис. 2.1, измерить и записать UХХ и IКЗ. По измеренным значениям рассчитать входное сопротивление двухполюсника и сравнить его с расчетным.

3. Подключить к зажимам активного двухполюсника нагрузку в виде переменного резистора и записать значения UНи IН при изменении сопротивления от нуля до максимального значения. По результатам измерений рассчитать RН и РН. Результаты измерений и расчетов оформить в виде таблицы.

Построить экспериментальный график РН(RН), совместив его с расчетным графиком.

Контрольные вопросы

1. Какая цепь называется линейной?

2. Как определить токи в ветвях методом наложения?

3. Какими параметрами характеризуется активный двухполюсник? Изобразить его схемы замещения.

4. Как экспериментально определить параметры активного двухполюсника?

5. Каково условие передачи максимальной мощности от генератора в нагрузку?

6. Решить задачу, предложенную преподавателем (на метод эквивалентного генератора).

 

Теоретические сведения

 

Передача энергии от активного двухполюсника нагрузке.

 

Мощность в нагрузке вычисляется по формуле:

. (1)

Для определения соотношения между сопротивлением нагрузки и входным сопротивлением при условии выделения в нагрузке максимальной мощности достаточно исследовать выражение (1) на экстремум, считая переменным параметром сопротивление нагрузки:

.

Отсюда R н = R вх. Максимальная мощность будет равна .

Полезная мощность, выделяемая в нагрузке, определяется соотношением (1). Полная мощность, выделяемая эквивалентным генератором: ,

коэффициент полезного действия .

На рис. 2.5 построен график зависимости коэффициента полезного действия от R н.

.

 

 

Рис. 2.5

В согласованном режиме (Rн = Rг) = 0,5.

На рис. 2.6 и 2.7 представлены зависимости P н, U н, , I н от сопротивления нагрузки.

 

 


Рис. 2.6

 

 
 

 


Рис. 2.7

При R н = R вх в нагрузке выделяется максимальная мощность. Такой режим называется согласованным. Однако очевидно, что мощные энергетические установки не могут работать с = 0,5, так как половина вырабатываемой энергии теряется на внутреннем сопротивлении источника R г, поэтому обычно стремятся к достижению максимально возможного к.п.д., выбирая R н>> R г.

С другой стороны, при передаче маломощных сигналов, несущих информацию, важно выделить максимально возможную мощность на нагрузке (приемнике), и с низким к.п.д. можно не считаться.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



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