Режимы работы электрической цепи»

Цель работы

Исследовать влияние сопротивления нагрузки на основные параметры электрической цепи.

Теоретические положения

Передача электрической энергии от источника к нагрузке происходит по проводам, которые имеют некоторое вспомогательное сопротивление, зависящее от длины, сечения и материала проводов. Любой источник электрической энергии также обладает некоторым внутренним сопротивлением. Принимая во внимание и сопротивления элементов (измерительных приборов, коммутационной и защитной аппаратуры), схема замещения реальной электрической цепи может быть представлена двумя последовательно соединенными резисторами r ₀ и R н, где r ₀ - суммарное сопротивление проводов, источника и вспомогательных элементов цепи, а R н - сопротивление нагрузки (рисунок 2.1.).

Рис.2.1 Схема замещения реальной неразветвленной цепи.

Ток в этой цепи имеет значение:

(2.1)

В режиме холостого хода, когда R _н ( разрыв цепи ):

(2.2)

В режиме короткого замыкания, когда R н = 0, ток имеет наибольшее значение:

(2.3)

Проследим за изменением напряжения на резисторах r ₀ и R н ( потеря напряжения в цепи и напряжение на нагрузке соответственно) при изменении сопротивления нагрузки.

Потеря напряжения в цепи

(2.4)

меняется от U ₀ =0 в режиме холостого хода до U ₀ = U в режиме короткого замыкания.

Напряжение на нагрузке

(2.5)

меняется от U н= U в режиме холостого хода до U н=0 в режиме короткого замыкания.

При r ₀ = R н (согласованный режим ):

(2.6)

при этом

(2.7)

, (2.8)

т.е.

Рис. 2.2 Графики изменения напряжения

в зависимости от тока в цепи

Проследим за изменением мощности источника (Р_ист), мощности, выделяемой в нагрузке (Р_н), и мощности, теряемой в цепи (Р₀). Мощность источника

(2.9)

меняется от Р_ист=0 в режиме холостого хода до наибольшего значения в режиме короткого замыкания .

Потеря мощности в цепи:

(2.10)

меняется от Р₀=0 в режиме холостого хода до наибольшего значения:

(2.11)

в режиме короткого замыкания.

Мощность, выделяемая в нагрузке, равна нулю в режиме холостого хода при I =0 и в режиме короткого замыкания при I = I _к:

(2.12)

Для определения тока, при котором нагрузка потребляет наибольшую мощность, найдем производную функции Р_н ( I ) по току и приравняем ее нулю.

(2.13)

(2.14)

(2.15)

(2.16)

Этот ток соответствует согласованному режиму, при котором r ₀ = R _н .

При этом мощность, выделяемая в нагрузке:

(2.17)

Рис. 2.3 Графики изменения мощностей

в зависимости оттока в цепи

Коэффициент полезного действия в цепи:

(2.18)

В режиме короткого замыкания:

(2.19)

В согласованном режиме

(2.20)

В режиме, близком к холостому ходу,

(2.21)

Описание лабораторной работы

Работа выполняется с использованием пакета программ Electronics Workbench версии 5.12 или 6.02. пакет устанавливается в среде Vicrosoft Windows 95 или выше. Запуск пакета Electronics Workbench осуществляется щелчком левой клавиши мыши на ярлыке программы на Рабочем Столе или воспользовавшись меню ПУСК/ПРОГРАММЫ/ Electronics Workbench/ Electronics Workbench Pro.

В соответствующих библиотеках инструментов (название библиотеки указано в скобках) выбираем необходимые элементы схемы:

	источник постоянного напряжения (Sources)		амперметр (Indicators )
	заземление (Sources)		вольтметр (Indicators)
			резистор (Basic )

Порядок выполнения работы

Собрать схему исследуемой цепи согласно рисунку 2.4. по таблице заданий, согласно варианту выбрать параметры схемы (U_зад, R₀, R₁, R₂). Произвести измерение тока в цепи I, напряжения на нагрузке R_н(U_н), потери напряжения в цепи на R₀ (U₀), полного напряжения, приложенного к цепи (U) для каждого значения R_н, и занести измеренные данные в таблицу 2.1.