Работа источника тока в режиме потребителя

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 9Следующая ⇒

Для осуществления данного режима работы источника тока необходимо наличие другого источника ЭДС E ₁, включенного навстречу исследуемому источнику E ₂ (рис.1.4). ЭДС E ₁ должна превышать ЭДС E ₂ ( ). Β этом случае ток пойдет навстречу ЭДС E ₂.

Рис. 1.4. Источник E ₂ в режиме потребителя

Исходя из потенциальной диаграммы понятно, что напряжение на зажимах источника U_ab будет больше E ₂ на величину падения напряжения (Ir) на его внутреннем сопротивлении:

. (1.6)

Следовательно, энергетические процессы на участке "a-E₂-b" описываются следующим образом. Так как ток течет от точки "a" к точке "b" и , то в этом случае работа, совершаемая электростатическим полем положительная. Энергия, приобретенная зарядами от электростатического поля, расходуется на тепло (на сопротивлении r) и на работу против сторонних сил. Эта работа в зависимости от типа источника превращается в химическую энергию (например, при зарядке аккумулятора) или в механическую (при работе электрической машины в режиме двигателя).

Практическая часть

Внимание!!! Перед сборкой схем необходимо убедиться, что пакетный выключатель стенда находится в положении "отключено", а неоновые индикаторы напряжения стенда не горят!

Задание I. Исследование источника тока в режиме генератора.

Рис. 1.5. Рабочая схема для выполнения задания I

1) Собрать схему, изображенную на рис.1.5, где ЛАТР – лабораторный автотрансформатор типа РНШ (регулятор напряжения школьный); Д₁ – диод на панели блока диодов и постоянных источников напряжения; R₁, R₃ – резисторы и В₂и В₃ – тумблеры, находящиеся на панели блока резисторов; ламповый реостат "AX","BY","CZ". V – вольтметр с пределами измерения 75 - 600 В (использовать предел измерения на 150 В), А – амперметр с пределом измерения 0.25 - 1 А, W – ваттметр с пределами измерения по току 1 А. Контакты, к которым присоединен вольтметр, можно считать клеммами источника ЭДС E ₁. Сопротивления R ₁, R ₃ являются основной частью внутреннего сопротивления источника E ₁.

2) Привести схему в начальное состояние: пакетный выключатель должен находиться в положении «выключен», тумблеры В₂, В₃ должны быть установлены в положение "отключено". Ручку ЛАТРа поверните против часовой стрелки до упора. После получения разрешения преподавателя или лаборанта на проведение работы, вставьте вилку ЛАТРа в гнезда 127 В или 220 В на стенде.

Примечание: в начале проведения измерений необходимо определить цену деления (ц.д.) приборов. Показания приборов в единицах СИ определяются следующим образом:

– амперметра и вольтметра,

– для ваттметра,

где X – «истинные» показания приборов в СИ, Y – предел измерения вольтметра или амперметра, N – число делений шкалы приборов, N_X – показания прибора по шкале, Y ^/ – предел измерения ваттметра по току, Z^/ – предел измерения ваттметра по напряжению.

3) Выполнить опыт холостого хода (Определение ЭДС E ₁). Для этого переключением пакетного выключателя в положение «включено» подайте напряжение на стенд. С помощью ручки ЛАТРаустановите напряжение около 100 В. В дальнейшем в задании I положение ручки ЛАТРа не менять. Если сопротивление вольтметра много больше внутреннего сопротивления источника, то можно считать, что .

4) Исследование работы источника под нагрузкой. Меняя постепенно сопротивление нагрузки с помощью лампового реостата от бесконечности (все лампы отключены, )до минимального значения (все лампы включены) с помощью тумблеров Кл, снять внешнюю характеристику генератора U ( I ) (12-15 точек). Из 3-5 точек определите среднее внутреннее сопротивление источника. Β таблицу 1.1 занести результаты измерений и вычислений.

5) Провести опыт короткого замыкания. (Определить I _КЗ). Для этого тумблером В₃ замкнуть накоротко сопротивление нагрузки. Определите внутреннее сопротивление источника, используя результаты опытов холостого хода и короткого замыкания. Сравните это значение с полученными результатами в пункте 4.

Таблица 1.1

Число ламп	Измерить			Вычислить
Число ламп	I, А	U, В	P_R, Вт	P_п, Вт	P_r, Вт	R, Ом	r, Ом	η
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
К.З.

6) Провести вышеуказанные измерения для включенного ключа В₂, при этом внутреннее сопротивление источника будет соответствовать R₁. Заполнить таблицу 1.1 для этого случая.

7) Построить на одном графике зависимости U ( I ), P_R ( I ), P _П ( I ), P_r ( I ), η( I ).

8) Составьте баланс мощности для трех случаев: при включении
5, 10 и 15 ламп.

Задание II. Исследование источника ЭДС в режиме потребителя.

1) Собрать схему, изображенную на рис.1.6. Точки "M, N" – это выходные клеммы исследуемого источника , составленного из последовательно соединенных источников E ₁, E ₂, E ₃, R₅ – резистор, находящийся на блоке резисторов. Он является частью внутреннего сопротивления источника . Источник представляет собой выпрямитель, собранный по двухполупериодной схеме выпрямления, сопротивление R ₁ + R ₃ – по сути, является внутренним сопротивлением источника , А – амперметр с пределом измерения 0.25 – 1 А, V – вольтметр с пределами измерения 7.5 – 60 В. Получить разрешение преподавателя или лаборанта на проведение работы.

Рис. 1.6. Рабочая схема для выполнения задания II

2) Проведите опыты по определению ЭДС и его внутреннего сопротивления R ₅ (см. задание I). Номинальный ток источника не превышает 0,25 А.

3) Исследование работы источника в режиме потребителя.

а) Рассчитайте напряжение на зажимах источника (точки Μ и Ν) в предположении, что навстречу будет идти ток .

б) Расчет проверить экспериментально. Для этого:

1. Разомкнуть ключи Кл.

2.Замкнуть ключи В₂и В_З.

3. При помощи ЛАТРа (источника ) установить по амперметру ток .

4. Снимите показания вольтметра и амперметра при подключении ламп от 1 до 15. Постройте зависимости U(I) или U(N) или, где N– число подключенных ламп. Определите, при каком числе ламп режим работы источника изменяется на генераторный.

Полученный результат подтвердите расчетами. Для этого определите ЭДС Ε ₁ в этом опыте и его внутреннее сопротивление. Сопротивления ламп можно получить из данных пункта 3.

Задание III.И змерение потенциалов в неразветвленной цепи постоянного тока и построение потенциальной диаграммы.

В схеме, изображенной на рис.1.7 , , , . E ₁, E ₂, E ₃ – источники ЭДС, смонтированные на блоке диодов.

Рис. 1.7. Рабочая схема для выполнения задания III

Для расчета потенциальных диаграмм необходимо знать ЭДС источников E ₁, E ₂, E ₃. Внутренними сопротивлениями этих источников (порядка 1-2 Ом) в данном задании можно пренебречь.

1) Измерить ЭДС источников E ₁ , E ₂, E ₃ (можно без проверки).

2) Рассчитать потенциалы точек L, M, N, O, P, Q, F относительно точки К для двух случаев: цепь разомкнута, цепь замкнута.

3) Собрать схему на рис.1.7, используя V – вольтметр с пределом измерений 7.5 - 60 В; А – амперметр с пределом измерений 0,25 – 1А.

4) После получения разрешения от преподавателя или лаборанта включите стенд.

5) Подключая свободный конец вольтметра к точкам К, L, M, N, O, P, Q, F, измерить потенциалы этих точек для двух случаев: цепь разомкнута, цепь замкнута. Записать сопротивление вольтметра на используемых пределах. Построить на одном графике теоретические и опытные потенциальные диаграммы. Сравните их. Объясните расхождения теоретических и экспериментальных потенциальных диаграмм. Для отдельных точек (например, М) расхождения обоснуйте расчетами.

Примечание: Точку К необходимо соединить с клеммой «0» на стенде.

Контрольные вопросы

1) Назовите основные параметры источника тока.

2) Что называется номинальным током источника?

3) Как определить ЭДС источника E?

4) Как определить внутреннее сопротивление r источника?

5) Как напряжение на зажимах источника U зависит от тока I?

6) Какие условия должны выполняться, чтобы при измерении вольтметром получить ?