Исследование электрической цепи с источником напряжения.

Теоретические сведения.

Режимы работы электрической цепи, т.е. ее электрическое состояние, определяются величинами токов, напряжений и мощностей ее отдельных элементов.

Наиболее характерные режимы электрических цепей рассмотрим на примере простейшей цепи с переменным сопротивлением приемника электрической энергии (рис. 1).

Рис. 1.

Номинальный режим.

Источники и приемники электрической энергии, провода, а также вспомогательные аппараты и приборы характеризуются номинальными величинами тока , напряжения , мощности и т.д., на которые эти устройства рассчитаны заводами-изготовителями для нормальной работы. Номинальные величины обычно указываются в паспорте устройства.

Определение: Режим работы, при котором действительные токи, напряжения, мощности элементов электрической цепи соответствуют их номинальным величинам, называется номинальным (нормальным).

Отклонения от номинального режима нежелательны, а превышение номинальных величин в большинстве случаев недопустимо, так как при этом не могут быть гарантированы расчетные продолжительность и экономичность работы электрических устройств и установок.

Для обеспечения нормальных условий работы приемников электрической энергии необходимо соблюдать соответствие напряжений: действительное напряжение на зажимах устройства должно быть равно его номинальному напряжению.

Рабочий режим.

Режимы электрической цепи по разным причинам могут отличаться от номинального.

Определение: Режим работы, при котором действительные токи, напряжения, мощности элементов электрической цепи отличаются от номинальных величин, но отклонения находятся в допустимых пределах, называется рабочим.

Режим холостого хода.

При тока в цепи не будет. Этот случай соответствует размыканию цепи.

Определение: Режим электрической цепи или отдельных источников, при котором ток в них равен нулю, называется режимом холостого хода.

При холостом ходе напряжение на внешних зажимах источника равно его ЭДС: .

Режим короткого замыкания.

При коротком замыкании , а .

Определение: Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок с одним или несколькими элементами, в связи с чем напряжение на этом участке равно нулю, называется режимом короткого замыкания.

Соответственно ток в цепи называется током короткого замыкания.

Короткие замыкания в электрических установках нежелательны, так как токи короткого замыкания, как правило, в несколько раз превышают номинальные величины, что ведет к резкому увеличению выделения тепла в токоведущих частях и, следовательно, к порче электрических установок.

Напряжение на зажимах источника уменьшается от до , если ток нагрузки увеличивается от нуля до тока короткого замыкания .

Короткое замыкание является аварийным режимом, так как возникающий при этом большой ток может привести в негодность как сам источник, так и включенные в цепь приборы, аппараты и провода. Лишь для некоторых специальных генераторов, например сварочных, короткое замыкание не представляет опасности и является рабочим режимом.

Поскольку между замкнувшимися проводами нет никакой нагрузки, иначе говоря, электрическое сопротивление места контакта практически равно нулю, ток через контакт начнет расти до тех пор, пока не расплавятся провода, что, в частности, может привести к пожару. Для защиты от короткого замыкания и служат предохранители. Простой (в виде «пробки») предохранитель — это включенная в фазный провод легкоплавкая вставка, которая при росте тока сгорит и разомкнет цепь задолго до того, как произойдут более серьезные неприятности. Конструктивно предохранитель выполнен так, что эта микрокатастрофа не приводит к порче предохранительной колодки. Пожертвовавшую собой маленькую героиню выбрасывают и заменяют следующей.

Автоматические предохранители устроены так, что в случае короткого замыкания рост тока приводит к срабатыванию электромагнитного расцепителя мгновенного действия, который разъединяет электрическую цепь без ущерба для себя. Для того, чтобы после устранения короткого замыкания снова включить электричество, необходимо просто нажать на белую кнопку (красная служит для выключения) или перекинуть вверх опустившийся при срабатывании предохранителя рычажок.

Понятно, что предохранитель должен срабатывать при значениях тока, выбранных с солидным запасом, — иначе случайные небольшие колебания напряжения в сети (а следовательно, и тока) будут приводить к постоянному ложному срабатыванию защиты. С другой стороны, запас не должен быть и слишком велик, чтобы действия тока не причинило вреда сети раньше, чем произойдет отсечка.

Заметим, что автоматические предохранители, установленные в начале каждой домовой линии (рабочей группы) защищают от короткого замыкания не только домовую сеть, но и наружную.

В самом деле, если бы их не было, то аварийное короткое замыкание привело бы к выходу из строя трансформаторной подстанции, а вернее, электрического силового щита более высокого уровня, так что электричества лишилось бы значительное количество пользователей, да и без вызова аварийной службы было бы не обойтись. А при наличии «автомата» достаточно включить его после срабатывания (удалив, конечно, причину короткого замыкания). Становится понятна и необходимость нескольких линий в доме: если одна линия вылетела, в запасе есть другие. Кстати, отсюда вывод: удобно, если от каждой рабочей группы питается лампочка аварийного освещения в районе счетчика или аварийная розетка, в которую можно включить переносную лампу.

Источники питания (ИП) делятся на:

1)первичные ИП, у которых вырабатывается электроэнергия, (генераторы, аккумуляторы, солнечные батареи и т.д.);

2) вторичные ИП, у которых электроэнергия преобразуется (выпрямители, трансформаторы, преобразователи);

3) идеальные источники напряжения (ИН) (Обозначаются буквой Е) – ИП у которых внутреннее сопротивление равно нулю (R_BH = 0), напряжение на полюсных клеммах не изменяется при изменении нагрузки.

4) идеальные источники тока (ИТ) (Обозначаются буквой J) – ИП у которого ток не изменяется при изменении нагрузки. Обозначается буквой J. У идеального ИТ внутреннее сопротивление равно бесконечности (R_BH = ∞).

У реальных ИП имеется внутреннее сопротивление, поэтому при изменении нагрузки (от 0 до тока короткого замыкания), напряжение на клеммах ИП изменяется (от Е до нуля).

Порядок выполнения работы.

Отчет сделать в электронном варианте, создав файл MSWord по шаблону «Фамилия_№ группы_Лабораторная4.docx» и сохранив его в папке «Электротехника» на диске вашей группы. Отчет должен содержать название работы, цели. Далее после фразы «Ход работы», необходимо написать номер своего варианта и по порядку выполнить задания. В отчет поместить скриншоты собранных схем с параметрами, указанными в Вашем варианте, заполненные таблицы данных, графики, привести расчеты.

Ход работы.

Вариант № __

1. Прочитать теоретическую часть и уметь устно ответить на вопросы.

1. Перечислите режимы работы электрической цепи.

3. Какой режим является аварийным? Почему?

4. Какие меры принимают для защиты цепи от токов короткого замыкания?

5. Перечислите виды предохранителей.

6. Перечислите основные виды источников питания.

7. Чем реальные источники питания отличаются от идеальных?

8. Как схематически будет выглядеть график зависимости напряжения нагрузки от тока нагрузки для обеих схем?

Исследование электрической цепи с источником напряжения.

2. Собрать схему, изображенную на рис. 2. Источник питания брать во вкладке Sourses/Power_Sourses/DC_Power, резисторы брать во вкладке Basic/Resistor, переключатель S1 взять во вкладке Basic/Switch/DIPSW1, вольтметры и амперметры брать во вкладке Indicators/Voltmeter и Ammeter соответственно.

Рис. 2.

3. Переименовать вольтметры и амперметры в соответствии с рисунком 2 и проверить, что все они установлены в режим DC.Ключ S1 замкнуть!

4. Установить значения Еи Rвн в соответствии со своим вариантом(см. таблицу в конце документа). Сделать скрин.

5. Изменяя значения Rн в соответствии с данными таблицы 1 измерить значения UE, Uвн, Uн, Iвн, Iн и занести результаты измерения в таблицу. (Для снятия показаний при ключ S1 разомкнуть)

Таблица 1.

	Измерить					Рассчитать
Rн, Ом	UE, В	Uвн, В	Uн, В	Iвн, А	Iн, А	Р_Е, Вт	Рн, Вт	η
0
10
30
50
70
90
100
150

6. Рассчитать значения Р_Е, Рн, ηпо формулам:

;

Результаты занести в таблицу 1.

7. По данным таблицы 1 построить графики зависимости U_Е = f (I_H); U_Н = f (I_H); Р_Н = f(I_Н); Р_E = f(I_Н); η = f(I_Н). Для построения графиков использовать только строчки с Rн от 10 до 150 Ом. Графики подписать и поместить в отчет.

Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 66; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!