Описание лабораторной установки

 

Экспериментальное исследование электрической цепи постоянного тока  проводится на универсальном лабораторном стенде, на лицевой панели которого установлены все элементы исследуемой цепи, источник и измерительные приборы.

Перечень элементов и измерительных приборов, рекомендуемых для выполнения исследования:

- источник регулируемого постоянного напряжения от 0 до 25 В;

- универсальный вольтметр В7 – 38; для измерения постоянного напряжения необходимо нажать переключатель режима работ под символом V= .  - резисторы R1,R2, R3, R4, R5,R7.

 

Порядок выполнения работы

4.1 Определение внутреннего сопротивления    источника постоянного напряжения.

Как отмечено в разделе 1.2 теоретической части указаний, для определения  необходимо измерить э.д.с. E, напряжение U и ток I.

Собрать схему электрической цепи, изображённую на рис. 5. Величина э.д.с. измеряется при разомкнутом ключе . Рекомендуемое напряжение холостого хода .

Рис. 5

 

Установить регулятором на резисторе сопротивление R1 , используя универсальный вольтметр в режиме омметра. После чего, замкнуть ключ  и измерить в режиме вольтметра напряжение U.

По данным измерений напряжения U найти ток I и по формуле (1) определить внутреннее сопротивление источника.

 

4.2. Используя вольтметр В7-38 в режиме омметра измерить сопротивления резисторов R1,R2,R3,R4,R5,R7.    

Положение регуляторов резисторов с переменной величиной сопротивления установить в положение  и в ходе выполнения дальнейшей программы работы, (за исключением отдельных случаев, которые оговорены ниже),  положение их должно оставаться без изменения.

Данные по измерению сопротивлений заносятся в таблицу 1.

R1 , Ом	R2 , Ом	R3 , Ом	R4 , Ом	R5 , Ом	R7 , Ом

                                                                                                       Таблица 1

 

Примечание: номера сопротивлений могут быть изменены в соответствии с принятой схемой эксперимента.

 

4.3. Определить токи по результатам измерения напряжений на резисторах исследуемой цепи. Проверить выполнение законов Кирхгофа.

Собирается схема электрической цепи, показанная на рис. 6.

Рис. 6

При положении 1 переключателя П и замкнутом ключе К1 измеряются напряжения на всех сопротивлениях цепи, а также напряжение на зажимах источника. По результатам измерений напряжений на резисторах цепи необходимо вычислить значения токов во всех ветвях. Результаты измерений и расчёта заносятся в таблицу по форме 2.

Задать направление токов в ветвях и направление обхода независимых контуров. Записать в символьном виде взаимно независимые уравнения по законам Кирхгофа для токов в узлах и для напряжений контуров в соответствии с указаниями, изложенными в разделе 1.2 теоретической части. После чего подставить числовые значения токов и напряжений из таблицы 2 и убедится в выполнении законов Кирхгофа.

 

                                                                                                   Таблица 2

№ элемента	1	2	3	4	5	7	UИСТ
Сопротивление элемента, Ом							_
Напряжение на элементе, В
Ток в ветви, А

 

4.4.Определить токи в ветвях электрической цепи по результатам расчёта путём эквивалентного преобразования соединений «треугольник - звезда» ( рис.7).

Условием эквивалентности является неизменность токов I2, I4, I7 и напряжений Uda, Uac, Ucd , которые находятся по схеме рис. 7,b. После чего по схеме рис. 7,a определяются токи I1, I3, I5.

 

Рис. 7

 

 

Токи, найденные по результатам измерений и расчёта методом эквивалентных преобразований записать в таблицу 3.

Таблица 3

Измерено						Вычислено
I1	I2	I3	I4	I5	I7	I1	I2	I3	I4	I5	I7
mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA

 

Примечание: расчёт токов с учётом внутреннего сопротивления источника E производится в том же порядке по схеме цепи, приведённой на рис.8

Рис. 8

4.5. Экспериментальное определение тока в заданной ветви электрической цепи методом эквивалентного генератора.

Следует отметить, что в качестве исследуемой может быть выбрана любая из ветвей, содержащая регулируемый резистор (R1, R2, R3) и ключ для размыкания ветви. При этом порядок и последовательность действий при определении параметров эквивалентного генератора сохраняются независимо от выбора.

 Примем в качестве исследуемой ветвь с резистором R2. Схема электрической цепи для определения тока в ветви с сопротивлением R₂ приведена на рис. 6. Заменим часть электрической цепи, к которой подключена данная ветвь, эквивалентным источником (рис. 3) и найдём его параметры Е₀,R₀.

4.5.1. Экспериментальное определение э.д.с. Е₀ эквивалентного источника

Величина э.д.с. эквивалентного источника (см. раздел 1.3) определяется измерением напряжения на выводах а-b выделенной ветви с сопротивлением R2 при положении переключателя П в позиции 1 и разомкнутом ключе К1_.

1

2

Еист

4.5.2. Экспериментальное определение внутреннего сопротивления эквивалентного источника.

Внутреннее сопротивление источника R₀ определяется путем измерения входного сопротивления  пассивной цепи универсальным вольтметром В7-38

 

в режиме омметра относительно зажимов а-b при положении переключателя П в позиции 2 и разомкнутом ключе К1 .

4.5.3 Расчёт тока I2  методом эквивалентного генератора по результатам экспериментального определения E₀, R₀ и заданной величине сопротивления резистора R2:                        (5)

Полученные данные по пунктам 3.5. заносятся в столбец «Измерено» таблицы 4.

Таблица 4

Измерено			Вычислено
E0, B	R0, Ом	I2,A	, B	, Ом	I2,A

 

 

4.6 Определение тока I2 методом эквивалентного генератора по результатам  расчёта ,  непосредственно по схеме электрической цепи.

4.6.1 Расчёт производится по схеме, показанной на рис. 9

Рис. 9

 

Приведём алгоритм расчёта напряжения :

 

- по методу узловых напряжений находится напряжение :

,

- по закону Ома рассчитываются токи и :

,                      

 - по закону Кирхгофа находится напряжение:

 

 

4.6.2 Расчёт  производится по схеме, показанной на рис. 10

 

Рис. 10

 

Преобразуем соединение «треугольник» с элементами R7,R3,R4 в эквивалентное соединение «звезда». В результате преобразования получим схему электрической цепи, показанную на рис11. Сопротивление каждой ветви эквивалентного соединения может быть найдено по следующим расчётным выражениям:

    

Рис. 11

После чего находится внутреннее сопротивление эквивалентного источника :

 

4.6.3 Расчёт тока I2  методом эквивалентного генератора по результатам определения ,  расчётным путём и заданной величине сопротивления резистора R2:   

                                                         

Полученные данные по пунктам 3.5. заносятся в столбец «Вычислено» таблицы 4.

 4.7. Экспериментальная зависимость I₂ = f(R₂)Для получения зависимости I₂ = f(R₂) необходимо провести 5 – 6 опытов, постепенно уменьшая

сопротивление R₂ (рис. 6) и каждый раз измеряя его сопротивление и падение напряжения на нем с помощью универсального вольтметра, подключенного на клеммы резистора.

Опыт проводится в следующем порядке:

- установив движок резистора R2 в одно из положений и разомкнув ключ К1 , измеряют его сопротивление (Прибор включен в режим омметра.);

- затем прибор переводят в режим измерения напряжения и, замкнув ключ К1, измеряют падение напряжения (Сопротивление резистора R₂ при измерении напряжения не меняется) Данные заносятся в таблицу 5, в которой указаны рекомендуемые сопротивления резистора R2 

Таблица 5

.  

Величина	Номер опыта
	1	2	3	4	5	6
R2, Ом	1000	800	600	400	200	100
U2, В
,mA
I2расч, mA

     По результатам измерений, взятым из таблицы 5:

- определить  значения токов I₂ в ветви с сопротивлением  по закону Ома;

- определить значения токов I_2расч. в ветви при различных значениях сопротивления  из таблицы 5 по результатам расчёта параметров эквивалентного генератора, взятым из таблицы 4;

- построить в одних осях расчетную и экспериментальную кривые зависимости I₂ = f(R₂).

- построить график зависимости мощности, отдаваемой эквивалентным генератором в резистор при изменении его сопротивления P₂ = f(R₂).

                                                                                                          

5. Контрольные вопросы. 1. Что называется внешней характеристикой источника э.д.с.? Приведите уравнение внешней характеристики.2. Как с помощью внешней характеристики источника определить его ЭДС и внутреннее сопротивление?

3. Сколько взаимно независимых уравнений 1-го и 2-го законов Кирхгофа входит в систему уравнений для расчета сложной цепи?

 

4. Для каких целей сложную линейную электрическую цепь представляют в виде эквивалентного генератора?

5. Какими параметрами характеризуется эквивалентный генератор?

6. В чём состоит последовательность расчета по методу эквивалентного генератора?

7. Как осуществить в работе опыт холостого хода и что при этом покажет универсальный вольтметр В7-38?

8. Определить по графику P₂ = f(R₂) при каком соотношении сопротивлений R₀ и R₂  мощность, отдаваемая эквивалентным генератором,  будет максимальной. Найти к.п.д. генератора в этом режиме.

 

Содержание отчета

 

6.1. Цель работы

6.2. Таблицы данных электроизмерительных приборов.

6.3. Схемы электрических цепей.

6.4.Таблицы наблюдаемых и вычисленных величин.

6.5. Уравнения по законам Кирхгофа в символьном и числовом виде.

6.6 Основные расчетные формулы и расчеты:

- внутреннего сопротивления источника э.д.с.;

- для заданной схемы и значениям сопротивлений ветвей цепи рассчитать токи по измеренным Uист. или э.д.с Е и Rвн.;

- расчёт параметров E₀ , R₀  эквивалентного генератора и тока в исследуемой ветви;

6.7. Опытная и расчетная зависимости I₂ = f(R₂), P₂ = f(R₂).

6.8. Выводы по работе.

 

7. Литература:

 

1. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов/ К.С. Демирчян. [и др.].- Санкт-Петербург.: Питер, 2006.- 377с

2. Новгородцев, А.Б. 30 лекций по теории электрических цепей: учеб. для вузов/ А.Б. Новгородцев.- СПб.: Политехника, 1995.-519с.

 

Лабораторная работа

---

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 262; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

---

Мы поможем в написании ваших работ!