Лабораторная работа №2
Исследование линейных электрических цепей постоянного тока
1. Цель работы:

1. Изучение основных законов электрических цепей.

2. Изучение и освоение методов расчета и анализа электрических цепей постоянного тока.

3. Исследование распределения токов и напряжений в разветвленных электрических цепях постоянного тока.
2. Содержание работы

Лабораторная работа состоит из двух частей, т.е. проводится исследование двух разветвленных электрических цепей постоянного тока. В первом случае проводится исследование электрической цепи с одним источником электрической энергии, во втором – с двумя источниками. При домашней подготовке к работе выполняются расчеты согласно заданию, затем в лаборатории экспериментально проверяются результаты теоретического моделирования. По результатам расчетов и экспериментов строятся, согласно заданию, характеристики режимов работы цепей и потенциальные диаграммы. Анализируются полученные результаты и делаются соответствующие выводы. Такой порядок организации лабораторных работ хорошо согласуется с общепринятой практикой наладочных работ в электроустановках различного назначения.
3. Описание лабораторной установки

Работа выполняется на универсальном лабораторном стенде, на котором имеются все необходимые источники электрической энергии, резисторы и универсальный цифровой измерительный прибор. Первый источник постоянного напряжения, обозначенный на стенде Е₁, выдает нерегулируемое напряжение порядка 17 – 25 В. Второй источник Е2 –регулируемый, выдает напряжение в пределах от нуля до 50 В.

Все источники и элементы электрических цепей имеют надписи, соответствующие приведенным на электрических схемах методических указаний.

Цифровой измерительный прибор позволяет измерять постоянные и переменные напряжения и токи, а также сопротивление резисторов и катушек. Измерение напряжений производится, как обычно, прикосновением двух свободных концов проводов от измерительного прибора к выходам источника или резисторов. Измерение токов – измерением напряжений на шунтах, имеющих одно и то же сопротивление 1 Ом, включенных последовательно с участком цепи, где измеряется ток.

Шунты расположены во всех блоках стенда: у источников, в блоках резисторов, катушек и других элементов. При переходе от измерений напряжений к измерению токов, выбор рода измеряемой величины на приборе не меняется, т.е. по прежнему остается положение “V”.

---

Измерив напряжение на шунте, например, 120 мВ, получим ток в шунте и соответственно в исследуемой ветви согласно закону Ома:



Аналогично измеряют токи в других ветвях исследуемой электрической цепи независимо от рода тока постоянного или переменного.

При необходимости измерить сопротивление постоянному току резистора или катушки, надо на приборе изменить род измеряемой величины, а именно, поставить в положение обозначающее сопротивление.

Категорически запрещается переключать род измеряемой величины без отключения прибора от исследуемой цепи.

Не допускается оставлять вход прибора разомкнутым на длительное время в режиме измерения постоянного и переменного напряжений и измерения сопротивления, так как это приводит к перегрузке прибора.

4. Подготовка к работе

Для понимания смысла выполняемой работы необходимо к ней подготовиться. При этом должны быть изучены цель, содержание, описание лабораторной установки, программа и порядок выполнения работы. Кроме этого, должно быть выполнено теоретическое моделирование экспериментов, т.е. выполнены все необходимые расчеты и графические построения по заданной программе с последующим их анализом и выводами.

Расчеты и графические построения, выполненные при подготовке к работе, существенно помогают выполнению экспериментов, поскольку студенты уже знают ожидаемые результаты измерений. Иначе говоря,ьработа выполняется с пониманием того, что делается.

Без указанной выше предварительной подготовки к работе студенты не допускаются к проведению экспериментов на лабораторном стенде. Это согласуется с Правилами технической эксплуатации электроустановок и с Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок.

4.1. Теоретическое исследование электрической цепи с одним источником электрической энергии

4.1.1. Начертить схему электрической цепи, приведенную на рисунке 1.



Рисунок 1

4.1.2. Рассчитать токи в ветвях и напряжения на всех участках цепи (рисунок 1) для пяти различных значений регулируемого сопротивления R

---

_5k (положение переключателя k = 1, 2, 3…). Величину ЭДС E₁, внутреннее сопротивление источника r_вн1, а также значения всех входящих в схему сопротивлений резисторов взять из приложения.

, , , , , , , , , .

Расчет токов в цепи (рисунок 1) целесообразно выполнять методом эквивалентных преобразований, который иногда называют методом свертывания. При этом заданная (см. рисунок 1) электрическая цепь приводится к одному эквивалентному резистору в следующей последовательности.

По схеме видно, что ветви с резисторами R₂ и R_5k соединены параллельно. Поэтому их можно заменить одним эквивалентным резистором с сопротивлением



После такой замены схема на рисунке 1 упрощается (свертывается) и очевидно, что ветвь с резистором R₁ соединяется последовательно с эквивалентным резистором R_bc. Тогда эквивалентное сопротивление их равно



Ветвь с резистором R₄ соединена параллельно с эквивалентным резистором R’_ac и входное эквивалентное сопротивление цепи определится



Ток в источнике ЭДС Е₁ находится по закону Ома



Далее расчет токов в ветвях выполняется согласно законам Ома и Кирхгофа. Напряжение U

---

_ac определяется из уравнения по второму закону Кирхгофа.



Ток



Ток I₁ определится из уравнения по первому закону Кирхгофа для узла “а”



Напряжение на эквивалентном резисторе R_bc



Токи в ветвях





Напряжение на эквивалентном резисторе R_ab



Токи в ветвях и напряжения на всех участках цепи для остальных значений регулируемого сопротивления R_5k рассчитываются аналогично.

4.1.3. Результаты занести в таблицу 1.

4.1.4. Проверить правильность расчета токов и напряжений по законам Кирхгофа. Согласно первому закону Кирхгофа для узлов электрической цепи, имеем:

для узла “а”



для узла ”b”



Согласно второму закону Кирхгофа для контура электрической цепи a–b–c–a, имеем:





4.1.5. Построить на одном чертеже зависимости токов , , , , от величины сопротивления R

---

_5k (рисунок 2).



Рисунок 2
4.1.6. Для одного значения сопротивления R₅₃ (k = 3) рассчитать мощность энергии, отдаваемой источником, и мощности энергий, потребляемых каждым резистором цепи на рисунке 1. Составить баланс мощностей.

Мощность потребления энергии одним резистором, например, резистором R₁ определяется по закону Джоуля-Ленца.











Мощность потребления энергии всеми резисторами и шунтами



Мощность энергии, отдаваемой источником E₁.



Правильность расчета токов определяется балансом мощностей



Небаланс допустим не более 5%, т.е.






4.2. Теоретическое исследование электрической цепи с двумя

источниками электрической энергии
4.2.1. Для цепи, приведенной на рисунке 3, выполнить расчет токов методом наложения. Принять величину ЭДС источника E2 равной 30 В.



Рисунок 3
Внутренние сопротивления источников r_вн1 и r_вн2, а также величины сопротивлений резисторов взять из приложения.

,

---

Смотрите также файлы

• Умножение на 10 и на 100.odt

• Реферат по Технологии выполнил ученик 7 класса фио ученика проверила Торшина А. А. СанктПетербург 20222023 уч год.doc

• Проектирование фрагмента занятия Разговоры о важном.docx

• Задание 1. Сколько значащих цифр в записи десятичного числа 357 в системе счисления с основанием 3 Задание 3.docx

• Цель помочь усвоению порядка следования чисел натурального ряда закреплять навыки прямого и обратного счета.docx