Лабораторная работа

Лабораторная работа №1.

Тема: Исследование линейного активного двухполюсника.

1.1.Цель работы: Определение параметров активного двухполюсника по опытам холостого хода и короткого замыкания и построение внешней характеристики активного двухполюсника.

1.2.Основные теоретические сведения.

1.2.1. Активный и пассивный двухполюсник.

В любой электрической схеме всегда можно выделить ветвь, тогда остальная часть схемы будет оканчиваться двумя клеммами. Ее будем изображать прямоугольником с двумя клеммами и называть двухполюсником. Если внутри прямоугольника содержаться источники э.д.с. или тока, то такой двухполюсник будем называть активным и обозначать буквой “A” внутри прямоугольника, в противном случае двухполюсник называется пассивным и отмечается буквой “П” внутри прямоугольника.

1.2.2. Метод эквивалентного генератора.

Метод позволяет рассчитать ток любой ветви не рассчитывая всю цепь. Так как любая ветвь может быть выделена, то расчетная схема цепи принимает вид, показанный на рисунке 1.1а.

1 1 R

R I

A A

2 2 E₁

E₂

а) б)

I_E1

1 1 I_E2 R

A R П

E₂

2 E₁ 2

в) г)

Рисунок 1.1.

Т.е. остальная часть цепи изображена в виде активного двухполюсника и требуется найти ток в ветви 1-2.

Включим два источника E₁ и E₂ в ветвь 1-2 навстречу друг другу. E₁ и E₂ равные по величине (рисунок 1.1б). Согласно принципа наложения можно вычислить ток I_E=I_E1+I_E2, как ток, вызванный э.д.с. E₁ и E₂ приняв, что э.д.с. остальных источников равны нулю. I_E1 - ток, вызванный э.д.с. E₁, ток I_E2 вызван э.д.с. E₂. Э.д.с. E₁ направлена встречно U₁₂, следовательно, согласно закону Ома:

U₁₂- E₁

I_E1=-----------.

R

Выберем E₁ так, чтобы ток I_E1=0, тогда I_E=Е_E2 и схема может быть представлена, как показано на рисунке 1.1г, двухполюсник становится пассивным, так как компенсировано действие внутренних э.д.с. Относительно зажимов 1,2 этот двухполюсник имеет эквивалентное сопротивление R_э=R_вн, тогда:

E₂ U_12xx

I_E1=-----------=----------.

R_вн+R R_вн+R

В формуле U_12xx- это напряжение Е₁, при котором ток I_E1=0 (Е₂=Е₁), или иначе - это напряжение холостого хода ( нагрузочная ветвь отключена), таким образом, двухполюсник на рисунке 1.1а можно заменить ветвью , содержащей э.д.с., равную U_12xx , и сопротивлением R_вн, или эквивалентным генератором , э.д.с. которого U_12xx, а внутреннее сопротивление R_вн,(см. рис.1.2).

Если закоротить R, то : I_k=U_12xx/R_вн, или R_вн=U_12xx/I_k.

R_вн

U_12xx R

Рисунок 2.2.

Таким образом, можно сформулировать порядок определения тока ветви методом эквивалентного генератора.

1. Разорвать выделенную ветвь и вычислить на ее зажимах напряжение холостого хода.

2. Закоротить выделенную ветвь и определить ток короткого замыкания I_k.

3. Вычислить R_вн=U_xx/I_k.

4. Вычислить I=U_xx/(R+R_вн).

1.3. Порядок выполнения работы.

1.3.1. Собрать схему активного двухполюсника. Схема активного двухполюсника приведена в домашнем задании №1 для определения тока в заданной ветви.

Для заданного варианта задайте параметры элементов схемы.

1.3.2. Для определения напряжения холостого хода к зажимам двухполюсника (узлам, куда подключается исследуемая ветвь) подключите вольтметр. Установите максимальное значение шкалы вольтметра.

1.3.3. Выполните решение и запишите показания вольтметра в относительных единицах - v*. Вычислите показания вольтметра, который показывает напряжение холостого хода активного двухполюсника: V_xx=V*V_max, где V_max - установленное максимальное значение шкалы вольтметра.

1.3.4. Определите положительную клемму двухполюсника по схеме подключения вольтметра.

1.3.5. К выходным зажимам двухполюсника подключите амперметр. Установите максимальное значение шкалы амперметра.

1.3.6. Выполните решение и запишите показания амперметра в относительных единицах - а*. Вычислите показания амперметра, который показывает ток короткого замыкания двухполюсника: I_k=a*A_max, где A_max - установленное максимальное значение шкалы амперметра.

1.3.7. Вычислите R_вн двухполюсника, R_вн=V_xx/I_k.

1.3.8. Соберите схему, показанную на рисунке 1.3.

+ + А

А + V I

-

Рисунок 1.3.

А - активный двухполюсник по пункту 1.2.1.

V - вольтметр, максимальное значение шкалы которого: V_maxV_xx.

A - амперметр, максимальное значение шкалы которого: I_maxI_k.

R - сопротивление, величина которого изменяется от R=1000R_вн до 0,001R_вн.

1.3.9. Выполняя решение для различных значений R, запишите показания вольтметра и амперметра. Данные заносятся в таблицу 1.1.

Таблица 1.1.

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7
R, Ом	0	4.16	18.2	50	262	480	беск.
I, A	0.125	0.12	0.11	0.09	0.04	0.025	0
V, B	0	0.5	2.0	4.5	10.5	12.0	15

1.4. Обработка результатов измерений.

1.4.1. Постройте внешнюю характеристику двухполюсника. Это зависимость U=f(I). Вычислите тангенс угла наклона характеристики для каждого значения R:

U_xx-U

tg=----------.

I

Данные занесите в таблицу 1.2.

1.4.2. Вычислите мощность, выделяемую на сопротивлении R для каждого значения R: P₂=UI, постройте график P₂=f(I), на графике учтите P₂ в режимах холостого хода и короткого замыкания. Данные занесите в таблицу 1.2.

1.4.3. Вычислите мощность, произведенную источниками активного двухполюсника: P₁=U_ххI. Данные занесите в таблицу 1.2. Постройте график P₁=f(I) на графике учтите P₁ в режимах холостого хода и короткого замыкания.

1.4.4. Вычислите коэффициент полезного действия:

Р₂

=--------.

Р₁

Данные занесите в таблицу 1.2. Постройте график =f(I). Учтите  в режиме короткого замыкания.

Таблица 1.2.

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7
I, A	0.125	0.12	0.11	0.09	0.04	0.025	0
tg	120	120.8	118.2	116.7	112.5	120
U, B	0	0.5	2.0	4.5	10.5	12.0	15
P2, Вт	0	0.06	0.22	0.405	0.42	0.3	0
P, Вт	0	1.8	1.65	1.35	0.6	0.375	0
	0	0.033	0.133	0.3	0.7	0.8