Ход выполнения работы
Откройте Mathcad, введите данные и вычислите общее сопротивление цепи согласно рис.2.3 и рис.2.4
Рис 2.3
Рис 2.4
Преобразование звезды резисторов в треугольник и обратно. При этом преобразовании можно отказаться от использования нижних индексов, выполните действия согласно рис. 2.5 и 2.6
Рис. 2.5 преобразование звезда-треугольник
Рис. 2.6 преобразование треугольник – звезда
Рассмотрим последовательно-параллельную цепь рис. 2.7, выполните вычисления согласно рис.
Рис. 2.7 последовательно-параллельное соединение резисторов
4. Выполните пункты 1-3 для других номиналов резисторов согласно варианту
|
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
1 |
1 |
6 |
4 |
5 |
9 |
2 |
4 |
4 |
6 |
4 |
7 |
3 |
3 |
7 |
2 |
6 |
5 |
4 |
2 |
8 |
7 |
7 |
3 |
5 |
5 |
2 |
8 |
8 |
1 |
6 |
6 |
7 |
3 |
9 |
2 |
7 |
7 |
1 |
8 |
4 |
4 |
8 |
8 |
4 |
2 |
5 |
6 |
9 |
9 |
5 |
3 |
7 |
8 |
10 |
4 |
3 |
4 |
3 |
9 |
11 |
6 |
7 |
5 |
4 |
3 |
5. Постройте зависимость тока от сопротивления I(R) при постоянном напряжении U=10. Будем считать, что сопротивление изменяется от 0.5 до 6 Ом, с шагом 0.1. Вводим R:=0.5,0.6;6. Строим график согласно рис. 2.8
Рис. 2.8
6. Постройте ВАХ идеализированного независимого источника ЭДС, Е=8, при изменении тока I в диапазоне 0…4А, с внутренним сопротивлением r=2 Ома и нагрузкой R.
Формула источника, согласно закону Ома U(I)=E-rI, Вычислите по графику чему будет равно напряжение при холостом ходе (I=0) и ток при коротком замыкании (U=0).
Постройте график идеального источника (r=0) согласно рис. 2.9
Рис. 2.9
7. Постройте зависимость мощности P во внешнем резисторе R для следующих данных рис.2.10:
Рис. 2.10
найдите максимальную мощность рис. 2.11
Рис. 2.11
8. Рассчитайте сопротивление R по второму закону Киргофа рис. 2.12
Рис 2.12
Лабораторная работа 3 Моделирование цепей постоянного тока в MathCad Теоретическое введение
Существует несколько методов расчета электрических цепей, это:
Метод контурных токов – При расчете методом контурных токов полагают, что в каждом независимом контуре схемы течет свой контурный ток. Уравнения составляют относительно контурных токов, после чего через них определяют токи ветвей.
Метод уравнений Кирхгофа –необходимо составить столько уравнений первого закона Кирхгофа, сколько цепь содержит узлов без одного (n-1), и столько уравнений второго закона Кирхгофа, сколько цепь содержит ветвей без числа уравнений первого закона (b-( n-1)). Здесь n – число узлов электрической цепи , а b – число ветвей цепи. При составлении уравнений второго закона Кирхгофа необходимо стремиться выбирать элементарные контуры и помнить о том, чтобы в каждом следующем уравнении появлялась хотя бы одна новая ветвь, не вошедшая ни в одно из предыдущих уравнений. Элементарным называют контур, внутри которого нет ветвей. Общее количество уравнений Кирхгофа должно соответствовать числу ветвей, которое будет соответствовать числу неизвестных токов.
Метод узловых напряжений – В методе узловых напряжений независимыми переменными являются напряжения узлов цепи относительно выбранного базисного (опорного) узла. Эти величины называют узловыми напряжениями. Положительные направления узловых напряжений указывают стрелками от рассматриваемых узлов к базисному. В качестве последнего удобно выбирать заземленный узел или узел, в котором сходится наибольшее число ветвей. Уравнения составляют только на основе первого закона Кирхгофа.
Метод наложения – основан на свойстве линейности электрических цепей. Он справедлив только для линейных цепей и применяется для определения токов в ветвях схемы с несколькими источниками. Для этого выбирают положительные направления токов в ветвях цепи; находят частичные токи в ветвях, вызванные каждым источником по отдельности (схему рассчитывают столько раз, сколько источников действует в схеме); токи в ветвях по методу наложения находят как алгебраическую сумму частичных токов (знак частичного тока при суммировании определяется по положительному направлению тока ветви).
Метод эквивалентного генератора – Метод эквивалентного генератора, основанный на теореме об активном двухполюснике (называемой также теоремой Гельмгольца-Тевенена), позволяет достаточно просто определить ток в одной (представляющей интерес при анализе) ветви сложной линейной схемы, не находя токи в остальных ветвях. Применение данного метода особенно эффективно, когда требуется определить значения тока в некоторой ветви для различных значений сопротивления в этой ветви в то время, как в остальной схеме сопротивления, а также ЭДС и токи источников постоянны.
Ход выполнения работы
Рассчитать схему согласно варианту:
|
|
|
|
1 |
|
6 |
|
2 |
|
7 |
|
3 |
|
8 |
|
4 |
|
9 |
|
5 |
|
10 |
|
Лабораторная работа 4
Моделирование цепей постоянного тока при помощи системы MICROCAP.
Теоретическое введение
Для работы в системе Microcap прочитайте введение к методическому пособию, законспектируйте его и самостоятельно исследуйте следующие схемы:
1.
На рисуноке 4.1 и рисуноке 4.2 представлены
электрические схемы цепей содержащих
два источника и три резистора, один из
которых – нагрузка. Схема цепи с
источниками напряжения (рисунок 4.1)
используется студентами 1 подгруппы, а
с источниками тока (рисунок 4.2) студентами
2 подгруппы. В таблице 4.1 указаны параметры
элементов схемы варианта.
Рис. 4.1 рис. 4.2
2. Рассчитать с помощью программы моделирования резистивную цепь на постоянном токе. Найти токи и напряжения на всех элементах цепи (IR2, IRn, UR1, UR2, URn).
Для того что бы выполнить анализ схемы по постоянному току, необходимо после ввода схемы войти в пункт меню АНАЛИЗ/расчет по постоянному току (либо нажать ALT + 4).
Рисунок 4.3 – Окно задания параметров моделирования
По окончании расчета необходимо включить на панели инструментов (рисунок 1) режим «отображения потенциалов узлов» и режим «отображения токов на схеме». На рисунок 4.4 представлен расчета схемы по постоянному току, где в овальных рамках потенциалы узлов относительно земли, а в квадратной рамке текущего через элемент и его направление.
Рисунок 4.4 – Результат анализа схемы по постоянному току
3. Рассчитать все токи и напряжения в цепи по формулам законов Ома и Кирхгофа, а затем сверить результаты "ручных" расчетов напряжений и токов с данными программы. Допускается относительная погрешность до 10%.
4. Для студентов 1 подгруппы заменить источник напряжения на источник тока, а для студентов 2 подгруппы соответственно источник тока на источник напряжения, после чего повторить п.п. 3, 4
Таблица 4.1. Варианты задания для выполнения работы
N |
R1,kOM |
R2,kOM |
Rn,kOM |
I1,mA |
I2,mA |
E1,B |
E2,B |
1 |
1 |
2 |
3 |
3 |
44 |
1 |
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
-1 |
5 |
1 |
3 |
5 |
7 |
6 |
-6 |
4 |
6 |
5 |
4 |
2 |
3 |
7 |
4 |
1 |
-1 |
-1 |
5 |
2 |
1 |
5 |
-1 |
2 |
2 |
8 |
6 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2 |
-4 |
1 |
7 |
2 |
1 |
1 |
6 |
1 |
1 |
3 |
8 |
3 |
9 |
2 |
1 |
-8 |
2 |
-2 |
9 |
2 |
4 |
5 |
6 |
3 |
1 |
-1 |
10 |
1 |
2 |
3 |
-2 |
1 |
-5 |
2 |
11 |
3 |
3 |
4 |
-1 |
-9 |
7 |
4 |
12 |
2 |
4 |
8 |
3 |
-7 |
1 |
-3 |
13 |
1 |
2 |
1 |
-4 |
1 |
1 |
4 |
14 |
2 |
5 |
2 |
3 |
4 |
-2 |
7 |
15 |
2 |
4 |
5 |
-2 |
3 |
2 |
-3 |
16 |
1 |
6 |
2 |
2 |
3 |
2 |
-3 |
17 |
3 |
1 |
6 |
3 |
-4 |
2 |
3 |
18 |
1 |
2 |
1 |
1 |
2 |
-1 |
3 |
19 |
1 |
2 |
3 |
-3 |
1 |
1 |
1 |
20 |
2 |
2 |
1 |
3 |
-1 |
6 |
1 |
21 |
3 |
1 |
1 |
1 |
4 |
4 |
-1 |
22 |
2 |
4 |
9 |
1 |
8 |
-1 |
8 |
23 |
2 |
2 |
1 |
-3 |
1 |
1 |
7 |