Об'єкт та обладнання для дослідження

Основним об'єктом для дослідження є універсальний лабо­раторний стенд (УЛС), на якому змонтовані затискачі трифазного змінного струму з лінійною напругою 220 В; щитові прилади по­стійного та змінного струму різноманітних номіналів, а також лабораторний автотрансформатор (ЛАТР), за допомогою якого можна отримати регульовану напругу 0…220 В. На виході ЛАТРа змонтований також напівпровідниковий випрямляч для одержан­ня регульованої напруги постійного струму. На лабораторному стенді також розташовані лампові реостати, повзункові реостати опору, конденсаторна батарея, котушка індуктивності та інше обладнання.

Для вмикання та вимикання напруги ліворуч на стенді розта­шована двокнопкова система керування магнітним пускачем - кнопка П ("Пуск" - чорного кольору) і кнопка С ("Стоп" - черво­ного кольору).

Для виконання роботи слід приготувати та використати:

стендовий ЛАТР, амперметр електромагнітної системи на струм 0...1 А, вольтметр електромагнітної системи дії на напругу 0...250 В, ватметр електродинамічний на струм 1,2 А, два реостати повзункові з опором 100 Ом, з'єднувальні проводи та плакати із зо­браженням електровимірювальних приладів.

Програма роботи

1. Оглянути шкали приладів і умовні позначення на них, визна­чити ціну поділки та з'ясувати призначення затискачів.

2. Набути навичок вмикання в електричне коло електровимі­рювальних приладів та регулювальних і навантажувальних реос­татів.

3. Виміряти потужність, напругу і струм в разі живлення схеми постійним та змінним струмом.

4. Обчислити за даними вимірювання опір, потужність, струм, перевірити закон Ома для кола з послідовно ввімкненими спожи­вачами.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з приладами і обладнанням та записати їх тех­нічну характеристику в таблицю 1.3.

Таблиця 1.3 - Технічна характеристика електровимірювальних приладів

Назва приладу

Тип

Заводський номер

Система

Клас точності

Межі вимірювань

Ціна поділки

Характер шкали

Примітка

2. Скласти схему вимірювання напруги, сили струму та потуж­ності при змінному та постійному струмі (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Схема для вимірювання напруги,

Сили струму та потужності

3. Після перевірки схеми викладачем увімкнути напругу в схе­му, виміряти силу струму в колі та потужність при вказаних викла­дачем значеннях напруги джерела живлення та різних положеннях повзунка реостата R₁.

Результати вимірювань занести до таблиці 1.4

Таблиця 1.4

Номер вимірювання та номер напруги	Виміряно					Обчислено
	U, B	I1, A	R, Ом	R, Ом	P, Вт	U, В	I, А	R, Ом	R, Ом	P, Вт	R1+R2, Ом
1 2 3
1 2 3

4. Вимкнути напругу, роз'єднати затискачі 1, 2 та під'єднати схему до затискачів 3, 4 містка постійного струму. Ввімкнути на­пругу, виміряти силу струму, потужність та інші параметри при тих самих значеннях напруги і опору, що були задані у випадку живлення схеми змінною напругою. Результати вимірювань занес­ти до таблиці 1.4.

5. На основі одержаних результатів обчислити напругу, струм, опір, потужність, користуючись відомими формулами закону Ома та потужності. Результати обчислення занести до таблиці 1.4.

Порівняти одержані результати при живленні схеми змінним та постійним струмом, зробити висновки.

6. Скласти звіт про виконану роботу. До протоколу слід вклю­чити використані основні формули та обчислення.

Лабораторна робота № 2

ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗГАЛУЖЕНИХ КІЛ МЕТОДОМ ВУЗЛОВИХ ПОТЕНЦІАЛІВ І МЕТОДОМ НАКЛАДАННЯ

Мета роботи: експериментально перевірити розрахунок лі­нійного електричного кола методом вузлових потенціалів і мето­дом накладання.

Короткі теоретичні відомості

Найтиповішою задачею розрахунку електричного кола є така, в якій за заданою конфігурацією схеми, параметрами її пасивних елементів і джерел електроенергії визначають струми гілок, напру­ги на ділянках, споживані потужності. Для розв'язання поставленої задачі можна використовувати різні методи. Розглянемо два з них: метод вузлових потенціалів і метод накладання.

Метод вузлових потенціалів

Потенціал являє собою відносну величину і визначається за­лежно від вибору вихідної точки відліку, тому один із вузлів кола можна взяти за базисний і задати його потенціал будь-яким числом (як правило, його задають таким, що дорівнює нулю). У цьому разі потенціали інших вузлів однозначно розраховують за рівняннями. За знайденими потенціалами вузлів і заданими параметрами гілок визначають струми в усіх гілках за другим (II) законом Кірхгофа чи за законом Ома.

Кількість незалежних рівнянь, складених за методом вузлових потенціалів, буде n - 1 (n - кількість вузлів у схемі).

Задамо довільним числом потенціал вузла n схеми (зручно ) і складемо (n - 1) рівняння, потрібне для визначення потен­ціалів інших вузлів:

,

де g_kk - власна провідність k-го вузла, правильніше, сума провідностей усіх гілок, зв'язаних з k -м вузлом;

g_kp - загальна провідність k -го і p-го вузлів, тобто сума провідностей усіх гілок, які безпосередньо з'єднують розглядувану пар) вузлів;

І_kk - вузловий струм k-го вузла, що відповідає алгебраїчній сумі струмів еквівалентних джерел струмів, зв'язаних з k -м вузлом.

Знак доданка у вузловому струмі визначається напрямком джерел електроенергії відносно вузла, який розглядається. Якщо ЕРС джерела спрямована до вузла, доданок беруть зі знаком "+".

Якщо в колі є гілки з ідеальними джерелами напруги, як базис доцільно вибрати вузол, до якого підходить максимальна кількість гілок з ідеальними джерелами напруги. Потенціали вузлів, зв'язаних із базисною гілкою при ідеальному джерелі напруги, ви­значаються за ЕРС джерел і є заданими. Рівняння складають лише для тих вузлів, потенціали яких залишаються невідомими.

Гілки з ідеальними джерелами напруги можна не приєднувати до базисного вузла. У цьому разі відомо різницю потенціалів на за­тискачах такої гілки, але потенціали затискачів гілки відносно бази­сного вузла залишаються невідомими, і необхідно складати рівнян­ня для так званих узагальнених вузлів. Під узагальненим вузлом тре­ба розуміти будь-яку частину кола, охоплену замкненим контуром (для планарного кола) чи замкненою поверхнею (для непланарного кола). Гілку з ідеальним джерелом напруги можна охопити замкне­ним контуром (чи поверхнею) і розглядати як узагальнений вузол відносно всіх зовнішніх гілок. Для узагальненого вузла, як і для звичайного, справедливий І-й закон Кірхгофа.

Якщо всі точки зовнішніх гілок виразити через потенціали ву­злів і підставити їх у рівняння 1-го закону Кірхгофа, одержимо від­сутнє рівняння вузла. За своїм складом воно відрізняється від зви­чайного вузлового рівняння (2.1):

де і - потенціали внутрішніх вузлів, тобто вузлів, охопле­них замкненим контуром (чи поверхнею) (фактично це потенціали-затискачів ідеального джерела напруги);

, - сума провідностей гілок, які перерізані на непарну кількість разів замкненим контуром (чи поверхнею), що підходить до відповідного внутрішнього вузла;

, - потенціали зовнішніх вузлів, розміщених за кра­ями замкненого контуру (чи поверхні);

- сума провідностей гілок, що з'єднують k-й вузол з уза­гальненим вузлом;

I_ab - вузловий струм узагальненого вузла, тобто алгебраїчна сума струмів еквівалентних джерел струмів, зв'язаних з узагальне­ним вузлом.