Дослідження розгалуженого кола постійного струму (метод еквівалентного генератора)

Мета роботи. Дослідження розгалуженого електричного ланцюга постійного струму методом еквівалентного генератора.

Теоретичні положення

Цей метод зручний у тому випадку, коли необхідно визначити зміну струму будь-якої однієї вітки складного кола при зміні опору цієї вітки.

Цій методу полягає в тому, що вітку складної схеми, в якій необхідно визначити струм, слід розглядати як навантаження для деякого еквівалентного генератора, яким є вся решта частини кола, що складається з джерел і опорів.

На рис. 5.1 наведене електричне коло, в якому виділена тільки одна вітка АБ, струм якої потрібно знайти. Решта частини кола, що містить джерела і опори, зображена прямокутником, називається еквівалентним генератором, навантаженням якого є опір R.

ЕРС еквівалентного генератора дорівнює напрузі на його затискачах при розімкненій вітці АБ. Внутрішній опір еквівалентного генератора дорівнює опору всього ланцюга відносно точок АБ (без вітки АБ), за умови, що всі ЕРС джерел, які входять в еквівалентний генератор, приймаються рівними нулю, а на місці джерел залишаються включеними їх внутрішні опори.

Після введення понять про ЕРС еквівалентного генератора і його внутрішній опір схема на рис. 5.1 може бути замінена спрощеною схемою (рис. 5.2), з якої виходить, що шуканий струм I дорівнює:

. (5.1)

Отже, для визначення струму I в вітках АБ необхідно:

– визначити напругу на затискачах розімкненого ланцюга АБ;

– визначити внутрішний опір всього ланцюга по відношенню до затискачів АБ. Для цього всі ЕРС ланцюга прирівнюються нулю, а на місцях джерел залишають їх внутрішні опори.

Рис. 5.1 Рис. 5.2

В окремому випадку, при (режим короткого замикання) струм в вітці АБ дорівнює:

(5.2)

З формули (5.2) витікає простий спосіб експериментального визначення внутрішнього опору. Для цього необхідно заміряти ЕРС еквівалентного генератора (U_хх) на затискачах розімкненої вітки АБ і струм при короткому замиканні цієї вітки (І_кз), тоді:

Виходячи з цього, метод еквівалентного генератора часто називають методом холостого ходу і короткого замикання. З формули (5.1) виходить, що, задаючи різні значення опору вітки АБ, можемо знайти відповідні значення струмів в цій вітці. Це є важливою перевагою методу еквівалентного генератора в порівнянні з іншими методами.

Застосування методу еквівалентного генератора дозволяє досить просто вирішити важливе питання про максимальну потужність, яку може споживати будь-яка вітка даного складного ланцюга.

Порядок виконання роботи

1. Отримати у викладача значення Е1 та зібрати з елементів, досліджувану схему (рис. 5.3).

Перемикач J1 замкнений (перемикання здійснюється натисканням на клавішу 1), а перемикач J2 – в положенні, що підключає вольтметр (перемикання здійснюється натисканням на клавішу 2).

Рис. 5.3

2. Включити схему і записати у табл. 5.1 показання приладів і основні параметри елементів схеми.

Таблиця 5.1

E1	E2	I1	U1	R1	R2	R3	R4	R5

3. Натисканням на клавішу 1 відключити опір R1, тобто перевести схему в режим холостого ходу. Зняти показання вольтметра (U1), і занести в таблицю 5.2.

4. Натисканням на клавішу 2 перевести схему в режим короткого замикання. Зняти показання амперметра (I1) і занести в табл. 5.1.

5. Розрахувати за результатами досліджень холостого ходу і короткого замикання внутрішній опір еквівалентного генератора (R_вн) і занести в табл. 5.2.

6. Зібрати другу схему, рис. 5.4, для перевірки методу еквівалентного генератора. Опір R_вн набирати із стандартних опорів . Зняти показання приладів (I,U) і занести в таблицю 5.2.

Таблиця 5.2

Uxx	Iкз	Rвн	Ри	Р	η	I	U

Рис.5.4

7. Скласти і перевірити баланс потужностей. Обчислити ККД, вважаючи навантаженням опір R1.

8. Проаналізувати отримані результати

9. Зробити висновки.

10. Оформити звіт.

Контрольні питання

1. Коли треба застосовувати метод еквівалентного генератора?

2. Надати пояснення режиму холостого ходу.

3. Надати пояснення режиму короткого замикання.

4. Для чого треба застосовувати режими холостого хода та короткого замикання?

5. Яким чином перевірити достовірність розрахунків?

Лабораторна робота 6