2. Для розрахунку внутрішнього опору генератора в схемі рис. 2, б «закорачиваются» усі е р с (рис. 2, в) і визначається опір по відношенню до точок «а» і «с»:

Форм. 5

3. Струм в гілці з резистором r4 (схема рис. 2, а)

Форм. 6

Додаткові питання до завдання 2

Як експериментально визначити параметри еквівалентного генератора ?

Виходячи з еквівалентності схем рис. 1 та рис. 2, а, Eэ та r₀э можна розрахувати за наслідками двох експериментів.

Розімкнувши гілку з R₄, вимірюємо напругу між точками «с» і «а» Uxx, рівне е р с Eе (холостий хід).

Для визначення r₀э проводиться (якщо це допустимо) - коротке замикання: задана гілка замикається накоротко і вимірюється струм в ній (Iк). При цьому r₀э = Eе / Iк.

2. Вибрати величину опору резистора r4 так, щоб в нім виділялася максимально можлива потужність.

Для схеми рис. 2, а

Форм. 7

Максимум потужності Р₄ визначається вирішенням рівняння 

при цьому 

Режим, коли опір навантаження рівний внутрішньому опору джерела, називається узгодженим, він часто використовується в малопотужних електронних пристроях, коли ККД установки (біля 50 %) не має істотного значення, але важливо передати в навантаження максимальну потужність (підсилювачі напруги, малопотужні підсилювачі потужності, лінії зв'язку і так далі). При цьому весь пристрій по відношенню до навантаження представляється у вигляді еквівалентного генератора, параметри якого визначаються за наслідками аналізу роботи і розрахунку пристрою.

Прості електричні ланцюги постійного струму

Метою виконання практичних завдань є успішне освоєння студентами теоретичного матеріалу і застосування його для вирішення завдань і аналізу отриманих результатів. У теоретичній частині практикуму детально розглянуті приклади розрахунку електричних ланцюгів за допомогою різних методів, показано, як треба перевіряти правильність рішення задачі і проаналізовані можливі режими роботи всього ланцюга і окремих його елементів.

Самостійна робота студента

В процесі виконання самостійної роботи студент повинен вирішити нижче приведені завдання, використовуючи теоретичні матеріали практикуму. Звіт про виконану роботу повинен бути представлений викладачеві за формою, вказаною в методичних вказівках до виконання практичних робіт. У звіті привести:

1. вирішення нижче приведених завдань.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИРІШЕННЯ

Завдання 1

Визначити опір мідних проводів телефонній лінії довжиною L = 28,5 км., діаметром дроту d = 4 мм при температурі t = 20 °С.

Завдання 2

Визначити опір мідного провідника діаметром d = 5 мм, довжиною L = 57 км, при t = 40 °C.

Завдання 3

Приймач номінальною потужністю 1 кВт з напругою 220 B включений в мережу напругою 110 В.

Визначити потужність приймача, струми при номінальній напрузі та при напрузі 110 В.

Завдання 4

До двох провідної лінії постійного струму (еквівалентна схема на рис. 2 прикладів вирішення завдань) з опором Rл = 4 Омприєднаний приймач опором Rн, що змінюється від 0 до  . Напруга на початку лінії Uab.

Визначити струм I в лінії, напругу Ucd на виводах приймача, потужність P₁, що віддається джерелом, потужність P₂ приймача. Обчислення проводити для значень опорів приймача Rн = 0; Rл; 2RЛ; 5RЛ; 10RЛ;  .

Завдання 5

По мідному провідникові перетином 1 мм² тече струм 1 А.

Визначити середню швидкість впорядкованого руху електронів уздовж провідника, припускаючи, що на кожен атом міді доводиться один вільний електрон. Щільність міді 8,9 г/см³.

Завдання 6

Визначити як зміниться сила струму, що проходить через неактивний ланцюг, якщо при постійній напрузі на затисках його температура підвищується від t₁ = 20 °С до t₂ = 1200 °С. Температурний коефіцієнт опору платини прийняти рівним 3,65 • 10^-3 K^-1.

Завдання 7

По мідному дроту перетином 0,3 мм² тече струм 0,3 А.

Визначити Визначити силу, що діє на окремі вільні електрони з боку електричного поля. Питомий опір міді 17 мОм • м.

Завдання 8

Сила струму в провіднику опором 10 Ом рівномірно убуває від I₀ = 3 А до I = 0 за 30 с.

Визначити кількість теплоти, що виділилася за цей час в провіднику.

Завдання 9

Щільність електричного поля в алюмінієвому дроті рівна 5 А/см².

Визначити питому теплову потужність струму, якщо питомий опір алюмінію 26 мОм • м.

Завдання 10

Е р с джерела Е = 12 В; внутрішній опір Rвт = 1 Ом.

Визначити при якому значенні зовнішнього опору його потужність буде максимальною і чому вона рівна?

Завдання 11

Сила струму в провіднику опором 10 Ом рівномірно убуває від I₀ = 3 А до I = 0 за 30 с.

Визначити кількість теплоти, що виділилася за цей час в провіднику.

Завдання 12

Щільність електричного поля в алюмінієвому дроті рівна 5 А/см².

Визначити питому теплову потужність струму, якщо питомий опір алюмінію 26 мОм • м.

Завдання 13

Е р с джерела Е = 12 В; внутрішній опір Rвт = 1 Ом.

Визначити при якому значенні зовнішнього опору його потужність буде максимальною і чому вона рівна?

Завдання 14

Обмотка збудження електричної машини приєднана до мережі напругою U= 120 В. Спочатку після включення свідчень амперметра в ланцюзі обмотки I₁=1,2А, а після нагріву обмотки до сталої температури I₂ = 1А.

Визначити температуру обмотки, враховуючи, що температура повітря в приміщенні 20 °С і температурний коефіцієнт опору міді 4 • 10^-3 K^-1.

Завдання 15

Визначити опір проводів повітряній лінії при температурах t = +40 і t = -40 °С. Довжина лінії L = 28,5 км, діаметр мідних проводівd = 5 мм².

Завдання 16

Приймач за п'ять діб безперервної роботи витратив 24 кВт/г електроенергії при напрузі 220 В.

Визначити струм і опір приймача.

Завдання 17

Визначити щільність струму в проводах діаметром 4 мм, що сполучають приймач з генератором. Добове вироблення енергії генератора, складає 48 кВт/г при напрузі U = 220 В.

Завдання 18

Електричний ланцюг потужністю Р=5 кВт при напрузі U = 220В підключений до генератора з внутрішнім спротивом Rct = 0,22 Ом.

Визначити електричну рушійну силу (е р с) та коефіцієнт корисної дії генератора.

Завдання 19

Механічна потужність електродвигуна постійного струму 8,5 кВт при напрузі U = 220 В, ккд 85 %.

Визначити електричну потужність і струм двигуна.

Завдання 20

На виготовлення котушки витрачено 200 м мідного дроту діаметром 0,5 мм².

Визначити на яку постійну напругу можна включати цю котушку, якщо допустима щільність струму j = 2 А/мм²

Завдання 21

Розробити схему електричного ланцюга, у якому до акумуляторної батареї підключені три резистори.

У одного резистора є можливість регулювання його параметрів і він підключений послідовно до групи з двох резисторів, що з’єднані між собою паралельно. У схемі передбачити керування за допомогою вимикача з двома полюсами, захист плавкими запобіжниками, вимірювання загального струму у ланцюзі та напруги на затисках батареї.

Завдання 22

Розробити схему електричного ланцюга, у якому чотири резистори (один з них можна регулювати) створюють замкнутий контур у вигляді чотирикутника. У одній діагоналі чотирикутника розташований гальванічний елемент (батарея), що приєднується до ланцюга через вимикач з двома полюсами, у інший діагоналі знаходиться гальванометр, який можна вмикати і вимикати за допомогою кнопкового вимикача.

Завдання 23

Розробити схему електричного ланцюга, у якому послідовно включені два резистори, яки не регулюються, а також акумуляторна батарея і генератор, яки можна включати або у одному напрямку або у протилежних напрямках.

У схемі передбачити захист ланцюга плавкими запобіжниками, вимірювання струму та напруги на затисках батареї і генератора одним вольтметром за допомогою перемикача.

Завдання 24

Розробити схему електричного ланцюга, у якому генератор постійного струму та акумуляторна батарея підключені паралельно, подають енергію у зовнішню частину ланцюга, яка складається з трьох резисторів, що не регулюються, яки також підключені паралельно. Кожен елемент ланцюга підключений до нього однополюсним вимикачем.

У схемі передбачити можливість виміру загальної напруги, струму у кожному з джерел та загального струму приймачів енергії.

Завдання 25

Два генератори постійного струму, працюючи цілодобово на загальний приймач, виробили разом за місяць 96000 кВт/г енергії. Протягом 10 діб цього місяця перший генератор знаходився в ремонті. За цей час лічильник електричної енергії, встановлений на лінії до приймача, показав 2400 кВт/г.

Визначити - потужність і е р с кожного генератора, якщо амперметр в ланцюзі першого генератора під час роботи показував 500 А, а в ланцюзі другого - 100 А.

Завдання 26

Джерело електричної енергії має як навантаження реостат із змінним опором R, эдс джерела Е = 24 В, а його внутрішній опір Rвн = 1 Ом.

Побудувати графіки залежності напруги U на затисках джерела, потужності джерела Рдж, потужності приймача Рпр, ккд джерела, потужності втрат усередині джерела Рвт від струму в ланцюзі при зміні опору навантаження від R < =  (холостий хід) до R = 0 (коротке замикання), вважаючи е р с джерела постійної.

Електричні ланцюги постійного струму і методи їх розрахунку

Метою виконання практичних завдань є успішне освоєння студентами теоретичного матеріалу і застосування його для вирішення завдань і аналізу отриманих результатів. У теоретичній частині практикуму детально розглянуті приклади розрахунку електричних ланцюгів за допомогою різних методів, показано, як треба перевіряти правильність рішення задачі і проаналізовані можливі режими роботи всього ланцюга і окремих його елементів.

Самостійна робота студента

В процесі виконання самостійної роботи студент повинен вирішити нижче приведені завдання, використовуючи теоретичні матеріали практикуму. Звіт про виконану роботу повинен бути представлений викладачеві за формою, вказаною в методичних вказівках до виконання практичних робіт. У звіті привести:

1. відповіді на питання, приведені в першому і другому розділах теоретичної частини практикуму

2. вирішення нижче приведених завдань.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИРІШЕННЯ

  Рис. 1.

Завдання 1

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 1, -

Обчислити напругу джерела U і струм I₄.

Завдання 2

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 1, -

напруга U = 65 В, напруга на затисках резистора R₄ рівна 20 В.

Визначити всі струми в схемі, якщо R₂ = 15 Ом , R₃ = 10 Ом, R₄ = 30 Ом.

Рис. 2.

Завдання 3

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 2 -

R₁ = 10 Ом, R2 = 5 Ом, R₃ = 10 Ом, I₃ = 2 А.

Обчислити напругу джерела U.

Завдання 4

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 2 -

прикладена напруга U = 45 В, при цьому струм джерела I₁ = 1,25 А.

Спротив гілок паралельної частини схеми рівні: R₂ = 40 Ом, R₃ = 10 Ом.

Знайти R₁ і струми I₂, I₃.

Рис. 3.

Завдання 5

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 3 -

R₁ = 50 Ом, струм джерела I = 0,6 А, струм в резисторі R₃ рівний I₃ = 0,4 А, потужність, що витрачається в резисторі R₄ дорівнюєP₄ = 0,4 Вт; напруга на резисторі R₂ дорівнює U₂ = 36 В.

Знайти напругу джерела U.

Завдання 6

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 3 -

P₁ = 15 Вт, P₂ = 20 Вт, P₃ = 10,8 Вт, P₄ = 7,2 Вт.

Визначити напруги на ділянках схеми і струми в її гілках, якщо прикладена до неї напруга U = 106 Вт.

Рис. 4.

Завдання 7

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 4 -

R₁ = 2 Ом, R₂ = 4 Ом, R₃ = 10 Ом, R₄ = 60 Ом, R₅ = 22 Ом, R₆ = 5 Ом, E = 12 В.

Визначити струм в діагоналі моста R₄, використовуючи перетворення трикутника резисторів R₂, R₃, R₄ в еквівалентну зірку.

Завдання 8

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 4 -

визначити струм джерела, використовуючи перетворення зірки резисторів R₂, R₄, R₅ в еквівалентний трикутник,

якщо

R₂ = 6 Ом, R₃ = 42 Ом, R₄ = 12 Ом, R5 = 24 Ом, R₆ = 28 Ом, I₃ = 0,5 А.

Рис. 5.

Завдання 9

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 5 -

вхідна напруга:

U₁ = +10 B, U₂ = -15 B, U₃ = +20 B, R₁ = R₂ = R₃ = 500 Ом, Rн = 1000 Ом.

Методом вузлової напруги визначити вихідну напругу U _вих.

Рис. 6.

Завдання 10

У ланцюзі, схема якого приведена на рис. 6 -

E₁ = 120 В, E₅ = 140 В, R₁ = 70 Ом, R₂ = 30 Ом, R₃ = 135 Ом, R₄ = 210 Ом, R₅ = 140 Ом.

Визначити методом еквівалентного генератора величину і напрям струму в резисторі R₃.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1 (Приклад моделювання)

У цій роботі навчаємося створювати прості електричні схеми та моделювати варіації зміни значення струмів і напруги в схемі. Кожен сеанс моделювання в даній роботі проводиться тільки для одного значення джерела постійної напруги.

ЗАВДАННЯ навчитися створювати прості електричні схеми, та моделювати зміну їх параметрів за допомогою пакету прикладних програм Electronics Workbench

Створити за допомогою Electronics Workbench наступну схему

Рис. 1.

Технологія створення схеми в середовищі програми Electronics Workbench

Завантажуємо програму Electronics Workbench

Рис. 2.

Створення схеми

1. Вводимо в схему джерело живлення

Рис. 3.

1.1. Вибираємо необхідне джерело живлення і «перетягуємо» його в схему

Рис. 4

1.2. Вибираємо необхідний резистор (R1) і аналогічно перетягуємо» його в схему

Рис. 5

1.3. Сполучаємо джерело живлення і резистор (R1) провідником

Рис. 6

1.4. Вводимо в схему заземлення

Рис. 7

1.5. Вибираємо необхідний резистор (R2), аналогічно «перетягуємо» його в схему, розгортаємо його і сполучаємо провідниками з схемою.

Рис. 8

Ми отримали черговий фрагмент схеми.

Елементи схеми, що залишилися, вводимо аналогічно