Кафедра теоретической электротехники и электрических машин лаборатория теоретической электротехники Руководство к лабораторной работе № 101 «исследование неразветвленной цепи постоянного тока»

Программа работы.

1. Исследование неразветвленной цепи с аккумуляторной батареей, работающей в режиме потребителя и генератора.

2. Исследование процесса передачи энергии по линии постоянного тока при изменении нагрузки.

Цель работы.

Работа имеет своей целью показать студентам различие режимов работы электрической цепи с источником, работающим генератором и потребителем, а также ознакомить студентов с процессами передачи энергии по двухпроводной линии постоянного тока.

Основные теоретические положения.

1. Напряжение на некотором участке электрической цепи определяется как разность потенциалов крайних точек этого участка. На участке цепи без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому.

Рассмотрим участок цепи, содержащий резистор и источник ЭДС (рис. 1а и 1б). Найдем напряжение между точками и для участка, изображенного на рис. 1а. Для этого выразим потенциал точки “a” через потенциал точки “c”. Переходя из точки “c” к точке “b” оказывается ниже потенциала точки “c” на величину ЭДС E, т.е.

При переходе из точки “b” к точке “a” идем встречно току, поэтому потенциал точки “a” выше потенциала точки “b” на величину напряжения на резисторе R, т.е.

Таким образом, для рис. 1а имеем:

Откуда закон Ома для участка цепи, содержащего источник ЭДС

Заметим, что в схеме рис. 1а ток и ЭДС совпадают по направлению. А в этом случае источник работает в режиме генератора.

На рис. 1б. ток и ЭДС не совпадают по направлению, и источник ЭДС работает в режиме потребителя (нагрузки). Для данного участка цепи имеем:

Откуда закон Ома для участка цепи с источником ЭДС, работающим в режиме потребителя:

В общем случае закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, записывается так:

2. В простейшем случае передача энергии на расстояние осуществляется по двухпроводной линии. При этом мы имеем последовательное соединение проводов линии с приемников на конце линии (рис. 2).

Предположим, что напряжение в начале линии постоянно, утечкой тока через изоляцию линии можно пренебречь, сопротивление проводов лишь неизменно, а сопротивление изменяется от нуля до бесконечности.

Ток в цепи определяется уравнением:

И изменяется от (при ) до при .

Режим при наз. Режимом короткого замыкания, а режим при – режимом холостого хода.

Потеря напряжения в линии (на сопротивлении ) пропорциональна току, т.е.

Напряжение на зажимах приемника зависит от нагрузки линии. При изменении от нуля до бесконечности потеря напряжения изменяется от (при ) до (при ), а напряжение нагрузки изменяется от (при ) до (при ).

Активная мощность , отдаваемая в линию, изменяется пропорционально току от (при ) до (при ) по линейному закону.

Мощность потерь в линии пропорциональна квадрату тока и изменяется от (при ) до (при ).

Мощность , потребляемая приемником, равна нулю при и при . В промежутке между холостым ходом и коротким замыканием мощность имеет максимум. Для определения максимума надо от функции взять первую производную по току и приравнять ее к нулю.

, откуда .

Такой ток в линии имеет место при , следовательно

Таким образом, при (т.е. при ) мощность , потребляемая приемником, имеет максимум.

Величина этого максимума

Коэффициент полезного действия линии

изменяется по линейному закону.

При максимальной мощности приемника к.п.д. линии .

При передаче значительных мощностей такой к.п.д. не приемлем.

Практические указания к выполнению работы.

1. Собрать схему рис. 4 и присоединить ее к сети постоянного тока (напряжения). Замерить ЭДС аккумуляторной батареи. Напряжение на зажимах цепи установить больше ЭДС. Замерить величину тока, напряжения на зажимах цепи, напряжение на сопротивлении R, напряжение на зажимах батареи для двух случаев:

а) батарея работает в режиме генератора (разряд),

б) батарея работает в режиме потребителя (заряд).

Подсчитать величину сопротивления участка цепи и общее напряжение в цепи. Результаты измерений и вычислений для обоих случаев записать в таблицу 1.

Таблица 1.

	Результаты замеров					Вычисления
	A	B	B	B	B	B	Ом
Разряд батареи
Заряд батареи

2. По данным таблицы 1 построить совмещенную потенциальную диаграмму для обоих случаев, приняв за нуль потенциал отрицательного зажима цепи.

3. Собрать схему рис. 2. Изменяя сопротивление от нуля до бесконечности, произвести 7–8 измерений тока I, напряжения в конце линии и падения напряжения в линии при .

Результаты замеров и расчетов занести в таблицу 2.

Таблица 2.

№№ п.п.	Измерения
	A	B	B	B	Ом	Ом	Вт	Вт	Вт	–
1
2

4. По полученным данным подсчитать: , , , , , .

5. По данным таблицы 2 построить зависимости:

ЛИТЕРАТУРА:

Л.А. БЕССОНОВ, Теоретические основы электротехники, 1972г. Стр.8–13, 41–43.