Лабы (Мосичев) / Лабораторная работа №2
.docxМинистерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций российской федерации
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский технический университет связи и информатики»
(МТУСИ)
Кафедра теории электрических цепей
Лабораторная работа №2
по дисциплине
«Электротехника»
на тему
Исследование на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения
Выполнил: студент группы БББ0000 факультета ИТ Фамилия И.О.
Проверил: к.т.н. Мосичев А.В.
Москва 2023г.
Цель работы:
С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики источников напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками.
Исходные данные:
Е = 2.4 В – ЭДС источника;
r = 320 Ом – внутреннее сопротивление источника;
= 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 1280, 2560 и 5000 Ом – сопротивление нагрузки;
Расчётные формулы:
I = E/(r + ) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки ;
= I = f( ) – падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки Rн;
= EI = f( ) – мощность источника от сопротивления нагрузки ;
= r = f( ) – мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки ;
= = f( ) – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки Rн;
η =100% * ( ) = f( ) – коэффициент полезного действия (КПД) цепи от сопротивления нагрузке .
Предварительный расчёт
Проведём предварительный расчёт и построим графики в программе Scilab.
Рисунок 1 – Расчёт зависимости тока в нагрузки от сопротивления нагрузки
Рисунок 2 – График зависимости тока в нагрузки от сопротивления нагрузки
Рисунок 3 – Расчёт зависимости падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки
Рисунок 4 – График зависимости падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки
Рисунок 5 – Расчёт зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки
Рисунок 6 – График зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки
Рисунок 7 – Расчёт зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки
Рисунок 8 – График зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки
Рисунок 9 – Расчёт зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки
Рисунок 10 – График зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки
Рисунок 11 – Расчёт зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки
Рисунок 12 – График зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки
2 Экспериментальный расчёт
В программе Micro-Cap воссоздадим схему цепи, построим графики функций и найдём искомые значения, чтобы сравнить их с предварительными расчётами.
Рисунок 13 – Схема цепи
Рисунок 14 – Экспериментально полученный график зависимости тока в нагрузки от сопротивления нагрузки
Рисунок 15 – Экспериментально полученный график зависимости падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки
Рисунок 16 – Экспериментально полученный график зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки
Рисунок 17 – Экспериментально полученный график зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки
Рисунок 18 – Экспериментально полученный график зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки
Рисунок 19 – Экспериментально полученный график зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки
Все значения, найденные по точкам на графиках, внесём в единую таблицу вместе с результатами предварительного расчёта (таблица 1).
Таблица 1 – Полученные данные
|
По предварительному расчёту |
|
|||||||||||||||||
|
Rн, Ом |
I,мА |
Uн, В |
Pист, Вт |
Pr, Вт |
Pн, Вт |
n, % |
|
|||||||||||
|
0 |
7,500 |
0 |
0.018 |
0.018 |
0 |
0 |
|
|||||||||||
|
10 |
7,272 |
0.0727 |
0.0174 |
0.0169 |
0.0005 |
3.03 |
|
|||||||||||
|
20 |
7,058 |
0.1411 |
0.0169 |
0.0159 |
0.0009 |
5.88 |
|
|||||||||||
|
40 |
6,666 |
0.2666 |
0.016 |
0.0142 |
0.0017 |
11.11 |
|
|||||||||||
|
80 |
6 |
0.48 |
0.0144 |
0.0115 |
0.0028 |
20 |
|
|||||||||||
|
320 |
3,75 |
1.2 |
0.009 |
0.0045 |
0.0045 |
50 |
|
|||||||||||
|
1280 |
1,5 |
1.92 |
0.0036 |
0.0007 |
0.0028 |
80 |
|
|||||||||||
|
2560 |
0,833 |
2.1333 |
0.002 |
0.0002 |
0.0017 |
88.89 |
|
|||||||||||
|
5000 |
0,451 |
2.2556 |
0.0011 |
0.0001 |
0.001 |
93.98 |
|
|||||||||||
Получено экспериментально |
|||||||||||||||||||
I,мА |
Uн, В |
Pист, Вт |
Pr, Вт |
Pн, Вт |
n, % |
||||||||||||||
7,5000 |
0 |
0,018 |
0,018 |
0 |
0 |
||||||||||||||
7,2730 |
0,0727 |
0,0174 |
0,0169 |
0,0005 |
3,03 |
||||||||||||||
7,0590 |
0,1412 |
0,0169 |
0,0159 |
0,001 |
5,88 |
||||||||||||||
6,6670 |
0,2667 |
0,0402 |
0,0142 |
0,0018 |
11,11 |
||||||||||||||
6,0000 |
0,4799 |
0,0144 |
0,0115 |
0,0029 |
20 |
||||||||||||||
3,7500 |
1,2 |
0,009 |
0,0045 |
0,0045 |
50 |
||||||||||||||
1,5000 |
1,92 |
0,0036 |
0,0007 |
0,0029 |
80 |
||||||||||||||
0,8333 |
2,133 |
0,002 |
0,0002 |
0,0018 |
88,88 |
||||||||||||||
0,4511 |
2,256 |
0,0011 |
0,0001 |
0,0001 |
93,98 |
Выводы
В данной работе с помощью программы Micro-Cap мы получили внешние характеристики источников напряжения, познакомились с зависимыми источниками.
Значения и графики, полученные в ходе эксперимента в Micro-Cap, совпадают с данными, полученными в ходе предварительного расчёта в программе Scilab. Это подтверждает корректность проведённого эксперимента и расчётов.
Вопросы для самопроверки
Какой источник называется источником ЭДС. Приведите примеры независимых и зависимых источников.
Источником ЭДС называется независимый источник напряжения – двухполюсный элемент с заданной величиной ЭДС (разностью потенциалов), не зависящей от параметров цепи, подключенной к нему (не зависящей от нагрузки), и с неопределенным зависящим от нагрузки током.
Независимые источники ЭДС – батарея (аккумулятор); генератор.
Зависимые источники ЭДС – источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН); источник напряжения, управляемый током (ИНУТ);
Режимы работы источника ЭДС.
Режим холостого хода (I = 0, Uхх = E) – когда к источнику не подключена нагрузка.
Режим нагрузки – когда к источнику подключён потребитель и в цепи протекает ток.
Режим короткого замыкания (U = 0, = 0) – режим, при котором ток достигает максимального значения (I= =E/r).
Чему равно падение напряжения на нагрузке Uн при Rн = r?
= I ; I = E/(r + ); Rн = r => = (E/2r)*r = E/2.
= E/2 = (2,4)/2 = 1,2 В.
Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника Pr, при RH = r?
= r; I = E/(r + ); Rн = r => = *r = /4r.
= /4r = /4*320 = 0,0045 Вт.
Чему равен КПД при Rn = r?
η =100% * ( ); = ; = EI; I = E/(r + ) =>
η =100% * ( /(EI) = 100% * /E = 100% * r/E) = 100% * 1/2 =
= 50%.