Болтушкин Л.С., Туранов А.В., гр. 712-2, отчет по лабораторной 2

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОННИКИ (ТУСУР)

Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-вычислительных систем (КИБЭВС)

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Отчет по лабораторной работе №2 по дисциплине «Электротехника»

Студент гр. 712-2 ___________ Л.С. Болтушкин ___________ А.В. Туранов ___________

Руководитель Старший преподаватель

кафедры КИБЭВС

_______ __________ А.С. Семенов

__________

Томск 2023

Введение

Целью работы является экспериментальная проверка расчетов, проводимых классическими методами (контурных токов, узловых потенциалов, наложения, двух узлов) на примере разветвленной цепи с тремя источниками питания.

1 Основные теоретические положения

Величины и направления токов в разветвленной цепи определяют

следующим образом:

1.Обозначают стрелками предполагаемое направление тока в каждой ветви — участке цепи между двумя узлами; при этом положительным можно считать направление токов и э. д. с. как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки;

2.В соответствии с числом неизвестных составляют для каждого контура Равное число уравнений (по законам Кирхгофа);

3.Решая уравнения, определяют токи в каждой ветви.

Если в результате вычислений величина того или иного тока оказывается отрицательной, это значит, что в рассматриваемой ветви ток течет в направлении, противоположном указанному стрелкой.

Внешний вид лицевой панели макета со схемой электрической принципиальной приведен на рисунке 1. Питание макета осуществляется от сети переменного то ка 220 В, 50 Гц. Макет содержит три регулируемых источника питания и пять нагрузок в виде резисторов. Напряжения источников питания регулируются с помощью потенциометров в диапазоне от 1,5 В до 9 В.

Для управления режимами работы источников питания используются три переключателя SA1 ...SA3. В положении переключателя “Е” соответствующий источник включен в цепь; в положении “XX” (холостой ход) источник отключен, т.е. на его месте образуется разрыв цепи; в положении “КЗ” (короткое замыкание) источник отключен, а на его месте в цепи организуется закоротка.

Рисунок 1 – Внешний вид лицевой модели макета со схемой электрической принципиальности

Значения сопротивления резисторов приведены в таблице 1.

Таблица 1- Значения сопротивлений резисторов

R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R4, Ом	R5, Ом
300	150	150	300	200

Электрическая схема изображения на рисунке 2.

Рисунок 2 – Электрическая схема

2 Ход работы

2.1 Экспериментальные результаты и их обработка

2.1.1 Расчет токов всех ветвей

Были рассчитаны токи всех ветвей методом контурных токов.

Значения э.д.с. в соответствии с вариантом, выданный преподавателем (4 вариант) равны:

Е1 = 4;

Е2 = 6;

Е3 = 7;

Значения сопротивления из таблицы 1 и э.д.с. были подставлены в систему уравнений на рисунке 4 и были найдены значения контуров токов.

Рисунок 4 – Система уравнений

Значения контурных токов:

I₁₁ = -2,16 мА;

I₂₂ = 6,84 мА;

I₃₃ = 18,1 мА.

2.1.2 Экспериментально определить токи всех ветвей

Для определения тока какой-либо ветви замерить с помощью вольтметра напряжений на соответствующем резисторе и, зная сопротивление резистора, пересчитать напряжение в ток по закону Ома (рисунок 5).

Рисунок 5 – Закон Ома.

Результат занесён в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты измерений

Элемент	R1	R2	R3	R4	R5
Сопротивление, Ом	300	150	150	300	200
Напряжение, мВ	0,72	1,37	1,02	3,25	3,67
Ток(эксперимент), мА	2,4	9,13	6,8	10,83	18,35
Ток(расчёт), мА	-2,16	9	6.84	11,26	18,1

2.1.3 Рассчитать потенциалы всех узлов

Если узел 4 (см. рисунок 2) заземлить, то неизвестными будут потенциалы двух узлов: второго и пятого.

Составленная по методу узловых потенциалов система уравнений относительно указанных неизвестных приведена ниже:

Значения потенциалов узлов:

ϕ 2 = 4,65 В;

ϕ 5 = 3,62 В.

2.1.4 Замерить потенциалы всех узлов

Для замера потенциалов узлов первого и пятого один шнур вольтметра был подключен к гнезду “4” макета, а другой шнур к гнёздам “2” и “5”. Результат измерений занесены в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты измерений потенциалов

	ϕ 2, В	ϕ 5, В
Расчёт	4,65	3,62
Эксперимент	4,70	3,68

2.1.5 Проверить экспериментально выполнение второго правила Кирхгофа для контура 4, 2, 5, 4

Согласно второму правилу Кирхгофа в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма э.д.с. равна алгебраической сумме напряжений на нагрузках. Поэтому для выполнения данного пункта программы были замерены напряжения на зажимах источников Е2 и Е3 и напряжения на резисторах R2, R3, R4

Результаты измерений были занесены в таблицу 4.

Е2, В	Е3, В	Алгебраическая сумма э.д.с, В	UR2, B	UR3, B	UR4, B	Алгебраическая сумма напряжений, В
6	7	13	1,37	1,02	3,25	5,64

2.1.6 Экспериментально проверить метод наложения

Согласно методу наложения, ток в любой ветви электрической цепи равен алгебраической сумме частичных токов этой ветви. Поэтому для выполнения настоящего пункта программы были собраны поочередно три частичные схемы (по количеству источников в исследуемой цепи), которые приведены на рисунках 6-8.

На макете частичные схемы создаются установкой переключателей SA1

... SA3: одного - в положение “Е”, двух других - в положение “КЗ”.

Рисунок 6

Рисунок 7

Рисунок 8

Результаты измерений и подсчетов занесены в таблицу 5.

Таблица 5 – Частичные токи ветвей

Сопротивление, Ом		R1	R2	R3	R4	R5
		300	150	150	300	200
Схема на рисунке 66	Напряжение, В	-3,03	-0,94	0,52	-0,43	0,43
	Ток, мА	-10,1	- 6,2	3,46	-1,43	2,15
Схема на рисунке 7	Напряжение, В	3,00	3,10	1,65	-1,35	1,36
	Ток, мА	10	20,6	11	-4,5	6,8
Схема на рисунке 8	Напряжение, В	0,77	-0,77	-1,13	5,03	1,89
	Ток, мА	2,56	-5,1	-7,53	16,7	9,45
Алгебраическая сумма частичных токов, мА		2,57	9,3	7,11	10,77	13,49
Экспериментальное значение тока из таблицы 3, мА		2,4	9,13	6,8	10,83	18,35

2.1.7 Рассчитать методом двух узлов схему на рисунке 9

Рисунок 9

Расчетные соотношения:

Расчетные значения таковы:

I₁ = 1,48 мА;

I₂ = 5,18 мА;

I₃ = 8,51 мА.

2.1.8 Экспериментально определить токи на рисунке 6

Была собрана цепь по схеме на рисунке 9, установлен на макете переключатели SA1, SA2 в положение “Е”, а переключатель SA3 - в положение “XX”.

Экспериментально были определены потенциал узла “2” (относительно заземленного узла “4”) и токи ветвей.

Результат эксперимента приведён в таблице 6.

Таблица 6 – Расчёты для рисунка 9

Сопротивление, Ом	R1	R2	R3
	300	150	150
Напряжение, В	0,23	1,87	1,76
Ток, мА	0,76	12,4	11,7
Расчётное значение тока	-2,16	9	6,84

Заключение

В ходе выполнения лабораторной работы была проведена экспериментальная проверка расчётов, проводимых классическими методами (контурных токов, узловых потенциалов, наложения, двух токов), на примере разветвлённой цепи с тремя источниками питания. Выявлено, что данные расчёты являются справедливыми для экспериментальных измерений.