Лабораторная работа №1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра комплексной информационной безопасности электронновычислительных систем (КИБЭВС)

«ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА» Отчет по лабораторной работе

По дисциплине «Электротехника»

Студенты гр. 723-1

_________Лысенко Е.М.

_____Малиновский С.Е.

__________Кожаева Е.С. 17.09.2024

Руководитель Ст. преподаватель

кафедры КИБЭВС

________ Пехов О.В. 17.09.2024

Томск 2024

1 ВВЕДЕНИЕ

Целью лабораторной работы является экспериментальная проверка: свойств реальных источников питания; основополагающих законов электротехники (первого и второго законов Кирхгофа); правил эквивалентного преобразования электрических схем.

2

2 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА

Внешняя характеристика отражает зависимость напряжения на зажимах источника от величины нагрузки - тока источника, заданного нагрузкой. Если данная зависимость на графике будет представлена, как прямая, выходящая из начала координат, то она описывается по закону Ома.

Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма входящих и выходящих токов в узел равна нулю. Данное правило следует из того, что энергия в узле не накапливается.

Второе правило Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Правило так же вытекает из того, что в узле не могут расходоваться и накапливаться заряды.

В электротехнике существует два основных способа соединение элементов электрической цепи: последовательное и параллельное соединения.

При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова, результирующее сопротивление равно сумме резисторов, входящих в участок цепи, а напряжение равно сумме напряжений на концах каждого из проводников.

При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами. В данном способе соединения напряжение между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов, сила тока равна сумме токов параллельно включённых проводников, а величина, обратная общему

3

сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включённых проводников.

Для расчёта параметров работы электрической цепи в электротехнике используют несколько способов расчёта цепей. Наиболее простым является метод эквивалентных преобразований, упрощающий цепь.

Метод эквивалентных преобразований заключается в том, что электрическую цепь или ее участок заменяют более простой по структуре электрической цепью. При этом токи и напряжения должны оставаться такими, какими они были до преобразований. В результате преобразований расчет цепи упрощается и часто сводится к элементарным арифметическим операциям. При использовании данного метода необходимо знать, как осуществляется преобразование при последовательном и параллельном соединении для различных элементов.

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 один источник питания с внутренним сопротивлением rвн и электродвижущей силой (э.д.с.) Е, которая может регулироваться с помощью соответствующего потенциометра в диапазоне от 1,5 В до 9 В, и ряд нагрузок (резисторов). Значения ЭДС по вариантам приведены в таблице 2.1. Значения сопротивлений нерегулируемых резисторов приведены в таблице 2.2, дискретно регулируемых – в таблице 2.3.

4

Таблица 2.2 – Значение сопротивлений нерегулируемых резисторов

Таблица 2.3 – Значения сопротивлений дискретно регулируемых резисторов

Рисунок 2.1 — Макет со схемой электрической принципиальной

5

Трехпозиционный переключатель SA1 позволяет выбрать один из трех режимов работы макета:

В положении “1” к источнику питания подключена правая часть схемы с резисторами R7....R11;

В положении “хх” (холостой ход) источник отключен от нагрузок, то есть работает на холостом ходу;

В положении “2” к источнику подключена левая часть схемы с резисторами R1....R6.

Входе работы измерительные приборы используются в режиме вольтметра. Неправильное включение прибора в цепь может привести к травмам и повреждению приборов.

6

3 ХОД РАБОТЫ

3.1 Экспериментальное получение внешней характеристики источника питания

Внешней характеристикой называется зависимость напряжения на зажимах источника U56 от тока источника I.

Величина э.д.с. Е соответствует варианту №11 из таблицы 2.1.

Значение Е на макете выставляется через переключатель SA1 в положение “хх”.

Для снятия внешней характеристики переключатель SA1 устанавливается в положение «1», тумблер S1 в разомкнутое положение, подключаемся одним вольтметром к выходным зажимам источника (к гнездам «5» и «6»), вторым вольтметром к гнездам «7» и «9». Между этими гнездами включен резистор R8, служащий для измерения тока источника. Ток источника пересчитывается из измеренного напряжения на резисторе UR8 по закону Ома (формула 3.1):

U

I = RR 8 (3.1)

8

Аналогично подсчитываем для остальных семи токов и полученные значения записываем в таблицу 3.1:

Таблица 3.1 – Изменения значений

7

Используя данные таблицы 3.1, был построен график внешней характеристики (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – График внешней характеристики

3.2 Расчёт внешней характеристики

Производится расчет для тех же условий, что и в предыдущем пункте программы.

Точки внешней характеристики рассчитываются по следующим

8

Дано значение э.д.с, равное Е = 5 В. Рассчитаем I для каждой из восьми точек:

I1 = 5/(10+150+185) = 14,5 мА

I2 = 5/(10+150+217) = 13,26 мА

I3 = 5/(10+150+225) = 12,99 мА

I4 = 5/(10+150+250) = 12,19 мА

I5 = 5/(10+150+285) = 11,23 мА

I6 = 5/(10+150+323) = 10,35 мА

I7 = 5/(10+150+360) = 9,61 мА

I8 = 5/(10+150+391) = 9,07 мА

Расчеты внешней характеристики занесены в таблицу 3.2, не менее чем для 8 точек.

Таблица 3.2 — Расчёты внешней характеристики

Был построен график расчетной внешней характеристики совместно с графиком экспериментальной характеристики (рисунок 3.2).

9

Рисунок 3.2 — Внешняя и экспериментальная характеристики

3.3 Проверка выполнения первого правила Кирхгофа для узла «2»

Для проведения проверки переключатель SA1 устанавливается в положение «2» и выставляются значения сопротивлений резисторов R2 и R4 в соответствии с вариантом №7.

R2 = 174 Ом

R3 = 282 Ом

R4 = 425 Ом

Для проведения измерений используется один вольтметр. Один шнур вольтметра подключается к гнезду «2», а другой поочередно подключается к гнездам «1», «3» и «4» для измерения токов в ветвях с резисторами R2, R4 и R5 соответственно (токи пересчитываются по закону Ома из измеренных напряжений на резисторах). Результаты измерений заносятся в таблицу 3.3.

10