ЛАБЫ / 2 / Лабораторная 2

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»

Инженерная школы энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОГО ДВУХПОЛЮСНИКА

Вариант 5

Исполнитель:
студент группы	5А36		Кондрашов Максим
Руководитель:
преподаватель			Колчанова Вероника Андреевна

Томск 2024

Цель работы. Проверить возможность замены активного двухполюсника эквивалентным генератором и научиться определять параметры эквивалентных схем замещения генератора.

Схема электрической цепи

Программа работы

1. Прежде, чем собирать электрическую цепь, нужно уточнить измерениями значения Е, R₁, R₂, R₃ и записать их в верхнюю строку табл. 2.1.

2. Собрать цепь по схеме рис. 2.2 и в режимах холостого хода (R_Н=∞) и короткого замыкания (R_Н=0), а также при пяти значениях сопротивления R_Н измерить напряжение U_ab и токи I, I₁. Результаты измерений внести в табл. 2.1.

Указание. Значения токов I при изменении R_Н брать примерно через равные интервалы, в том числе при I=I_КЗ/2 .

3. Определить ЭДС эквивалентного генератора из опытов холостого хода и короткого замыкания, а также по методу двух нагрузок. Для чего следует выбрать такие два опыта из пяти, в которых токи отличались бы не менее, чем в два раза. В табл. 2.1 записать средние значения Е_Г и R_Г.

Таблица 2.1

Е =7 В; R1 =220 Ом; R2 = 100 Ом; R3 = 150 Ом; ЕГ =2.88 В; RГ =210.22 Ом
Опыт	I1	I	Uab	RН	ln(RН/RГ)	РН	
	мА	мА	В	Ом	–	Вт	–
Холостой ход	0	0	UХХ=2.88		-	0	0
1	-	2.2	2.45	1114	-1.667	0.005	0.851
2	-	4.5	1.98	440	-0.739	0.009	0.687
3 (I=IКЗ/2)	-	6.8	1.56	228	-0.081	0.011	0.538
4	-	8.5	1.28	151	0.334	0.011	0.444
5	-	10.2	0.92	90	0.846	0.009	0.319
Короткое замыкание	-	IКЗ=13.7	0	0		0	0

4. Вычислим для всех опытов значения сопротивления нагрузки R_Н по закону Ома, мощности нагрузки Р_Н, коэффициента полезного действия  и величины . Результаты вычислений также внести в табл. 2.1.

Параметры генератора по методу двух нагрузок:

B

Ом

Параметры генератора из предельных режимов короткого замыкания (R_Н = 0) и холостого хода (R_Н = ):

B

Ом

5. Построим по данным табл. 2.1 внешнюю характеристику эквивалентного генератора U_ab = f(I) и по ней графически определим значение тока I для заданного преподавателем сопротивления R_Н.

Внешняя характеристика U_ab = f(I) эквивалентного генератора позволяет графически определить ток нагрузки по известному ее сопротивлению R_Н,

находя точку пересечения внешней характеристики генератора и вольтамперной характеристики нагрузки. Последнюю строим по уравнению:

U_Н = R_НI,

где R_Н =  50 Ом,

I = 0 U_Н = R_Н I=0 В

I = 10mA U_Н = R_Н I= В

Вывод: Графики внешней характеристики генератора и вольтамперной характеристики нагрузки представляют собой прямую линию несмотря на то, что в данном отчёте идеальный результат не был достигнут вследствие наличия погрешностей измерения.

Из графика 0.0116 А

Для того же значения сопротивления вычислим ток по формулам

Тевенена – Гельмгольца и Нортона – Поливанова.

Сравним результаты вычислений с графическим расчетом.

По формуле Тевенена–Гельмгольца:

А

Расчёт тока по формуле Нортона-Поливанова:

А

6. Построим по данным табл. 2.1 зависимости  и (I).

Из графика сопротивление R_Н, при котором мощность нагрузки Р_Н максимальна равно 150,49 Ом

Вывод: Графики зависимости   и   носят параболический характер. Хотя в данной работе графики не представляют собой ярко выраженную параболу из-за погрешностей измерения.

значение КПД  при максимальной мощности Р_Н. Равно 0.11

Сравним полученное сопротивление R_Н с найденным теоретически при подготовке к работе.

Полученное сопротивление Rн = 150,49 Ом больше всего совпадает с сопротивлением, полученным в 4 опыте, где Rн = 151 Ом

7. Используя формулы п. 3 подготовки к работе, вычислим Е_Г и R_Г для своего варианта параметров Е, R₁, R₂, R₃.

Сравним с экспериментально полученным результатом.

B

Ом

Теоретические и экспериментальные значения сопоставимы, но не одинаковы из-за погрешности измерений.

Вывод: в ходе выполнения данной лабораторной работы был доказана возможность замены активного двухполюсника эквивалентным генератором путём сравнения теоретических расчётов с экспериментально полученными значениями параметров эквивалентных схем замещения генератора. Также было выявлено, что графики внешней характеристики генератора и вольтамперной характеристики нагрузки представляют собой прямую линию несмотря на то, что в данном отчёте идеальный результат не был достигнут вследствие наличия погрешностей измерения и построения. Также было установлено, что графики зависимости   и   носят параболический характер. Хотя в данной работе графики не представляют собой ярко выраженную параболу все из-за погрешностей измерения.

Литература

1. Лукутин А.В. Электротехника и электроника: учеб.пособие / А.В. Лукутин, Е.Б. Шандарова. – Томск: ТПУ, 2010. – 198 с.

2. Аристова Л.И. Сборник задач по электротехнике: учеб.пособие / Л.И. Аристова, А. В. Лукутин. – Томск: ТПУ, 2010. – 107 с.

3. Электротехника и электроника: в 3-х книгах, кн. 1: Электрические и магнитные цепи / под ред. В.Г.Герасимова. – М.: Энергоатомиздат, 1996. – 288 с.

4. Электротехника и электроника: в 3-х книгах, кн. 2: Электромагнитные устройства и электрические машины / под ред. В.Г.Герасимова. – М.: Энергоатомиздат, 1997. – 272 с.

5. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов / К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2009. – (Учебник для вузов). Т. 2. – 2009. – 432 с.

6. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров / Л.А.Бессонов. – 11-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2012. – 701 с.

7. Основы теории цепей / Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.