Электротехника и электроника электротехника на оборудовании National Instruments. Лабораторный практикум

ние при отклонении стрелки на 100 делений будет равно: 0,5 В/дел. × 100 дел. = 50 В.

Очевидно, что на разных пределах измерения цена деления будет различна. Шкала прибора имеет рабочую и нерабочую части. Нерабочая часть – это начальная часть шкалы (от нуля до некоторого значения), на которой полная градуировка отсутствует.

На лицевой панели измерительного комплекта К-540 имеются измерительные приборы: амперметр, вольтметр и ваттметр. В левой верхней части комплекта имеются четыре клеммы A↓, B↓, C↓ и N для подключения к источнику, а в правой верхней части панели – четыре клеммы A↑, B↑, C↑ и N для подключения к нагрузке. Предел измерения вольтметра изменяется путем включения соответствующей кнопки, а предел измерения амперметра – с помощью переключения штекера в соответствующее гнездо. На лицевой панели в таблице около каждого переключателя указаны пределы измерения и цена деления амперметра и вольтметра, а на пересечении пределов по току и напряжению – цена деления ваттметра.

1.3.Порядок выполнения работы

1.3.1.Собрать схему рис 1.1 с источником регулируемого постоянного напряжения 0…220 В. В качестве приборов использовать стрелочный амперметр с пределом измерений 1 А и универсальный прибор В7-38 для измерения постоянного напряжения (нажать левую кнопку на вольтметре В7-38).

1.3.2.Подать напряжение на стенд, включив (ручка вверх) пакетный выключатель, расположенный с правой стороны стенда под крышкой откидного стола. При этом включается универсальный при-

бор В7-38.

1.3.3.Ручку ЛАТРа (ЛАбораторного автоТРансформатора) установить в нулевое положение (повернуть до упора против часовой стрелки).

1.3.4.Включить источник 3-фазного напряжения 3 × 220 В, нажав кнопку «Вкл» (черная кнопка, расположенная слева вверху).

1.3.5.Включить регулируемый источник постоянного напряжения, нажав черную кнопку под правым вольтметром. Поворачивая по часовой стрелке ручку ЛАТРа, установить напряжение 50 В, контроли-

11

руя его значение по вольтметру В7-38. Записать показания амперметра (опыт 1, табл. 1.1).

1.3.6.Повернуть ручку ЛАТРа в нулевое положение (повернуть до упора против часовой стрелки) и выключить регулируемый источник постоянного напряжения.

1.3.7.Собрать схему рис. 1.2 с источником регулируемого переменного напряжения 0…220 В. Установить пределы на измерительном комплекте К-540: по напряжению максимальное значение прибора U = 300 В, по току I = 1 А.

1.3.8.Включить источник регулируемого переменного напряжения (черная кнопка под левым вольтметром), установить с помощью ЛА-

ТРа напряжение 50 В и снять число делений nU, nI, nP, показанных вольтметром, амперметром и ваттметром, находящихся в комплекте К-540 (опыт 2, табл. 1.1). Рассчитать цену деления каждого из них и вычислить действительное значение измеряемых параметров. Ниже приведены эти формулы:

где ПU, ПI, ПP – пределы измерения вольтметра, амперметра и ваттметра;

N U, NI, NP – всего число делений вольтметра, амперметра и ваттметра.

где n – число делений, показанных прибором.

12

1.3.9.Выбрать оптимальные пределы на измерительном комплекте, т.е. ближайшие большие от рассчитанных значений по формулам (1.4), (1.5). Установить данные пределы на измерительном комплекте К-540 по напряжению и току. Определить показания прибора (опыт 3, табл. 1.1), т.е. произвести вновь расчет параметров по формулам (1.1)

–(1.6).

1.3.10.Установить ручку ЛАТРа в нулевое положение (повернуть до упора против часовой стрелки), отключить регулируемый источник переменного напряжения и источник 3-фазного напряжения. Выключить пакетный выключатель.

1.3.11.Показать результаты измерений преподавателю.

1.3.12.Разобрать схему.

1.4.Содержание отчета

Вотчете приводятся:

1)название работы;

2)таблица данных;

3)расчетные формулы;

4)схемы цепей.

Контрольные вопросы

1.Что понимается под электрической схемой и каково отличие принципиальных и монтажных схем?

2.Каков порядок сборки схем?

3.Какие требования предъявляются к электроизмерительным приборам?

4.Что называется пределом измерения прибора?

5.Как определить предел измерения ваттметра?

6.Что такое цена деления прибора и как эта величина используется в измерениях?

13

Лабораторная работа 2 ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ,

ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ И СМЕШАННЫМ СОЕДИНЕНИЕМ РЕЗИСТОРОВ

2.1. Цель работы

Ознакомление с основными законами и свойствами простых резистивных цепей.

2.2. Основные теоретические положения

Распределение токов и напряжений в электрических цепях подчиняется закону Ома и двум законам Кирхгофа. Закон Ома устанавливает зависимость между током I и напряжением U на участке электрической цепи:

где R – сопротивление участка цепи.

Первый закон Кирхгофа (баланс токов): алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю, т.е.

k =1

При этом токам, направленным к узлу, приписывается один знак, например «+», а токам, направленным от узла, – другой, например «–».

Второй закон Кирхгофа устанавливает баланс ЭДС источников и падений напряжения на резисторах в контурах цепи. Он гласит, что в любом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС источников E равна алгебраической сумме падений напряжений UR на резисторах контура:

14

Причем ЭДС и напряжения на отдельных участках берутся со знаком «+», если их направления совпадают с произвольно выбранным обходом контура (например, по часовой стрелке), и со знаком «–», если их направления не совпадают с направлением обхода.

В лабораторной работе исследуются цепи с последовательным (рис. 2.1), параллельным (рис. 2.2) и смешанным (рис. 2.3) соединением резисторов.

R1 = 150 Ом

I

1 А

А

Рис. 2.1

При последовательном соединении резисторов (см. рис. 2.1) воз-

никает одинаковый ток I во всех элементах.

Согласно закону Ома напряжение на каждом резисторе равно

Если к цепи приложено напряжение U, то по второму закону Кирхгофа для контура следует:

Зная ток, можно рассчитать напряжения резисторов:

15

При расчетах цепей вводят понятие «эквивалентное сопротивление» участка цепи. Это сопротивление определяется по закону Ома, как отношение напряжения к току на участке, где рассчитывается эквивалентное сопротивление.

Как известно, для цепи с последовательным соединением (см. рис. 2.1) это сопротивление равно

Таким образом, эквивалентное сопротивление участка цепи с последовательным соединением резисторов равно арифметической сумме их сопротивлений.

Рис. 2.2

При параллельном соединении ветвей (см. рис. 2.2) все ветви присоединяются к одной паре узлов, т.е. находятся под действием одного и того же напряжения. Поэтому ток ветви определяется этим напряжением и сопротивлением:

где R1 = R1− + R1~ – эквивалентное сопротивление последовательно со-

единенных резисторов с постоянным R1− и переменным R1~ сопротивлением.

16

По первому закону Кирхгофа I = I1 + I2 , или

Отсюда следует, что эквивалентное сопротивление при параллельном соединении равно

При известных (измеренных) напряжениях и токах сопротивления резисторов рассчитываются по формулам закона Ома:

Рис. 2.3

17

2.3.Подготовка к работе

2.3.1.Изучить теоретический материал по настоящему руководству и учебной литературе.

2.3.2.Разобраться в порядке лабораторных исследований: знать основные теоретические положения и схемы экспериментов, а также понимать, каким образом должны быть получены экспериментальные данные.

2.3.3.В рабочей тетради подготовить материал, необходимый для выполнения работы в лаборатории:

1)начертить схемы (рис. 2.1–2.3);

2)подготовить таблицы для записи результатов измерений.

2.4.Порядок выполнения работы

2.4.1.Сборка всех исследуемых цепей производится на панели

№6 «Линейные и нелинейные цепи» стенда ЭВ-4.

2.4.2.Собрать схему цепи по рис. 2.1. В качестве первого сопротивления использовать переменный резистор с сопротивлением от 0 до 150 Ом, а в качестве второго – постоянный резистор с сопротивлением 100 Ом. При измерениях использовать амперметр с пределом 1 А и вольтметр В7-38, которым поочередно измерять требуемые напряжения. Питание схемы проводить от источника постоянного напряжения, регулируемого с помощью ЛАТРа. Установить ручку ЛАТРа в нулевое положение (повернуть до упора против часовой стрелки). Предъявить схему для проверки преподавателю.

2.4.3.Сопротивление переменного резистора сделать равным нулю, повернув по часовой стрелке ручку до упора. Подать (нажав черную кнопку под правым вольтметром) на схему постоянное напряжение и, поворачивая по часовой стрелке ручку ЛАТРа, установить напряжение 50 В, контролируя его значение по вольтметру В7-38. Снять показания приборов. Последовательно увеличивать сопротивление первого резистора (4 позиции), снять показания приборов для каждого случая и занести их в табл. 2.1.

2.4.4.Полученные результаты показать преподавателю.

2.4.5.Собрать схему согласно рис. 2.2. В качестве сопротивле-

ния R1 использовать последовательно соединенные сопротивления R1– = 100 Ом и переменное сопротивление R1~ = 150 Ом, а в качестве R2 – резистор с сопротивлением 100 Ом.

18

Внимание! Необходимо убедиться в том, что резистор R1 собран из двух последовательно соединенных резисторов (постоянного и пе-

ременного). Без проверки схему не включать!

Пределы измерений амперметров указаны на рис. 2.2. Выходная клемма амперметра А соединяется с клеммами размножителя. Предъявить схему для проверки преподавателю.

2.4.6. Сопротивление переменного резистора сделать равным нулю (повернув ручку до упора по часовой стрелке). Подать на схему постоянное напряжение 50 В и снять показания приборов. Постепенно увеличивать сопротивление переменного резистора (4 позиции), снять показания приборов для каждого случая и занести в табл. 2.2.

2.4.7.Полученные результаты показать преподавателю.

2.4.8.Собрать схему согласно рис. 2.3. Схему цепи рис. 2.3 можно получить из предыдущей схемы. Для этого конец «в» провода «в- с» отсоединяют от точки «в» (см. рис. 2.2) и соединяют с точкой «а». Пределы амперметров указаны на рис. 2.3. Вольтметром поочередно измеряют требуемые напряжения. Собранную схему предъявить для проверки преподавателю.

2.4.9.Сопротивление переменного резистора сделать равным нулю. Подать на схему постоянное напряжение 70 В и снять показания приборов. Постепенно увеличивая сопротивление переменного

19

резистора (4 позиции), снять показания приборов для каждого случая

изанести их в табл. 2.3.

2.4.10.Полученные результаты показать преподавателю.

Таблица 2.3

2.4.11.Установить ручку ЛАТРа в нулевое положение (повернуть до упора против часовой стрелки), отключить регулируемый источник постоянного напряжения и источник 3-фазного напряжения.

2.4.12.Выключить пакетный выключатель и разобрать схему.

2.5.Указания к составлению отчета

2.5.1.Вычертить схемы, представленные на рис. 2.1–2.3.

2.5.2.По полученным значениям табл. 2.1 для схемы на рис. 2.1 проверить выполнение второго закона Кирхгофа согласно формуле

2.5.3.Произвести расчеты значений сопротивлений R1, R2 и Rэкв по данным табл. 2.1. Проверить соответствие полученных результатов по формуле (2.9).

2.5.4.Построить графики изменения напряжений U1 и U2 и тока I

взависимости от сопротивления первого реостата R1. Характер этих зависимостей определяется формулами (2.8) при U = const, R2 = const.

2.5.5.Рассчитать значение сопротивлений R1, R2 и Rэкв по данным табл. 2.2. Проверить соответствие полученных результатов по форму-

ле (2.12).

2.5.6.По полученным значениям проверить выполнение первого закона Кирхгофа согласно формуле

20