Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование и анализ работы линейных электрических цепей постоянного тока в программе Electronics Workbench при дистанционном обучении. Учебно-метод
.pdf
2. Власов С.П., Косарев Б.И., Журавлев А.Н. Линейные
электрические цепи постоянного тока. Методические
указания к лабораторным работам по дисциплине
«Теоретические основы электротехники» для студентов
электротехнических специальностей. Часть 1. Изд. 6–е. – М.:
МИИТ, 2007. – С.16–21.
31
Работа 2
ЗАКОНЫ КИРХГОФА И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ
ДИАГРАММА.
БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ
Цель работы: проверка законов Кирхгофа, баланса
мощностей, исследование распределения электрических
потенциалов вдоль контура электрической цепи.
Основные теоретические положения
В соответствии с первым Кирхгофа алгебраическая
сумма токов в ветвях, сходящихся в любом узле
электрической цепи, равна нулю. Для узла, в котором
сходится ветвей, сказанное выражается формулой:
алг
где токи, направленные к узлу, считаются
положительными, а от узла – отрицательными (или
наоборот).
32
Часто используют вторую формулировку этого
закона – сумма токов, втекающих в любой узел
электрической цепи, равна сумме токов, вытекающих из него.
В соответствии со вторым законом Кирхгофа в любом
контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС
источников равна алгебраической сумме падений
напряжения на остальных элементах (включая внутренние
сопротивления источников).
В цепи постоянного тока для контура без источника
тока
Для такой цепи второй закон Кирхгофа наглядно
иллюстрируется потенциальной диаграммой – графиком
распределения потенциалов вдоль контура электрической
цепи. При построении диаграммы в схеме цепи выбирают
контур, не содержащий источников тока, разбивают его на
участки так, чтобы на каждом находилось одно
сопротивление или один источник. Граничные точки между
участками обозначают буквами или цифрами, потенциал
одной из точек принимают равным нулю, потенциалы
остальных измеряют или рассчитывают. Значения
33
потенциалов откладываются по оси ординат графика. Точку
графика, соответствующую нулевому потенциалу,
помещают в «ноль» координатной системы. Далее на график
поочередно наносят другие точки, соответствующие
потенциалам остальных точек контура, последовательно
«обходя» этот контур и откладывая (припасовывая одно к
другому) по оси абсцисс сопротивления участков между
соседними точками электрической цепи. Затем точки
графика, соответствующие потенциалам соседних точек на
схеме цепи, соединяют прямыми линиями.
Внутреннее сопротивление источника энергии
(генератора) определяется из закона Ома для участка цепи с
ЭДС:
где Е – ЭДС источника;
– напряжение на его зажимах, направленное против ЭДС,
ток, направленный по ЭДС (ЭДС источника равна
напряжению на зажимах этого источника в режиме холостого
хода источника, т.е. при нулевом токе).
Баланс мощностей, следующий из закона сохранения
энергии, заключается в том, что в электрической цепи сумма
34
мощностей всех источников энергии (источников ЭДС и
источников тока) равна сумме мощностей всех потребителей,
что выражается равенством:
мощность отдельного источника может оказаться как
положительной, так и отрицательной, и считается по
формулам:
для источника ЭДС
(верхний знак – если направление тока совпадает с
направлением действия ЭДС, нижний – если нет),
и для источника тока
где напряжение на зажимах
источника тока,
потенциал зажима, к которому направлен ток
источника.
35
Исследуемая электрическая цепь
Работа выполняется на компьютере в программе
Electronics Workbench.
Принципиальная схема исследуемой электрической
цепи приведена на рис.2.1.
Схема, «собираемая» на компьютере – на рис.2.2.
Измерения напряжений и потенциалов выполняются
одним вольтметром, поочередно подключаемым к
исследуемым участкам цепи. Измерение токов производится
амперметрами, которые остаются включенными в цепь в
течение всего исследования.
Рис.2.1
36
Рис.2.2
Примечание.
На схемах, сформированных в программе Electronics
Workbench, параметры элементов указаны произвольно.
Каждый обучающийся устанавливает параметры
элементов по указанию преподавателя.
Подготовка к работе
1. Составить по законам Кирхгофа систему независимых
уравнений для расчета электрической цепи, схема которой
изображена на рис. 2.1.
37
2. Для внешнего контура этой цепи построить каче-
ственно потенциальную диаграмму, приняв потенциал точки
0 равным нулю.
Порядок выполнения работы
1. На экране компьютера собрать схему электрической
цепи рис. 2.2.
Установить величины сопротивлений по указанию
преподавателя.
Измерить токи и напряжения на всех участках цепи.
Результаты измерений занести в табл. 2.1.
2. Принять потенциал одной из точек цепи (по указанию
преподавателя) равным нулю. Измерить потенциалы
остальных точек цепи.
38
Результаты измерений занести в первую строку табл. 2.2.
3. Повторить измерения, приняв нулевым потенциал
любой другой точки электрической цепи. Результаты
измерений занести во вторую строку табл. 2.2.
Примечание.
При измерении потенциалов отрицательный зажим
вольтметра подключается к точке нулевого потенциала, а
положительный – поочередно – к остальным точкам цепи.
Обработка полученных результатов, содержание отчета
1. По опытным данным (табл. 2.1) выполнить проверку
выполнения:
а) первого закона Кирхгофа;
39
б) второго закона Кирхгофа для всех контуров ис-
следуемой цепи.
2. По опытным данным (табл.2.1) рассчитать внутренние
сопротивления источников энергии и сопротивления всех
участков цепи.
Результаты занести в табл. 2.3.
3. По данным табл.2.2 (первая и вторая строки) и табл.2.3
построить две потенциальные диаграммы для внешнего
контура схемы.
4. По данным табл. 2.1 и 2.3 выполнить проверку
баланса мощностей для исследуемой цепи. Результаты
занести в табл. 2.4.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]