- •Лабораторная работа №1
- •2. Подготовка к работе
- •3. Рабочее задание.
- •Лабораторная работа №-2 исследование режимов работы активного двухполюсника цепи постоянного тока
- •Лабораторная работа №-3 измерение мощности и повышение коэффициента мощности в однофазной цепи синусоидального тока
- •Лабораторная работа №-4 исследование резонансных явлений в цепях синусоидального тока с последовательным соединением ветвей
- •3 Рабочее задание
Лабораторная работа №-2 исследование режимов работы активного двухполюсника цепи постоянного тока
Цель работы: исследовать режимы работы активного двухполюсника, подключенного к пассивному двухполюснику. Снять зависимости, оценивающие эффективность передачи энергии.
Объект и средства исследования
Объектом исследования служит электрическая цепь постоянного тока, состоящая из активного двухполюсника, подключенного к пассивному двухполюснику. Активный двухполюсник представлен эквивалентным генератором с ЭДС Еэк и внутренним сопротивлением Rвн, а пассивный двухполюсник одним резистором с сопротивлением Rn (реостат).
В электрической цепи, представленной на рис.2.1. А – амперметр, Un – вольтметр, В - выключатель. Сопротивление соединительных проводов принимается равным нулю. В качестве источника ЭДС Еэк в работе используется последовательное соединение фазы трехфазного источника «А – 0» и диода однополупериодного выпрямления V1 (рис.2.2.)
Подготовка к работе
Ознакомиться с режимами работы активного двухполюсника, подключенного к пассиному двухполюснику, обратив внимание на режимы холостого хода, короткого замыкания, согласованный и номинальный.
При значении ЭДС Еэк=90 В по выбранному из табл.2.1. значению Rвн и задаваемым значениям сопротивления Rn рассчитать ток в цепи I , напряжение на приемнике Un, мощность приемника Pn мощность источника ЭДС Pи и коэффициент полезного действия ή. Результаты расчета для 7 значений Rn записать в табл.2.2.
Таблица 2.1.
Номер варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Rвн, Ом |
30 |
35 |
25 |
45 |
40 |
50 |
20 |
42 |
48 |
33 |
26 |
31 |
Таблица 2.2.
Задано |
Вычислено | ||||
Rn, Ом |
I, А |
Un, В |
Pn, Вт |
Pи, Вт |
ή |
0 |
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
По результатам вычислений построить совмещенные графики зависимостей Еэк, Un, Pn, Pи, ή и Rn/ Rвн от тока I.
На полученных графиках показать режимы холостого хода, короткого замыкания и согласованный режим работы. Каким образом можно получить эти режимы экспериментально?
определить для заданного варианта мощность приемника в согласованном режиме и показать, что она соответствует максимальной активной мощности пассивного двухполюсника. В каких электрических цепях используют согласованный режим работы?
*2.6. Построить вольт-амперные характеристики эквивалентного генератора в случае, когда Rn>> Rвн (источник ЭДС) и когда Rвн>> Rn (источник тока). Записать математически внешнюю характеристику реального источника электрической энергии.
Рабочее задание
Собрать схему (см.рис.2.1. и 2.2.) с заданным вариантом Rвн.
Определить ЭДС источника Еэк.
Регулируя сопротивление реостата Rn, получить режимы, рассчитанные в п.2.2., исследуя при этом режимы холостого хода, короткого замыкания и согласованный, а также два режима при Rn<Rсогл и два режима при Rn>Rсогл. Результаты измерений тока I и напряжения приёмника Un записать в табл.2.3.
Таблица 2.3.
Измерено |
Вычислено | ||||||
Еэк, В |
I, А |
Un, В |
Rn, Ом |
Rвн, Ом |
Pn, Вт |
Pи, Вт |
ή |
|
|
|
|
|
|
|
|
Построить совмещенные графики зависимостей Еэк, Un, Pn, Pи, ή от тока I. Проанализировать характерные режимы работы активного двухполюсника, сравнить опытные и расчетные данные.
*3.5. Экспериментально исследовать внешние характеристики источников ЭДС и тока с учетом ограничений, наложенных в п.2.6.*
Контрольные вопросы
Как оценивается эффективность передачи энергии электрической цепи?
почему вольтметром можно измерить ЭДС источника в режиме холостого хода цепи?
Каково уравнение баланса мощностей электрической цепи, состоящей из источника электроэнергии и приемника?
В каком режиме источник электроэнергии развивает наибольшую мощность?
Что такое потери мощности и энергии в источнике питания и электрических сетях?
Почему выгодно передавать энергию на большие расстояния при высоком напряжении?
Как определить необходимое сечение проводов линии электропередачи?
Программа обработки экспериментальных данных
Ввод данных:
I: Х ПА, Un: Х ПВ, Eэкв: Х ПС
Вывод результатов:
Rn: П Х1, Rвн: П Х2, Pn: П Х3, Pи: П Х4, ή: П Х5.
Текст программы:
П ХВ П ХА ÷ Х П; П ХС П ХВ - П ХА ÷ Х П2
П ХА Fx2 П Х1 x Х П3 П ХС П ХА x Х П4 П Х3
П Х4 ÷ Х П5 С/П
Контрольный пример:
I = 1 А, Un = 40 В, Eэкв = 80 В.
Rn = 40 Ом, Rвн = 40 Ом, Pn = 40 Вт, Pи = 80 Вт, ή = 0,5.
Примечание: программа не позволяет рассчитать данные в режиме холостого хода.
Расчетные формулы:
Un = Eэкв - Rвн* I - напряжение на приемнике;
I = Eэкв/( Rвн+ Rn) - ток в цепи;
Pn = Rn* I2 = Rn* Eэкв2/( Rвн+ Rn)2 - мощность приемника;
Pи = Eэкв* I = Eэкв2/( Rвн+ Rn) - мощность источника ЭДС;
- коэффициент полезного действия;
Rn = Un/I - сопротивление потребителя;
Rвн = (Eэкв - Un)/I - внутреннее сопротивление источника.
Библиографический список
Электротехника / Под ред. В.Г.Герасимова, М.; Высш.шк., 1985, С. 11-16, 35-40.
Борисов Ю.М. и др. Электротехника, М.: Энергоатомиздат, 1985, С. 11-17, 24-41.