Лабраб1-7 / Лабраб №1

Лабораторная работа №1.

Исследование режимов работы и методов расчета линейных цепей постоянного тока с одним источником питания.

Метод эквивалентного генератора (МЭГ)

Метод позволяет в ряде случаев относительно просто определить ток в какой-либо одной ветви сложной электрической цепи и исследовать поведение этой ветви при изменении ее сопротивления. Сущность метода заключается в том, что по отношению к исследуемой ветви сложная цепь заменяется эквивалентным источником (эквивалентным генератором — ЭГ) с ЭДС Е_Г и внутренним сопротивлением R_г.

Рис. 1 а,б,в Метод эквивалентного генератора. Преобразования электрической цепи.

Например, по отношению к ветви с резистором R₃ электрическую схему, приведенную на рис. 1 а, можно заменить эквивалентной (см. рис. 1б).

Если известны ЭДС и сопротивление эквивалентного генератора, то ток ветви может быть найден как

(1)

и задача сводится к определению значений Е_г и R_г Уравнение (1) справедливо при любых значениях сопротивления резистора R₃ Так, при холостом ходе ЭГ, когда узлы 1 и 2 разомкнуты, I₃ = 0 и Е_г = U₀, где U₀ = (φ_1- φ₂) — напряжение холостого хода эквивалентного генератора, φ₁ и φ₂ — потенциалы узлов 1 и 2 в этом режиме.

При коротком замыкании ветви (R₃ = 0) ток в ней I_кз= Е_г/R_г= U₀/R_г откуда внутреннее сопротивление ЭГ R_г= U₀/I_кз. Таким образом, для определения параметров эквивалентного генератора необходимо рассчитать любым из известных методов потенциалы узлов φ₁ и φ₂ в режиме холостого хода ЭГ и ток короткого замыкания в исследуемой ветви.

Приведенный метод определения параметров эквивалентного генератора является наиболее универсальным, однако в ряде случаев сопротивление R_г. проще рассчитать как эквивалентное сопротивление между разомкнутыми узлами исследуемой ветви сложной цепи в предположении, что все источники ЭДС в цепи закорочены, как показано на рис. 1 в.

Цель работы:

• ознакомление с приемами и погрешностями измерения токов, напряжений и сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра.

• Закрепление навыков расчета линейных электрических цепей с одним источником питания.

• Исследование мостовой цепи постоянного тока с резистивным датчиком.

Технические характеристики измерительного моста (блок 4)

Рисунок 1.1. Схема измерительного моста.

Напряжение питания (Uст VD8) – измерить прибором PV11 (около 16 В).

Условие равновесия моста постоянного тока определяется из соотношения:

откуда при значении I_PA21=0 мА.

Порядок выполнения лабораторной работы.

1. Изучить схему измерительного моста блока B4 по рисунку 1.1.

2. Для выполнения лабораторной работы собрать схему по рисунку 1.2.

Рисунок 1.2.

3. Перед включением стенда убедится, что все переключатели находятся в начальном положении (выключены).

4. Включить стенд тумблерами QF1, QF2, QF3.

5. При помощи Задатчика выбрать профиль отображения приборов L1.

6. Подключить питание ЛАТРа TV2 (тумблер переключения пределов регулирования напряжения ЛАТРа SA70 в блоке 10 в положение «100←0В», тумблер SA3 в блоке 3 устанавливается в верхнее положение – включено).

7. Подключить питание измерительного моста тумблер SA7 в блоке 4 (верхнее положение).

8. Напряжение на выходе ЛАТРа TV2 устанавливается таким, чтобы стабилитрон VD8 (блок 4) вошел в режим стабилизации (приблизительно 16 В на вольтметре PV11). Рекомендуется устанавливать ЛАТР TV2 в положение «20», не более. Напряжение на выходе ЛАТРа TV2 регулируется двумя переключателями: левый SA71 – с шагом 10В и правый SA72 – с шагом 1÷2В. При этом в данной работе левый переключатель имеет рабочие положения «0», «10», «20», а правый работает во всех положениях 0÷10.

9. Тумблер SA11 в блоке 4 должен находиться в верхнем положении.

10. При максимальном рассогласовании моста с помощью вольтметра PV21 и амперметра PA21 определить величину сопротивления резистора R24.

Величина сопротивления резистора R24 определяется по закону Ома:

Рассогласование моста производится путем изменения номинала резистора R1 (в блоке R1, переключением рукоятки х1 (блок R1) выставить положение «0» (0 Ом) для первого опыта рассогласования и в положение «10» (10 кОм) для второго опыта рассогласования).

Данные измерений и расчетов занести в таблицу1.1.

Таблица 1.1

R1, кОм	UPV21, B	IPA21, mА	R24, кОм
10
0

11. Снять экспериментальную зависимость U_ВЫХ = f(R1), ступенчато изменяя сопротивление R1 от 0 кОм до 10 кОм с шагом 1 кОм. SA13 должен находится в положении 2 (НАГР) Данные измерений по прибору PV21 занести в таблицу 1.2 и построить график.

Таблица 1.2.

R1, кОм	UPV21, B
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

12. Методом эквивалентного генератора рассчитать величину выходного напряжения моста U_ВЫХ при R1 заданном преподавателем (по умолчанию 5 кОм) и сопоставить с экспериментальными данными. Расчеты занести в таблицу 1.3.

Для расчета можно воспользоваться формулами:

U_Х.Х. ‑ напряжение холостого хода при разомкнутом резисторе R24 (SA13 блок B4 в положении «3»);

R_К.З. ‑ сопротивление относительно точек разрыва моста при закороченном источнике входного напряжения.

Rкз, U_Х.Х. и I_К.З. при заданном R1 определяется экспериментально:

• переключателем SA13 устанавливается режим холостого хода (поз. «3») и вольтметром PV21 измеряется напряжение U_Х.Х.;

• переключателем SА13 устанавливается режим короткого замыкания (поз. «1»)и амперметром РА21 измеряется ток I_К.З.;

• определяют R_К.З.:

Таблица 1.3

R1, кОм	Uхх(PV21), В	Iкз(PA21), mА	Rкз, кОм	Uвых
задан

1. Выключить стенд в следующем порядке:

• перевести тумблер SA7 в нижнее положение;

• перевести тумблер SA3 в нижнее положение;

• перевести переключатели ЛАТРа TV2 в начальное положение, для этого левый переключатель SA71 с шагом «10В» в крайнее правое положение «0В» правый переключатель SA72 с шагом «1÷2В» в крайнее левое положение «0В», тумблер SA70 в нижнее положение «100←0В»

• выключить стенд автоматическими выключателями QF1, QF2, QF3 (в нижнее положение);

• переключатели блока резистора R1 установить в крайнее левое положение «0»

• тумблер SA11 нижнее положение;

• переключатель SA13 в положение 3 (ХХ);

• убедится, что все остальные переключатели в начальном состоянии.

14. В отчете отразить :

• принципиальную схему исследуемой электрической цепи

• схему исследуемой цепи на лабораторном стенде

• заполненные таблицы измерений

• расчеты и графики в соответствии с пунктами 1-13

Вопросы к защите

1. В каких случаях используется метод эквивалентного генератора?

2. Каким образом обеспечить режим холостого хода в рассматриваемой цепи?

3. Каким образом обеспечить режим короткого замыкания в рассматриваемой цепи?

4. Как определить напряжение холостого хода ЭГ?

5. Как определить ток короткого замыкания ЭГ?

6. Как определить внутренне сопротивление ЭГ?

7. Как определить ток в ветви нагрузки в режиме нагрузки ЭГ?

5