ТОЭ.Лабораторно-практические занятия

УДК 621.3.01 В 558

Утверждено учебным управлением МЭИ в качестве методического пособия для студентов

Подготовлено на кафедре электрофизики информационных систем

Рецензент:

канд. техн. наук, проф. Геворкян В.М.,

Вишняков С.В., Федорова Е.М., Анисимов А.С., Титов А.А.

В 558 Основы теории цепей: лабораторный практикум /Вишняков С.В., Федорова Е.М., Анисимов А.С., Титов А.А.; – М.: Издательство МЭИ, 2014. – 80 с.

ISBN

Лабораторный практикум содержит описания лабораторнопрактических занятий по курсу «Теоретические основы электротехники», разработанных на кафедре Электрофизики информационных систем МЭИ соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом по направлению подготовки бакалавров «Электроника и наноэлектроника».

Лабораторный практикум содержит описания лабораторнопрактических занятий по курсу «Теоретические основы электротехники», разработанных на кафедре Электрофизики информационных систем МЭИ соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом по направлению подготовки бакалавров «Электроника и наноэлектроника».

Каждое занятие рассчитано на 2 часа аудиторных занятий в лаборатории, а также на 2 часа самостоятельных занятий.

Описание каждого занятия включает формулировку цели занятия, постановку задачи, задание на домашнюю подготовку к работе, рабочее задание для выполнения в лаборатории, контрольные вопросы по теме занятия, ссылки на рекомендуемую литературу. В некоторых случаях описание работы предваряется краткой теоретической справкой, содержащей основные сведения, необходимые для выполнения работы.

Домашняя подготовка подразумевает обязательное ознакомление с описанием работы, выполнение соответствующих пунктов задания, подготовку бланка отчета (в случае, если предполагается выполнение эксперимента), включающего схемы (с обозначением подключаемых измерительных приборов), формулы, необходимые для обработки результатов измерений, заготовки таблиц, заготовки графиков. Схемы выполняются в соответствии с требованиями ГОСТ 2.710-81, ГОСТ 2.723-68, ГОСТ 2.728-74, ГОСТ 2.730-73 к изображению элементов электрических цепей. Применяемые обозначения должны соответствовать принятым в рекомендуемой литературе и используемым в лекциях.

Лабораторно-практическое занятие 1

Тема: Вольтамперные характеристики двухполюсных линейных элементов

Содержание работы

Расчеты:

1.Построение вольтамперной характеристики идеального линейного резистивного элемента с заданным сопротивлением

2.Расчет сопротивления по заданному графику вольтамперной характеристики идеального линейного резистивного элемента

3.Построение внешней вольтамперной характеристики реального линейного источника электрической энергии по заданным параметрам схемы замещения

4.Расчет параметров схемы замещения реального линейного источника электрической энергии по заданной внешней вольтамперной характеристике.

Эксперимент:

1.Исследование внешней вольтамперной характеристики источника электрической энергии

4. Качественно нарисовать вольт-амперную (внешнюю) характеристику реального линейного источника; записать математическое выражение этой характеристики U(I). Нарисовать последовательную и параллельную схемы замещения реального линейного источника .

5.Для линейного источника электрической энергии задан участок внешней вольтамперной характеристики (рис. 1.2). Определить параметры последовательной и параллельной схем замещения источника

6.Для линейного источника электрической энергии задан участок внешней вольтамперной характеристики (рис. 1.3). Определить параметры последовательной и параллельной схем замещения источника.

7. Собрать на стенде электрическую цепь для экспериментального исследования внешней вольтамперной характеристики реального источника (рис. 1.4)

Рис. 1.4

С помощью вольтметра измерить напряжение на зажимах источника, устанавливая величину сопротивления нагрузки от 50 до 900 Ом, а также напряжение на разомкнутых зажимах источника (режим холостого хода, R → ∞ ). По данным измерений рассчитать ток. Результаты измерений и

расчетов свести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

R, Ом 50 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800 900 ∞

U, В

I, мА

8.Построить измеренную внешнюю вольтамперную характеристику реального источника. По полученной характеристике определить параметры последовательной и параллельной схем замещения источника.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте понятия «ветвь», «узел», «контур» электрической

цепи.

2.Сформулируйте законы Кирхгофа.

3.Нарисуйте вольтамперные характеристики идеальных источников напряжения и тока.

4.Какое внутренне сопротивление имеет идеальный вольтметр, амперметр?

5.Нарисуйте вольтамперную характеристику реального источника

энергии.

6.Сформулируйте условие эквивалентности последовательной и параллельной схем замещения реального линейного источника.

Литература

1. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники: в 3-х т. СПб.: Питер, 2003, Т.1.,

стр. 17,130-131, 135-152, 2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/под ред.

Бутырина П.А. -М.:Издательский дом МЭИ, 2012, Т.1, 595с., стр. 9-19

2. Для цепи рис. 2.1 выразить токи I1 , I2 , I3 через заданные ЭДС, напряжение Uab и сопротивление ветви, например,

I1 =(E1 – Uab)/R1

3.Пользуясь выражениями токов из п.2 , получить формулу для расчета напряжения Uab для цепи с двумя узлами:

Uab = Σ Eg/Σg.

4.Сформулировать принцип наложения и записать, пользуясь этим принципом, токи в цепи рис. 2.1.

5.Изучить решение задач 1.1(р), 1.4(р), 1.7(р), 1.18(р)

Рабочее задание

1.Решить задачи: 1.2 (дополнительно определить сопротивления реальных амперметра и вольтметра), 1.6, 1.8, 1.21, 1.22

2.Тест по внешним вольтамперным характеристикам реальных источников.

Контрольные вопросы

1.Сформулируйте законы Кирхгофа.

2.Пронумеруйте ветви, узлы, контуры, независимые контуры в цепи по указанию преподавателя.

3.Покажите пример последовательного и параллельного включения элементов.

4.Приведите формулы для последовательного и параллельного соединения сопротивлений.

Литература

1.Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники: в 3-х т. СПб.: Питер, 2003, Т.1.,

стр.153-170,

2.Сборник задач по теоретическим основам электротехники/под ред. Бутырина П.А. -М.:Издательский дом МЭИ, 2012, Т.1, 595с., стр. 9-19.

Лабораторно-практическое занятие 3

Тема: Исследование разветвленных линейных цепей постоянного тока

Содержание работы

Расчеты:

1.Принципы суперпозиции , линейности , взаимности

2.Теорема об активном двухполюснике ( метод эквивалентного генератора)

Моделирование:

1.Моделирование разветвленной линейной электрической цепи постоянного тока

Домашняя подготовка

Решить задачи 1.46(Р), 1.47,1.27(Р), 1.30, 1.55(Р), 1.58.

Рабочее задание

1.Решить задачи 1.62, 1.64.

2.С помощью программного пакета DesignLab провести моделирование цепи, заданной преподавателем, получить значения напряжения холостого хода и тока короткого замыкания, а также искомого тока.

3.Тест по законам Кирхгофа.

Контрольные вопросы

1.Каким образом и относительно каких величин формируются узловые и контурные уравнения?

2.Сформулируйте принципы компенсации, суперпозиции.

3.Сформулируйте теорему об активном двухполюснике.

Литература

1.Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники: в 3-х т. СПб.: Питер, 2003, Т.1.,

стр. 263-269,

2.Сборник задач по теоретическим основам электротехники/под ред. Бутырина П.А. -М.:Издательский дом МЭИ, 2012, Т.1, 595с., стр. 9-19

Лабораторно-практическое занятие 4

Тема: Исследование разветвленных линейных цепей постоянного тока

Содержание работы

Расчеты:

1.Применение узловых и контурных уравнений для расчета токов и напряжений

2.Теорема об активном двухполюснике, принцип суперпозиции, принцип линейности.

Эксперимент:

1.Экспериментальное исследование разветвленной линейной электрической цепи постоянного тока

Теоретическая справка

Теорема об активном двухполюснике утверждает, что относительно зажимов произвольной ветви линейная электрическая цепь может быть представлена реальным источником электрической энергии (активным двухполюсником, эквивалентным генератором). Параметрами такого реального источника являются: напряжение холостого хода UХХ, ток короткого замыкания IКЗ и внутреннее сопротивление RВН, причем внутреннее сопротивление равно входному сопротивлению RВХ цепи относительно выбранных зажимов. Из перечисленных параметров два являются линейно-независимыми, третий может быть получен с помощью соотношения:

UХХ = RВНIКЗ

Домашняя подготовка

1. Изучить решение задач №№ 1.55(Р), 1.60(Р), 1.28(Р).

2.Рассматривая схему 4.1 ( для четных номеров стендов схема 4.1.а, для нечетных – 4.1. б) относительно ветви с током I как эквивалентный генератор, рассчитать его параметры ( Uр , Rвх , Iкз)