Казаков М.К. - Электротехника (лаб. раб

Федеральное агентство по образованию

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Методические указания

к лабораторным работам

Часть 1

Составитель М. К. Казаков

Ульяновск

2007

3

УДК 621.3 (076) ББК 31.2 я7

Э45

Рецензент доцент кафедры Э и АПУ УлГТУ Крицштейн А.М.

Одобрено секцией методических пособий на- учно-методического совета УлГТУ

Электротехника: методические указания к лабораторным работам. Ч.1 Э45 / сост. М. К. Казаков. – Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 30 с.

Данное руководство предназначено для студентов факультета информационных систем и технологий. Включает материал по следующим разделам курса «Электротехника»: цепи постоянного тока, цепи синусоидального тока (последовательное и параллельное соединения элементов, резонанс, взаимная индуктивность), трехфазные цепи.

Подготовлено на кафедре «Электроснабжение».

УДК 621.3 (076) ББК 31.2 я7

М. К. Казаков, составление, 2007Оформление УлГТУ, 2007

4

Лабораторная работа № 1

ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ

ВЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.Основные положения

Существуют различные виды соединений сопротивлений: последовательное (рис.1.1,а), параллельное (рис.1.1,б), смешанное (рис.1.1,в), соединение звездой (рис.1.2,а) и треугольником (рис.1.2,б). Для упрощения схем при расчетах используют эквивалентные преобразования таких соединений. Под термином «эквивалентные» понимают преобразования, инвариантные относительно токов и напряжений на элементах в неизменяемой части схемы.

Что касается таких относительно простых видов соединений, как последовательное и параллельное, то их преобразование к эквивалентному сопротивлению обычно не вызывает затруднений. Как отмечалось, на рис.1.2 показаны более сложные виды соединений: в звезду (а) и треугольник (б).

Если необходимо провести преобразование наоборот «звезды» в «треугольник» ( →∆), то можно, например, воспользоваться выражениями:

5

3.3. Вместо резисторов R1-R5 в схему включить переменный резистор Rad. Для этого вывод 1 соединить с выводом 3. Изменяя сопротивление этого резистора, установить значение тока в цепи, равное значению тока предыдущего пункта. Отключить питание стенда и, отсоединив вывод 3 от вывода 1, измерить сопротивление резистора Rad. Результат занести в таблицу 1.1.

3.4. Представить исходную схему с резисторами R1-R5 в виде одного эквивалентного сопротивления Rэкв = Rad′ , рассчитав его, используя методы

преобразования сопротивлений. 3.5. Вычислить погрешность

δ = Rad′ − Rad 100 .

Rad

Результат занести в таблицу 1.1.

4. Контрольные вопросы задачи

4.1.Какие виды преобразований сопротивлений вы знаете?

4.2.Что понимается под термином «эквивалентное преобразование»?

4.7.Для схемы (рис.1.5) дано:

Лабораторная работа № 2

МЕТОД ЭКВИВАЛЕНТНОГО ГЕНЕРАТОРА

1. Основные положения

Метод эквивалентного генератора (МЭГ) обычно используется для определения тока только в одной ветви сложной схемы, особенно когда сопротивление этой ветви меняется. Многократный расчет такой схемы трудоемок, а МЭГ значительно упрощает такую задачу.

Например, требуется определить ток в ветви ab схемы (рис.2.1,а). Остальную часть схемы можно представить в виде двухполюсника ДП относительно зажимов ab. Согласно МЭГ этот двухполюсник можно заменить эк-

вивалентным генератором ЭГ, который имеет ЭДС Eэкв и внутреннее сопротивление Rэкв (рис.2.1,б). Если параметры эквивалентного генератора известны, то искомый ток легко находится по закону Ома:

Определить параметры эквивалентного генератора экспериментально можно следующим образом. Ветвь ab размыкается и измеряется напряжение

холостого хода (т.е. при отсутствии тока в этой ветви) Uabхх (рис.2.1,в), кото-

внутреннего сопротивления эквивалентного генератора необходимо выполнить дополнительно эксперимент по определению тока в ветви ab при замыкании зажимов a и b через амперметр (рис.2.1,г) (т. е. измеряется ток корот-

кого замыкания Iabкз). Внутреннее сопротивление эквивалентного генератора определяется следующим образом:

=U хх

Rэкв ab , (2.2)

Iabкз

после чего для определения искомого тока используется формула (2.1).

Рис.2.1

По названиям используемых опытов МЭГ называется также методом холостого хода и короткого замыкания.

8

2. Цель и задачи работы

Целью работы является экспериментальная проверка метода эквивалентного генератора.

Задача 1. Экспериментально определить параметры эквивалентного генератора.

Задача 2. Рассчитать параметры эквивалентного генератора и сравнить их с экспериментальными результатами.

Задача 3 . Построить зависимость тока ветви от сопротивления в ней.

3. Последовательность выполнения работы

3.1. Измерить с помощью омметра сопротивления резисторов R1 − R5 ,

которые входят в исследуемую в данной работе электрическую цепь. Результаты занести в таблицу 2.1.

3.2. Собрать электрическую схему согласно рис.2.2.

Примечание. Поскольку в схеме используются два амперметра, а на стенде имеется только один, то при сборке схемы вместо амперметров необходимо включить специальные кнопки или тумблеры. Тогда при измерениях амперметр подключается параллельно к соответствующей кнопке, которая затем размыкается, что способствует протеканию тока через прибор. Такие кнопки имеются на стенде.

3.3. Измерить ток Iab , ток на входе I и напряжение на выходе источника питания U0. Результаты занести в таблицу 2.1.

1

3.4. Определить параметры эквивалентного генератора относительно ветви ab c помощью опытов холостого хода и короткого замыкания.

3.4.1.Опыт холостого хода. Разомкнуть ветвь ab и измерить напряжение Uabхх. Результат занести в таблицу 2.1.

3.4.2.Опыт короткого замыкания. Замкнуть резистор R2 и измерить ток Iabкз. Результат занести в таблицу 2.1.

3.4.3.Рассчитать внутреннее сопротивление эквивалентного генератора по формуле (2.2). Результат занести в таблицу 2.1.

9

3.5. Определить параметры источника питания.

Примечание. Источник питания U0 (рис.2.2,а) является источником напряжения с ЭДС E0 и внутренним сопротивлением r0 (рис.2.2,б). Для расчета схемы с помощью МЭГ необходимо знать эти параметры источника.

Для этого собрать вспомогательную схему по рис.2.2,б. Замкнуть ключ

3.6. Рассчитать параметры эквивалентного генератора и ток ветви ab МЭГ по известным из предыдущих пунктов значениям R1-R5, r0, E0. Все шаги расчета иллюстрировать схемами. Рассчитать также относительное расхождение δ результатов определения тока Iab экспериментальным и расчетным способами. Результаты занести в таблицу 2.2.

3.7. Используя параметры эквивалентного генератора, рассчитать и построить зависимость Iab=f(Rab).

4. Контрольные вопросы и задачи

4.1. Когда целесообразно использовать МЭГ?

10

2. Цель и задачи работы

Целью работы является экспериментальная проверка принципа наложения в электрических цепях.

Задача 1. Измерить частичные и полные токи в заданной электрической цепи. При этом необходимо определить истинные направления токов в ветвях.

Задача 2. По измеренным частичным токам найти полные токи и сравнить с их измеренными значениями.

3. Последовательность выполнения работы

3.1. Собрать электрическую цепь согласно рис.3.2.

d b R5

Рис. 3.2

Примечание. В работе необходимо определить токи в ветвях. Это можно сделать двумя способами, один из которых нужно выбрать самостоятельно перед сборкой схемы.

При первом способе можно воспользоваться амперметром, но поскольку для этого необходимо использовать несколько амперметров, а на стенде имеется только один, то при сборке схемы вместо амперметров нужно включить специальные кнопки или тумблеры, которые в нормальном положении должны быть замкнуты. Тогда при измерении амперметр подключается параллельно к соответствующей кнопке, которая затем размыкается, что способствует протеканию тока через прибор. Такие кнопки имеются на стенде.

Второй способ определения тока заключается в использовании закона Ома при известных сопротивлении резистора (измеряется омметром до сборки схемы) и падении напряжения на нем (измеряется вольтметром). В этом случае специальные кнопки или тумблеры включать в цепь не нужно.

3.2. Определить полные токи I1-I5 в ветвях от действия обеих ЭДС. Результаты занести в таблицу 3.1. Определить истинные направления токов. Это можно сделать, в частности, измерив вольтметром потенциалы узлов цепи относительно опорного узла (например, узел f на рис.3.2). Принять, что ток протекает от узла с более высоким потенциалом к узлу с меньшим потенциалом (поскольку за положительное направление принято направление тока от «+» к «−»). Обозначить токи на схеме.

12