Режимы работы электрической цепи

Элементами электрических цепей являются конкретные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах.

1) Режим холостого хода (рис. 1.1, а) – это режим, при котором ток в цепи отсутствует, но на зажимах источников энергии присутствует напряжение, равное ЭДС источника (U_хх=E).

2) Электрическая цепь может быть замкнута накоротко (рис. 1.4) при повреждении изоляции проводов или случайном замыкании клемм посторонними токопроводящими предметами (шунтами).

3) Номинальный режим источников и приемников в электрической цепи характеризуется тем, что напряжения, токи и мощности их соответствуют тем значениям, на которые они рассчитаны заводами - изготовителями. При этом гарантируются наилучшие условия работы (экономичность, надежность, долговечность и т.п.).

Номинальные значения тока I_н, напряжения U_н и мощности P_н указаны в паспортах электротехнических устройств. По номинальному напряжению рассчитывается изоляция токоведущих частей, а по номинальному току – условия их предельно допустимого нагрева.

4) Согласованный режим источника и приемника имеет место, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника (R=R_в, рис. 1.2). При этом в нагрузке развивается наибольшая возможная мощность при данном источнике.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

В работе исследуется электрическая цепь с двумя источниками энергии (E₂, E₃) и тремя нагрузочными резисторами (R₁, R₂, R₃), установленными в блоках стенда (рис. 1.6).

Рис. 1.6

Паспортные данные источников определяются экспериментально.

Параметры приемников с погрешностью ±10 % указаны на панели стенда. Точное значение сопротивлений определяется экспериментальным способом.

Измерительные приборы: три амперметра типа Э59 0,25÷1,0 А; цифровой вольтметр – 1 шт.

Подготовка к выполнению работы

1. Изучить по учебнику, конспекту лекций раздел «Линейные электрические цепи постоянного тока».

2. Ознакомиться по данному пособию с программой выполнения работы.

3. Подготовить бланк отчета по выполнению лабораторной работы, для этого:

а) записать цель лабораторной работы;

б) начертить схему исследуемой электрической цепи (рис. 1.12), ознакомиться с назначением ее элементов, а также с порядком сборки цепи;

в) подготовить таблицы для записи экспериментальных и расчетных данных (табл. 1.1).

Программа выполнения работы

1. Измерить ЭДС источников Е₂ и Е₃ на лабораторном стенде. Данные измерений занести в табл. 1.1.

Примечание: Измерение ЭДС и напряжений производится прикосновением штырей цифрового вольтметра к зажимам элемента. Красный наконечник вольтметра соответствует точке с большим потенциалом, а черный наконечник – точке с меньшим потенциалом.

Первоначальное положение переключателя вольтметра должно соответствовать измерению постоянного напряжения до «200 В». Если измеряемое напряжение меньше 20 В, то для более точного измерения напряжения переключатель прибора следует перевести в положение «20 В». Если измеряемое напряжение меньше 2 В, то переключатель прибора следует перевести в положение «2 В».

2. Собрать электрическую цепь (рис. 1.6).

3. Измерить токи в ветвях и напряжения на всех элементах цепи. Данные измерений занести в табл. 1.1.

Таблица 1.1

E2	Е3	UE2	UE3	I1	I2	I3	UR1	UR2	UR3	Примечание
B	B	B	B	A	A	A	B	B	B
										Эксперимент
		-	-				-	-	-	Расчет схемы замещения

4. По экспериментальным данным (табл. 1.1) определить режимы работы источников энергии, направления токов в ветвях цепи, направления напряжений на элементах цепи.

5. Выполнить проверку соответствия экспериментальных данных законам Кирхгофа. Сделать выводы.

6. Проверить баланс мощностей для цепи лабораторной работы. Сделать выводы.

7. По данным измерений (табл. 1.1) с помощью закона Ома для активных и пассивных участков цепи определить внутренние сопротивления источников и сопротивления приемников. Данные расчетов занести в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Rв2,Oм	Rв3,Oм	R1, Oм	R2,Oм	R3,Oм

8. Составить схему замещения цепи лабораторной работы, используя данные табл. 1.1 и 1.2.

9. Произвести расчет токов в ветвях схемы замещения цепи лабораторной работы (рис. 1.6). Значения ЭДС E₂ и E₃, их внутренних сопротивлений и сопротивлений приемников взять из данных лабораторной работы. Выполнить проверку правильности расчетов токов в ветвях схемы с помощью второго закона Кирхгофа. Данные расчета занести в табл. 1.1 (строка «Расчет схемы замещения»).

10. Сравнить экспериментальные данные с расчетными токами. Сделать выводы по работе.

11. Составить выражение для баланса мощностей для схемы замещения и выполнить его проверку.

Примечание: В выводах обратите внимание: достигли ли Вы в своих экспериментах желаемого результата; как соотносятся рассчитанные и экспериментальные данные; в чем причина расхождения эксперимента и расчета?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие электрические цепи называются неразветвленными и разветвленными?

2. Дайте определение электрического тока. Какой ток называется постоянным и как показать его направление на схеме?

3. Что понимают под сопротивлением как элементом электрической схемы?

4. Запишите закон Ома для неразветвленной цепи и отдельных участков цепи.

5. Дайте определения первому и второму законам Кирхгофа.

6. Расскажите про правила измерения напряжения и тока.

7. Влияют ли на результаты измерений внутренние сопротивления вольтметра и амперметра?

8. Охарактеризуйте измерительные приборы, использованные в лабораторной работе.

9. Поясните полученные в работе результаты и сделанные выводы.

10. Поясните алгоритм использования для расчета электрических цепей законов Кирхгофа.

11. Какие контуры называются независимыми?

12. Как измерить величину ЭДС источника энергии?

13. Как по экспериментальным данным определить внутренние сопротивления источников?

14. Изобразите внешнюю характеристику источника напряжения и напишите уравнение, по которому она построена.

15. Как проверить экспериментально выполнение законов Кирхгофа для цепи?

16. Изобразите схему замещения цепи, обозначьте токи I_1, I_2, I₃ и напряжения U_1, U_2, U₃.