ТОЭ / методичка тоэ часть1
.pdfнении приемников. Проиллюстрируете изложенное результатами измерений и расчетов.
6.4.Объясните, как ведется расчет электрической цепи при сметанном соединении приемников. Проиллюстрируйте изложенное результатами измерений и расчета.
6.5. Сформулируйте основные топологические понятия: ветвь, участок,
узел контур.
6.6. Сформулируйте законы Кирхгофа и проиллюстрируйте их выполнение на примере исследованных простых электрических цепей.
[I, с. 20-32].
РАБОТА № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. Цель работы
Закрепить навыки работы на стенде; изучить основные методы расчета сложных электрических цепей;
экспериментально исследовать сложные электрические цепи постоянного тока;
сравнить результаты экспериментальных исследований и расчетов сложных электрических цепей постоянного тока.
2.Краткие пояснения к работе
Вкачестве источников энергии в данной работе используются регулируемый /ИРП/ и нерегулируемый /ИНП/ источники питания генератора постоянного тока. Во всех случаях в качестве E1 используется ИРП, в качестве Е2 - ИНП. Схема цепи, ЭДС регулируемого источника E1 и номера наборных резисторов берут из табл.1 в соответствии с номером бригады.
Вработе используют приборы Щ-4300 в режиме вольтметра и милли-
амперметра постоянного тока. При сборке схемы должна быть предусмотрена возможность измерения токов во всех ветвях и напряжений на всех участках цепи.
Работа состоит из двух частей. В первой части проверяется выполнение законов Кирхгофа и принципа наложения, во второй - выполняется расчет методом узловых потенциалов» проверяется соответствие результатов расчета и измерений и проводится исследование цепи как активного двухполюсника.
3. Подготовка к работе
3.1.Изучить теоретический материал, относящийся к выполняемой части работы.
3.2.Выбрав схему цепи по табл. X в соответствии с номером бригады, задаться положительными направлениями токов в ветвях и направлением обхода контуров, записать для данной цепи систему уравнений по законам Кирхгофа.
3.3.Нарисовать схемы для определения частичных токов в ветвях цепи от действия каждого источника ЭДС, показать их направления и представить действительный ток в 4-й и 5-й ветвях в виде алгебраической суммы частичных токов.
3.4.Для каждой из начерченных схем составить систему уравнений по
законам Кирхгофа и привести выражения для расчета собственных и взаимных проводимостей, указанных в табл. 3, считая известными величинами ЭДС и частичные токи.
3.5.Приняв потенциал узла I равным нулю, оcставить cсистему уравнений для расчета цепи методом узловых потенциалов.
Таблица 1
Таблица 2
E1 |
E2 |
I1 |
I2 |
I3 |
I4 |
I5 |
U1 |
U2 |
U3 |
U4 |
U5 |
U6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
В |
мА |
мА |
мА |
мА |
мА |
В |
В |
В |
В |
В |
В |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Схем Е1 |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
R6 |
|
бриг |
рис. |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1-а |
10 |
00 |
04 |
05 |
Об |
01 |
09 |
2 |
1-а |
10 |
00 |
04 |
05 |
07 |
02 |
09 |
3 |
1-б |
18 |
00 |
02 |
07 |
05 |
04 |
03 |
4 |
1-б |
15 |
00 |
09 |
07 |
Об |
02 |
03 |
5 |
1-б |
18 |
00 |
05 |
06 |
03 |
01 |
02 |
6 |
1-в |
24 |
07 |
00 |
02 |
06 |
03 |
04 |
7 |
1-в |
24 |
06 |
00 |
03 |
07 |
02 |
04 |
8 |
1-г |
22 |
03 |
00 |
07 |
02 |
Об |
05 |
9 |
1 -г |
23 |
02 |
00 |
08 |
03 |
04 |
05 |
10 |
1 -г |
20 |
0i |
00 |
08 |
03 |
04 |
05 |
Таблица 3
g11 |
g12 |
g13 |
g14 |
g15 |
g211 |
g22 |
g23 |
g244 |
g25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
См |
См |
См |
См |
См |
См |
См |
См |
См |
См |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.6. Предварительно рассчитав величины проводимости ветвей и очитая |
||||
заданными |
Е1 |
и |
Е2 |
/табл. 1/, решить систему узловых уравнений, |
положив |
V1 = 0. |
Рассчитанные значения потенциалов записать в |
||
нижнюю часть табл. 5 - Расчет.
3.7. Написать выражения для расчета токов в ветвях цепи (I1, I3,I4, I5)по закону Ома и первому закону Кирхгофа (I2) и рассчитать их.
3.8. Считая цепь активным двухполюсником по отношению к пятой ветви, рассчитать параметры эквивалентного генератора (U5x и Rвx) для чего
нарисовать схемы и выполнить расчеты входного сопротивленияи режима |
|
холостого хода. |
|
3.9. Используя рассчитанные величины U5x , Rвx и известную велечину R5 |
|
рассчитать ток короткого |
замыкания I5k , и |
I5 при заданном значении |
R5 . Результаты расчетов записать в табл. 6 -Расчет. |
Примечание: пп.3.2-3.4 - относятся к первой части работы, пп. 3.5-3.9 - ко второй. 4. Рабочее задание
4.1Выбрав в соответствии с табл. 1 номера наборных резисторов, собрать соответствующую номеру бригады схему цепи /рис. 1/.
4.2Установив заданное значение Е1 измерить все токи, ЭДС источников питания и напряжения на всех участках цепи. Результаты измерений записать в верхнюю графу табл. 2. Поочередно отключая источники Е1 и Е2 и заменяя их закоротками, измерить частичные токи и напряжения на участках цепи, обусловленные действием каждого источника энергии. Результаты измеререний записать во вторую и третью графы табл. 2 и верхнюю графу табл. 4
4.4.Задавшись V1 = 0, измерить потенциалы точек 2-5 и токи во всех ветвях. Результаты измерений записать в табл. 5 – графа. Измерений
4.5.Измеренное ранее значение I5 записать в табл. 6 – графа Измерение, после
чего вместо R5 включить закоротку и измерить I5к Затем разомкнуть пятую ветвь и измерить напряжение холостого хода U5x на ее зажимах. Результаты измерений записать в табл. 6 - графа Измерение.
4.6. В качестве R5 в схему цепи включить переменное сопротивление R4 и, изменяя его значение от 0 до 
, записать при каждом значении R5 ток I5 напряжение U5 и мощность Р5= U5* I5 , в табл. 7 – Измерение
Таблица 4
Таблица5
Таблица 6
Примечание: пп. 4.1-4.3 - относятся к первой части работы; пи.4.4- 4.6 - ко второй.
5.Обработка результатов исследований
5.1.Используя результаты измерений пп. 4.2 и 4.3, записанные в табл. I, рассчитать в соответствии с выражениями, полученными в п. 3.3. величины I4 и I5 - Полученные значения записать в табл. 4 - Расчет.
5.2.Используя результаты измерений п. 4.3, рассчитать в соответствии выражениями, полученными в п. 3.4. указанные в табл. 3 собственные взаимные проводимости. Полученные величины записать в табл. 3.
5.3.Исходя из известных величин проводимостей ветвей /п. 3.6/ и потенциалов узлов цепи /табл. 5/, в соответствии с выражениями, полученными в п. 3.7, рассчитать токи в ветвях цепи. Результаты расчета залипать
втабл. 5 - Расчет. Сравнить результаты измерений и расчета.
5.4.Но данным измерений п. 4.5 /табл. б/ рассчитать входное сопротивление цепи относительно R5 . Сравнить полученную величину с рассчитанной в п. 3.8.
5.5.Используя выражения для расчета I5 по теореме об эквивалентном
генераторе |
известные величины U5x и Rgx /табл. 6/, рассчитать |
I5, P5 и К П |
для значений R5, при которых, производились |
измерения п. 4.6 /табл. 7/. |
|
5.6. По данным табл. 7 построить на одном графике зависимости:I5(R5), |
|
P5(R5), |
(R5) |
Примечание: пп. 5.1-5.2 относятся к первой части данной работы; пп.5.3-5.6 - ко второй.
6.Контрольные вопросы
6.1.Сформулируйте законы Кирхгофа. Сколько линейно-независимых уравнений можно составить по 1-му и 2-му законам Кирхгофа? Проиллюстрируйте выполнение законов Кирхгофа, пользуясь данными табл. 2.
6.2.Сформулируйте принцип наложения. Что такое частичные токи и напряжения? Пользуясь данными табл. 2, проиллюстрируйте выполнение принципа наложения для токов и напряжений.
6.3.Рассчитать частичные токи в 4-й и 5-й ветвях от действия |
|
воспользовавшись для этого схемами п. 3.3. Сравнить полученные значения |
|
частичных токов с экспериментальными. |
|
6.4.Что такое собственная проводимость ветви? Что такое взаимная |
|
проводимость двух ветвей? Как экспериментально определяются собствен- |
|
ные и взаимные проводимости, указанные в табл. 3? Какие соотношения |
|
между собственными и взаимными проводимостями имеют место в исследо- |
|
ванной вами цепи? |
|
6.5.Сформулируйте принцип взаимности. Проиллюстрируйте его вы- |
|
полнение, пользуясь данными табл. 3. |
|
6.6.На каких законах основан метод узловых потенциалов? Сколько |
|
уравнений для расчета цепи можно составить, пользуясь этим методом? |
|
6.7.Зависят ли результаты расчета методом узловых потенциалов от |
|
выбора точки, в которой V = 0? Составьте систему узловых уравнений, |
|
положив V= 0. |
|
6.8. Сформулируйте теорему об эквивалентном генераторе. Что такое |
|
входное сопротивление? Какие способы определения RBX вы знаете? |
|
Изложенное подтвердите данными табл. 6. |
|
6.9. Как определяется напряжение |
холостого хода на зажимах |
выбранной ветви? Опишите экспериментальный и расчетный способы его |
|
определения. |
|
6.10.При каком сопротивлении R5 |
в нем выделится максимальная |
мощность? Доказать теоретически. Выводы подтвердите данными табл. 7 и графиками.
6.11.В каких случаях имеют место линейные соотношения между электрическими величинами? Пользуясь данными табл. 7, рассчитать коэффициенты линейных соотношений между I5 и I1 , U5 и I1
Примечание: вопросы 6.I-6-.5 относятся к первой части работы; 6.6- 6.10 - ко второй.
РАБОТА № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО СИНУСОИДАЛЬНОГ ОТОКА
I. Цель работы
Сформировать навыки работы с измерительными приборами при синусоидальном напряжении;
изучить основные закономерности, присущие неразветвленным цепям однофазного синусоидального тока; экспериментально исследовать неразветвленные цепи однофазного синусоидального
тока; овладеть приемами построения векторно-топографичеоких диаграмм неразветвленных
цепей; сравнить экспериментальные данные и результаты расчета неразветвленных цепей однофазного синусоидального тока.
2.Краткие пояснения к работе
Вданной работе в качестве источника питания используется генератор синусоидального напряжения. Частота изменения напряжения и его действующее значение в каждом опыте определяется в соответствии с номером бригады. В качестве элементов цепи используются наборные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.
Вкачестве измерительных приборов используются приборы Щ-4300 в режиме миллиамперметра и вольтметра переменного тока.
|
3. Подготовка к работе |
|
|
3.1. Изучить разделы курса ТОЭ, |
относящиеся к неразветвленным цепям однофазного |
||
синусоидального тока. |
|
|
|
3.2. Для последовательной R-С - цепи /рис. 1/, считая заданными U , f, R , С , |
|||
рассчитать величины Х С , Z, I |
|
|
|
UR ,UC И COS |
. Действующее значение напряжения U и частота f его изменения, также |
||
номера наборных резистора и конденсатора выбирают по табл. 1 в соответствии c номером |
|||
бригады. Заданные величины записать в правую половину табл.2. |
|
||
3.3. По результатам расчета построить в масштабе треугольники напряжений и |
|||
сопротивлений последовательной |
R - C - цепи. |
|
|
3.4. Для цепи, состоящей из последовательно соединенных резистораR и катушки |
ZK /рис. 2/, |
||
рассчитать XL, RE, Z., I, UR , UL и cos , считая заданными действующее значение U |
напряжения |
||
источника, частоту f его изменения, R Iк и Rk. Номера наборных резистора и катушки, U и f |
|||
определяются по табл. 3 в соответствии с номером бригады. Заданные и рассчитанные величины записать в |
|||
верхнюю часть табл. 4. |
|
|
|
3.5. По результатам расчета построить в масштабе треугольники напряжений и сопротивлений |
|||
последовательной |
R-I -цепи, считая катушку идеальной. |
|
|
4.Рабочее задание
4.1.Собрать последовательную R - С -цепь /рис. 1/, выбрав наборные элементы в соответствии с номером бригады /табл. 1/.
4.2.Установив заданное действующее значение U напряжения генератора и его частоту f в соответствии с табл. 1, измерить ток
инапряжения на участках. Результаты измерений записать в соответствующие графы табл. 2.
4.3.Собрать последовательную R - L - цепь /рис. 2/, состоящую из резистора и катушки, номера которых выбрать в соответствии с номером бригады /табл. 3/.
4.4.Установив заданное в соответствии с табл. 3 действующее значение U приложенного напряжения и его частоту f , измерить ток и напряжения на участках цепи. Результаты измерений внести в соответствующие графы табл. 4.
4.5.Собрать последовательную R- L-С-цепь /рис. 3/, выбрав наборные элементы в соответствии с номером бригады по табл. 5.
4.6.Установив заданное в табл. 5 напряжение U на входе цепи и его частоту f , измерить ток и
напряжения на участках цепи. Результаты измерений записать в табл. 6а.
4.7.Собрать схему для определения параметров последовательной схемы замещения пассивного двухполюсника методом трех вольтметров /рис. 4/. В качестве R1 и Z берут указанные преподавателем резистор и катушку, U источника питания и его частота также задается преподавателем.
4.8.Измерить действующие значения тока и всех напряжений, результаты записать в соответствующие графы табл. 7а.
Таблица 1
№ |
U |
f |
R |
С |
бри. |
В |
кГц |
№ |
№ |
|
|
|
|
|
1 |
18 |
2 |
07 |
14 |
2 |
16 |
4 |
03 |
12 |
|
|
|
|
|
3 |
20 |
2 |
04 |
12 |
4 |
16 |
4 |
01 |
13 |
|
|
|
|
|
5 |
20 |
4 |
05 |
11 |
6 |
16 |
2 |
03 |
13 |
|
|
|
|
|
Таблица 3
|
№ |
U |
f |
R |
Zк |
|
бриг |
|
|
|
|
|
В |
кГц |
№ |
№ |
|
|
|
||||
|
1 |
18 |
2 |
07 |
29 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
16 |
4 |
03 |
24 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
20 |
2 |
04 |
28 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
16 |
4 |
01 |
21 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
20 |
4 |
05 |
23 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
16 |
2 |
03 |
25 |
|
|
|
|
|
|
№ |
U |
f |
R1 |
Zk1 |
C1 |
Zk2 |
C2 |
Бриг. |
|
|
|
|
|
|
|
В |
кГц |
№ |
№ |
№ |
№ |
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
18 |
2 |
07 |
20 |
14 |
— |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
16 |
4 |
03 |
24 |
12 |
— |
15 |
3 |
20 |
2 |
04 |
28 |
12 |
— |
11 |
4 |
16 |
4 |
01 |
21 |
13 |
22 |
— |
5 |
20 |
4 |
05 . |
23 |
11 |
24 |
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
16 |
2 |
03 |
25 |
13 |
24 |
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6а
U16 |
I |
U56 |
U45 |
U46 |
U34 |
U23 |
U12 |
Rk1 |
Rk2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
мА |
В |
B |
B |
В |
В |
В |
Ом |
Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица. 6.б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
Xc1 |
Xc2 |
XL1 |
X L2 |
RE |
Z |
cos j |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7а
U |
U1 |
U2 |
I |
|
|
|
|
В |
В |
В |
мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U2a |
u2p |
R2 |
XL2 |
RE |
ZE |
cos |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
B |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
|
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.Обработка результатов исследований
5.1.По результатам измерений /табл. 2/ для последовательной
С- цепи рассчитать модуль полного сопротивления Z , реактивное сопротивление конденсатора К с / сопротивление резистора R и коэффициент мощности соs цепи. В масштабе по показаниям приборов построить векторную диаграмму напряжений последовательной R-С-цепи
5.2.По результатам измерений /табл. 4/ для последовательной R-L- цепи раоочитать указанные в табл. 4 сопротивления и коэффициенты мощности цепи. В масштабе по показаниям приборов построить векторную диаграмму напряжений последовательной R - L - цепи, считая катушку идеальной.
5.3.По результатам измерений для последовательной R-L-C- цепи рассчитать указанные в табл. 6.б значения сопротивлений, а также коэффициент мощности всей цепи.
5.4.Пользуясь показаниями приборов /табл. 6а/, в масштабе построить векторно-топографическую диаграмму последовательной R-L-C-цепи, считая катушки идеальными и приняв потенциал точки 6 равным нулю.
5.5.Используя данные табл. 6а и 6б, подсчитать баланс активной и реактивной мощностей последовательной R - Л - С- цепи.R - .
5.6. По результатам измерений /табл. 7а/ построить в масштабе векторную диаграмму последовательной цепи - рис. 4. Разложить напряжение U2 на активную U2g, и реактивную U2P составляющие, их значения записать в табл. 7.б.
5.6.Рассчитать указанные в табл. 7.б. значения сопротивлений, соs цэпи
иугол . Результаты записать в табл. 7.б.
б. Контрольные вопросы
6.1. Для последовательной R-С- цепи составить уравнения по второму закону Кирхгофа в дифференциальной и комплексной формах. Что такое