Техника безопасности при проведении лабораторных работ.
При монтаже схем используются только изолированные провода с наличием изолированных держателей на штырях. Пользоваться оголенными проводами запрещается.
Студенту категорически запрещается включать схему без проверки ее преподавателем.
Устранение замеченных в рабочей цепи неисправностей, а также все пересоединения, необходимые по ходу работы, производятся при отключенном напряжении. Повторное включение схемы после этих пересоединений допускается только после разрешения преподавателя.
Во время работы нельзя прикасаться к оголенным частям электрической цепи.
По окончании работы напряжение у рабочего места немедленно отключается.
При обнаружении любых повреждений или неисправностей электрического оборудования лабораторного стенда, а также при появлении дыма, искрения, специфичного запаха перегретой изоляции нужно немедленно обесточить стенд и сообщить об этом преподавателю.
К лабораторной работе допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и расписавшиеся в специальном кафедральном журнале.
Лабораторная работа № 1 изучение лабораторного стенда по электротехнике
Цель работы: Экспериментальная проверка метода эквивалентных преобразований двухполюсников.
Домашнее задание
Запишите формулы эквивалентных преобразований пассивных двухполюсников.
Составьте схему замещения электрической цепи постоянного тока на примере электрической цепи, приведенной на рисунке 1.
Рис. 1
На основе составленной схемы замещения электрической цепи (рис. 1) методом свертки - развертки определите ток источника напряжения и токи в других участках цепи, используя выражение для делителя тока. Определите напряжения на всех участках цепи.
Краткие теоретические сведения
Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которых описываются понятиями тока, напряжения и ЭДС.
Двухполюсником называется часть электрической цепи, рассматриваемая относительно двух выделенных зажимов, обозначаемых буквами, например, зажимы a и b.
Если двухполюсник не содержит источников электрической энергии или эти источники в нем учитываются своими внутренними сопротивлениями, то такой двухполюсник называется пассивным. Если в двухполюснике присутствуют источники электрической энергии, то такой двухполюсник является активным.
Для определения токов и напряжений на участках цепи пользуются электрическими схемами замещения. Схема замещения электрической цепи описывает происходящие в цепи электромагнитные процессы при определенных допущениях. В зависимости от принятых допущений одной и той же электрической цепи можно поставить в соответствие несколько различных схем замещения.
На схемах замещения электрической цепи источники электрической энергии могут быть представлены идеализированными активными элементами, а именно источниками напряжения и источниками тока.
В идеальном источнике напряжения напряжение на зажимах источника не зависит от тока, проходящего через источник. Напряжение на зажимах источника равно ЭДС. Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю.
В идеальном источнике тока ток, проходящий через источник, равен току источника тока и не зависит от напряжения на его зажимах. Внутреннее сопротивление источника тока стремится к бесконечности.
На участке схемы замещения электрической цепи резистивные элементы, сокращенно R – элементы, учитывают необратимые процессы преобразования электрической энергии в другие виды энергии, например, тепловую, механическую и другие виды.
На участке схемы замещения электрической цепи индуктивные (сокращенно L – элементы) и емкостные (сокращенно C – элементы) учитывают обратимые процессы преобразования электрической энергии, связанные с накоплением и убылью энергии соответственно магнитного и электрического полей.
В цепи постоянного тока L – элементы не оказывают сопротивления току, поэтому на участке схемы замещения цепи они заменяются проводниками с сопротивлением равным нулю.
В цепи постоянного тока C – элементы для тока представляют бесконечно большое сопротивление, поэтому на участке схемы замещения цепи они моделируют собой обрыв цепи, то есть ветви с такими элементами на схеме замещения цепи не наносятся.
Пассивные L и C – элементы являются атрибутами цепей переменного тока, поскольку они, находясь на участке электрической цепи, оказывают сопротивление переменному току.
Под эквивалентными преобразованиями двухполюсников понимается такая замена, при которой одинаковых токи и напряжения на их зажимах будут одинаковы.
Эквивалентная замена двух последовательно включенных сопротивлений:
Эквивалентная замена двух параллельно включенных сопротивлений:
Замена двух последовательно включенных источников ЭДС:
(сумма алгебраическая).
Замена двух параллельно включенных источников тока:
(сумма алгебраическая).
Замена неидеального источника тока неидеальным источником ЭДС
,
.
Формула для обратной замены
,
,
где
– внутреннее сопротивление источника
ЭДС,
– внутренняя проводимость источника
тока.
Формула для
вычисления напряжения на одном из плеч
делителя напряжения (на резисторе
):
Формула для
вычисления тока через одно из плеч
делителя тока (через резистор
):
,
где
– ток на неразветвленном участке цепи.
Описание лабораторного стенда и рабочее задание
Ознакомиться с комплексным лабораторным стендом для исследования электрических и электронных цепей. Установить съемную панель на лабораторном стенде (рис. 2).
Рис. 2
Собрать схему согласно рисунку 3. Определить методом амперметра и вольтметра сопротивления участков электрической цепи R1 – R5 и эквивалентное сопротивление цепи относительно зажимов источника. Определить расчетом эквивалентное сопротивление цепи и сопоставить его с измеренным значением.
Рис. 3
Собрать рабочую схему варианта (по указанию преподавателя) согласно рисунку 4. Измерить методом амперметра и вольтметра эквивалентное сопротивление цепи относительно зажимов источника питания. Сопоставить измеренное значение эквивалентного сопротивления с расчетом цепи методом эквивалентных преобразований пассивного двухполюсника, используя в качестве исходных данных измеренные значения сопротивлений участков цепи в пункте 2 рабочего задания.
Продолжить эксперимент пункта 3 рабочего задания, измерив вольтметром напряжения на всех участках цепи, а также измерив амперметрами ток на неразветвленном участке цепи и ток в другой ветви. Провести косвенные измерения значений токов на участках электрической цепи, используя выражение закона Ома.
Сопоставить результаты измеренных значений токов в ветвях электрической цепи по данным пункта 3 рабочего задания с расчетными значениями, полученными методом эквивалентных преобразований (методом свертки-развертки электрической цепи). При определении токов в параллельных ветвях воспользоваться выражением делителя тока.
а) б)
в) г)
д) е)
ж) з)
Рис. 4
и) к)
Рис. 4 (окончание)
Вопросы к защите
Определить входное сопротивление цепи (рис. 5).
а) б)
в) г)
д) е)
Рис. 5
Мостом постоянного тока производят измерения сопротивления резистора (рис. 6). Для измерения сопротивления в диагональ моста включен индикатор нуля (гальванометр). При этом получены следующие значения сопротивления плеч моста при его уравновешивании:
Определить измеряемое сопротивление
и наибольшую абсолютную погрешность
измерения, если класс точности моста
равен единице.К источнику постоянного тока подключен пассивный приемник. Внешняя характеристика источника задана графиком (рис. 7). Определить режим работы, при котором в нагрузке выделяется максимальная мощность. Как при этом, используя характеристику (рис. 7), вычислить внутреннее сопротивление источника?
Рис. 6 Рис. 7
Как изменятся показания приборов в электрической цепи (рис. 8) после включения выключателя?
Как будут изменяться показания приборов в электрической цепи (рис. 9), если движки реостата одновременно перемещать из средних положений влево?
Рис. 8 Рис. 9.
Содержание отчета
Выполнение домашнего задания.
Электрическая схема лабораторного стенда, назначение элементов этой схемы.
Измерение электрических величин в эксперименте (тока, напряжения, сопротивления и ЭДС источника питания).
Сопоставление расчетных и экспериментальных данных, используя формулы метода эквивалентных преобразований.
Выводы.