Часть 1 / 1_LR_140400_62

2.4.Рассчитать методом эквивалентного генератора ток третьей ветви и сравнить с результатами расчета по п.2.1.

2.5.Меняя R 3 в пределах от 0 до , включая и режим согласованной

нагрузки, рассчитать и построить зависимость PR 3 ( R 3 ).

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ ПОСЛЕ ОБСУЖДЕНИЯ С ПРЕ-ПОДАВАТЕЛЕМ СЛУЖАТ ОСНОВАНИЕМ ДЛЯ ДОПУСКА К ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТА.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Для проведения эксперимента необходимы:

не менее двух источников постоянного напряжения, резисторы, резистор с переменным сопротивлением (потенциометр), амперметры, вольтметр, пере-ключатели. Используя резисторы и источники питания необходимо собрать сложную разветвленную цепь с несколькими источниками.

Можно, также, воспользоваться готовым блоком №2 лабораторного стенда, схема которого приведена на рис.13.

В качестве источников напряжения на лабораторном стенде можно использовать в любом сочетании два источника с E =12B , Imax 1.5A,

источник с E=24B, Imax 1.5A и регулируемый источник с фильтрующей

емкостью и E 0 40B , Imax 1.5A.

2. При экспериментальном определении токов цепи методом наложения во все ветви включают амперметры, а затем для определения частичных токов в ветвях от каждого источника поочередно оставляют только один источник и исключают все остальные, сохраняя в схеме их внутренние сопротивления. Затем включают все источники одновременно и убеждаются, что ток ветви равен алгебраической сумме частичных токов. При проведении измерений выберите произвольно положительные направления токов в ветвях и включите амперметры в соответствии с этими направлениями. Если в процессе измерения стрелка прибора будет отклоняться в противоположную шкале сторону, то для измерения величины тока необходимо изменить полярность подключения амперметра, а результат измерения записать со знаком минус.

Здесь Ri1 и Ri2 - резисторы, сопротивления которых равны внутренним сопротивлениям источников E1 и E2 .

Для определения внутреннего сопротивления источника Э.Д.С. необходимо:

31

а) измерить величину Э.Д.С. Е вольтметром в режиме холостого хода источника (U xx E );

Рисунок 13 – Схема электрическая принципиальная

б) подключить к источнику Э.Д.С.любой резистор с сопротивлением R’ и измерить напряжение U’ и ток I’ резистора ( I’ 1.5A );

в) внутреннее сопротивление источника определить по формуле:

3.Измерение потенциалов узлов относительно опорного производится вольтметром. Расчет сопротивлений участков цепи, включенных между узлами, осуществляется по закону Ома на основании известных из п.2 токов ветвей и напряжений между узлами.

4.Для определения коэффициентов линейного уравнения, связывающего токи 2-х ветвей, необходимо измерить токи в этих ветвях ( I1 ; I 2 ) для двух режимов при изменении сопротивления резистора в

третьей ветви ( R3 ).

Так, например, измерив токи двух ветвей для режимов короткого замыкания ( R3 =0) и холостого хода ( R3 ) можно вычислить

коэффициенты уравнения I1 a bI2 .

Проверить справедливость полученного линейного соотношения можно путем измерения I1 и I 2 для нескольких значений 0 R3 .

5. При экспериментальном определении параметров эквивалентного генератора измеряют напряжение на зажимах активного двухполюсника в режиме холостого хода (U xx ) и ток между зажимами двухполюсника в

режиме короткого замыкания ( I кз ). Тогда

32

6. Для экспериментальной проверки режима согласованной нагрузки следует для ряда значений сопротивления нагрузки активного двухполюсника из п.5 ( Rн R3 0 ) измерить напряжение и ток нагрузки

и построить график зависимости мощности нагрузки Pн U н I н от сопротивления нагрузки Pн f (Rн ) .

Убедиться в том, что мощность максимальна при Rн Rэкв .

ЭКСПЕРИМЕНТ

ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ И РЕЖИМЫ ЦЕПЕЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ СЛЕДУЕТ ВЫБИРАТЬ СООТВЕТСТВУЮЩИМИ ПРОГНОЗИРУЮЩЕМУ РАСЧЕТУ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЕРИМЕНТУ

1.Подобрать оборудование, измерительные приборы и их пределы измерения, собрать принципиальную схему экспериментальной цепи.

2.Провести необходимые измерения для определения токов исследуемой цепи методом наложения.

3.Измерить потенциалы узлов исследуемой цепи относительно опорного узла.

4.Произвести необходимые измерения для определения коэффициентов линейного соотношения между токами двух ветвей.

5.Провести необходимые измерения для определения параметров эквивалентного генератора Eэкв , Rэкв активного двухполюсника

относительно зажимов одной из ветвей.

6. Подтвердить экспериментально условие передачи активным двухполюсником максимальной мощности в нагрузку.

ЭКСПЕРИМЕНТ СЧИТАЕТСЯ УСПЕШНО ЗАВЕРШЕННЫМ, А ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ СХЕМА МОЖЕТ БЫТЬ РАЗОБРАНА ПОСЛЕ ПОДПИСАНИЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ ПРОТОКОЛА ИСПЫТАНИЙ.

ОТЧЕТ

33

Отчет включает в себя:

–титульный лист с названием учебного заведения, кафедры и лабоpатоpной работы, Ф.И.О. студента и преподавателя, годом и местом выполнения работы;

–протокол испытаний с заполненными таблицами всех экспериментальных и расчетных данных, подписанный преподавателем;

–потенциальную диаграмму (R) , зависимость Pн f (Rн ) , выполненных в

масштабе в соответствии с ЕСКД;

–выводы о соответствии теоретических положений результатам эксперимента.

ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ

1.Для каких электрических цепей применим принцип наложения и

почему?

2.Пригоден ли принцип наложения для расчета результирующей мощности приемников по их частичным мощностям от отдельных источников?

3.Как определить с помощью эксперимента параметры эквивалентного генератора активного двухполюсника, не допускающего режимы короткого замыкания и холостого хода?

4.Как определить параметры эквивалентного генератора расчетным

путем?

5.Одинаковы ли мощности, генерируемые источником Э.Д.С и источником тока в эквивалентных схемах замещения?

6.Как определить из потенциальной диаграммы величину и направление тока на участке цепи, величину и знак напряжения между любыми двумя узлами цепи?

7.Сохраниться ли условие передачи максимума мощности в нагрузку при замене источника напряжения эквивалентным источником тока?

Электрическиецепи : учебник. – 11-е изд., перераб. и доп. – М. :

Гардарики, 2006. – 701 с. : ил.

2. §§ 3.1–3.10.

Теоретическиеосновыэлектротехники : учебникдлявузов. – 4-е изд. / К.С. Демирчан, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. – СПб. : Питер,

2006. – Т. 1.

34

РАБОТА № 2

СИНУСОИДАЛЬНЫЙ РЕЖИМ ЛИНЕЙНЫХ ПАССИВНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ (4 часа)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Исследование амплитудных и фазовых соотношений пассивных двухполюсников в цепи синусоидального тока, при различных частотах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Экспериментальное исследование амплитудных и фазовых соотношений между напряжением и током на резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности.

2.Определение параметров элементов схем замещения пассивных двухполюсников по результатам измерений.

3.Исследование режимов последовательного и параллельного соединений резистивного и реактивного элементов при изменении параметров одного из них.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.Анализ электрических цепей в установившемся синусоидальном режиме сводится к установлению амплитудных и фазовых соотношений между токами и напряжениями как в целом для всей цепи, так и для ее отдельных элементов.

2.Если к зажимам двухполюсника приложено синусоидальное

напряжение u Umax sin t , то ток двухполюсника i Imax sin(t ) синусоидален и сдвинут по фазе по отношению к напряжению на угол .

Следует помнить, что ток через идеальный резистивный элемент

совпадает по фазе с приложенным напряжением ( 0,Imax U max , где R —

R

активное сопротивление), ток через идеальный индуктивный элемент отстает по фазе от приложенного напряжения на четверть периода ( 2 ,

I max U max , где X L L — индуктивное сопротивление), а ток через иде-

X L

альный емкостный элемент опережает по фазе приложенное напряжение

35

резистивные, индуктивные и емкостные элементы (рис. 14.), амплитуда тока Imax и сдвиг по фазе на входе цепи определяются величиной

приложенного напряжения U max , модулем полного сопротивления

двухполюсника Z (проводимости Y) и соотношением реактивного X и активного R сопротивлений (соответственно проводимостей B и G) двухполюсника

В зависимости от соотношения реактивных сопротивлений (проводимостей) двухполюсник может иметь индуктивно-резистивный, емкостно-резистивный или резистивный характер сопротивления.

4. Любой пассивный двухполюсник, содержащий резистивные, индуктивные и емкостные элементы, может быть представлен последовательной и параллельной эквивалентными схемами замещения

(рис.14 а, б )

a) б)

Рисунок 14 – Последовательная и параллельная эквивалентная схема замещения

5.Параметры элементов эквивалентных схем замещения

для параллельной схемы:

36

6.Сопротивления и проводимости последовательной и параллельной эквивалентных схем замещения связаны соотношениями:

7.При последовательном соединении резистивного и реактивного элементов изменение параметров одного из них при неизменном напряжении на входе цепи приводит к изменению тока и напряжений на элементах так, что геометрическим местом концов векторов тока и напряжений служат окружности – круговые диаграммы.

8.При параллельном соединении резистивного и реактивного элементов изменение параметров одного из них приводит к тому, что геометрическим местом конца вектора тока на входе цепи является прямая линия – линейная диаграмма.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЕРИМЕНТУ

ЗАДАНИЕ ДОЛЖНО БЫТЬ ВЫПОЛНЕНО И ОФОРМЛЕНО В ПРОТОКОЛЕ ИСПЫТАНИЙ ДО НАЧАЛА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1.Подготовить протокол испытаний, включающий в себя название, цель и содержание работы, принципиальную схему эксперимента, таблицы экспериментальных и расчетных данных.

2.Выполнить расчеты, прогнозирующие результаты эксперимента.

2.1.Выбрать одну из схем исследуемых двухполюсников (рис.15),

параметры элементов и частоту питающего напряжения исходя из нижеследующего

R =10 150 Ом , C =10 40 мкФ, Lк =0.02 0.1Гн, Rк =5 Ом, f =100 200Гц .

37

2.2.Рассчитать величину и угол сдвига по фазе тока по отношению к приложенному напряжению U = 5B для выбранной схемы двухполюсника.

2.3.Рассчитать параметры последовательной и параллельной эквивалентных схем замещения исследуемого двухполюсника воспользовавшись формулами (1) и (2).

Убедиться в справедливости соотношений (3) и (4) между этими параметрами

при изменении сопротивления резистивного элемента Rэкв = 0 (U = 5B).

На основании этих расчетов построить в масштабе круговую векторную диаграмму тока и напряжений на элементах.

треугольник напряжений, одна сторона которого пропорциональна неизменному U;

соответствующих п.2.1. Построить в масштабе линейную векторную диаграмму токов, имея в виду, что I IG I B .

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ ПОСЛЕ ОБСУЖДЕНИЯ С ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ СЛУЖАТ ОСНОВАНИЕМ ДЛЯ ДОПУСКА К ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТА.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Для проведения эксперимента необходимы:

блок резисторов, блок конденсаторов, блок катушек индуктивности, вольтметр, амперметр, фазометр и двухлучевой осциллограф. В случае отсутствия фазометра его можно заменить ваттметром, показания которого позволяют рассчитать фазовый угол сдвига. Принципиальная схема эксперимента изображена на рис. 16.

Рисунок 16 – Схема электрическая принципиальная

В качестве источника питания рекомендуется использовать имеющийся на лабораторном стенде генератор синусоидального сигнала (ГСС, U = 5 10 B, f 100 200 Гц). Напряжение на входе двухполюсников измеряется вольтметром, ток – амперметром, угол сдвига по фазе между напряжением и током на входе цепи – фазометром или двухлучевым осциллографом. В эксперименте рекомендуется использовать оба прибора, т.к. осциллограф к тому же служит для визуального наблюдения формы кривых напряжения и тока. На вход Bx1 подается напряжение двухполюсника, а на вход Bx2 – падение напряжения на малом внутреннем сопротивлении амперметра, пропорциональное току двухполюсника.

39

На схеме Rк – резистивное сопротивление катушки индуктивности. Двухполюсник в эксперименте представляет собой реализацию с помощью резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности схемы,

выбранной в предыдущем разделе для прогнозирующего расчета (рис.2). Рекомендуемые пределы параметров элементов R =10 150 Ом,C =10 40 мкФ, Lк =0.02 0.1 Гн. Резистивное сопротивление катушки измеряется омметром.

ЭКСПЕРИМЕНТ

ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ И РЕЖИМЫ ЦЕПЕЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ СЛЕДУЕТ ВЫБИРАТЬ СООТВЕТСТВУЮЩИМИ ПРОГНОЗИРУЮЩЕМУ РАСЧЕТУ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЕРИМЕНТУ

1.Подобрать оборудование, измерительные приборы и их пределы измерения, собрать принципиальную схему экспериментальной цепи.

2.Установить экспериментально амплитудные и фазовые соотношения между напряжением и током на резисторе, конденсаторе, катушке индуктивности и на входе выбранной схемы двухполюсника. Снять (зарисовать, сфотографировать) с экрана осциллографа осциллограммы входных напряжений и токов.

3.Собрать последовательную и параллельную схемы замещения из реальных элементов и убедиться в их эквивалентности по отношению к исследуемому двухполюснику.

4.Изменяя сопротивление резистора последовательной схемы замещения исследуемого двухполюсника снять показания приборов для построения круговой векторной диаграммы.

5.Изменяя параметр реактивного элемента (в рекомендованных выше пределах) параллельной схемы замещения исследуемого

ЭКСПЕРИМЕНТ СЧИТАЕТСЯ УСПЕШНО ЗАВЕРШЕННЫМ, А ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ СХЕМА МОЖЕТ БЫТЬ РАЗОБРАНА ПОСЛЕ ПОДПИСАНИЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ ПРОТОКОЛА ИСПЫТАНИЙ.

ОТЧЕТ

Отчет включает в себя:

40