МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

южно-российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)

Волгодонский институт

Е.С.Молошная, С.А.Шилов

ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

методические указания к лабораторным работам

по электротехнике и основам электроники

Новочеркасск 2003

УДК 621.3.024.1 (076.5)

Рецензенты: канд. техн. наук., доц. О. Г. Дигун

канд. техн. наук., доц. В. А. Фролов

Научный редактор канд. техн. наук., зав.каф. электротехники и автоматики ВИ ЮРГТУ И. А. Сысоев

Линейные и нелинейные электрические цепи постоянного тока: Методические указания к лабораторным работам по электротехнике и основам электроники

/Е. С. Молошная, С. А. Шилов; Волгодонский институт ЮРГТУ. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. 20с.

Цель настоящие методических указаний – оказать помощь студентам при выполнении лабораторных работ по курсу «Электротехника и электроника», раздел «Электрические цепи постоянного тока».

Указания предназначены для студентов 3, 4 курсов специальностей ТМ-120100, СП-120500, КР-101300, ТС-100500, ОД-240400 дневной вечерней и заочной форм обучения.

Волгодонский институт ЮРГТУ, 2003

Е. С. Молошная, С. А. Шилов, 2003

ЛАБОЛАТОРНАЯ РАБОТА №1

Исследование сложной цепи постоянного тока

Цель работы. Экспериментально исследовать сложные цепи постоянного тока, приобрести навыки в измерении тока и напряжения.

В результате выполнения работы студент должен знать основные законы и методы расчета сложных электрических цепей постоянного тока. Уметь производить измерения токов и напряжений в этих цепях.

1. Программа работы

1.1. В соответствии с заданным вариантом вычертить схему исследуемой цепи. На схеме расставить произвольно стрелки (направления вычисления) токов во всех ветвях. Ознакомиться с используемыми приборами; заполнить таблицу.

1.2. С помощью амперметра и вольтметра магнитоэлектрической системы или мультиметра определить величину и знаки всех токов, напряжений и Э. Д. С.

1.3. Используя закон Ома, вычислить сопротивления резисторов в ветвях; измерить их мультиметром и сравнить результаты измерений и вычислений.

1.4. Для данной схемы составить полную систему уравнений Кирхгофа. Подставить в уравнения числовые значения Э. Д. С, токов и напряжений и убедиться в числовых равенствах.

1.5. Измерить ток в ветвях при раздельном включении источников. Вычислить результирующие токи, используя принцип наложения. Сравнить результаты вычисления и измерения с п.1.2. и убедиться в равенстве соответствующих токов.

1.6. Определить ток в одной из ветвей (номер ветви задается преподавателем) методом эквивалентного генератора.

1.7. Составить баланс мощностей для исследуемой цепи, используя измеренные значения токов и напряжений.

1.8. Выполнить лабораторную работу на компьютере в редакторе EWВ.

2. Пояснения к работе

Разветвленные электрические цепи с несколькими источниками питания называются сложными.

Для каждой ветви такой цепи справедлив закон Ома (рис.1.1.):

U=IR.

Расчет таких цепей может быть произведен различными методами.

2.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа

Задаются условно положительным направлением токов во всех ветвях, после чего составляют уравнения по первому закону Кирхгофа для всех узлов, кроме одного:

Σ±I=0.

Для узла a, (рис. 1.2,а.)

I₁-I₂-I₃+I₄-I₅=0

и по второму закону Кирхгофа для всех независимых контуров.

Σ±E=Σ±IR.

Независимым считают контур, содержащий хотя бы одну ветвь, не входящую в другие контуры.

Рис. 1.1. Пассивная ветвь электрической цепи

При составлении уравнений по второму закону Кирхгофа

I₁R₁-I₂R₂-I₃R₃+I₄R₄=E₁-E₃

необходимо задаться положительными направлениями обхода контура.

а) б)

Рис. 1.2. К примеру составления уравнений по первому «а» и по второму «б» закону Кирхгофа

Для контура (рис 1.2,б) по второму закону Кирхгофа

I₁R₁-I₂R₂-I₃R₃+I₄R₄=E₁-E₃.

В итоге получается система уравнений первой степени с числом уравнений равным числу неизвестных токов, т.е. числу ветвей цепи. Искомые величины токов определяются при решении этой системы.

2.2. Метод наложения заключается в том, что расчет сложной цепи с несколькими источниками э. д. с. заменяется расчетом простых цепей, число которых равно числу источников э. д. с. в сложной цепи. Для этого из цепи поочередно исключают все источники э.д.с. кроме одного, оставляя в цепи их внутреннее сопротивление и рассчитывают полученные при этом простые цепи с одним источником э. д. с.

Действительные токи в каждой ветви определяются алгебраическим суммированием токов, получающихся в этой ветви при действии каждого источника в отдельности.

Метод наложения можно применять только в цепях с линейными сопротивлениями, величина которых не зависит от величин протекающих по ним токов.

2.3. Метод эквивалентного генератора применяется в том случае когда необходимо определить ток только в одной ветви сложной электрической цепи. Тогда всю электрическую цепь, внешнюю по отношению к ветви аb заменяют активным двухполюсником, который представляют в виде эквивалентного генератора с параметрами E_ЭГ и R_ЭГ (рис 1.3.).

Рис. 1.3. К расчету цепи методом эквивалентного генератора

Параметры эквивалентного генератора могут быть рассчитаны при отключенной ветви ab или определены опытным путем. Для этого необходимо измерить напряжение холостого хода ветви ab - это и будет э.д.с. эквивалентного генератора. Изменив ток короткого замыкания ветви можно определить сопротивление эквивалентного генератора E_ЭГ

U_XX=E_ЭГ.

Зная параметры эквивалентного генератора и сопротивление ветви ab находят ток:

I_AB=.

2.4. Энергетический баланс мощностей. Энергия, выделяемая в цепь источниками, равна энергии, потребляемой приемниками, или алгебраическая сумма мощностей источников энергии равна арифметической сумме мощностей приемников:

Σ±U_истI_ист= Σ I_R²R

В этом уравнении, конечно, должны быть учтены мощности, потребляемые на внутренних сопротивлениях источников энергии.

Отрицательной мощность энергии источника энергии будет в том случае, если он работает в режиме потребления, т.е. направление тока и направление э. д. с. в нем не совпадают.

Измеряемые и рассчитываемые величины Таблица 1.1.

Измеряемые и рассчитываемые величины	№ ветви
I, A
U, B
R, Oм
I’, A
I”, A
Uxxab, B
Iкзab, A
Iab, A