1. Расчет элементов в цепи постоянного тока
Простой цепью постоянного тока является неразветвленная цепь, в которой все элементы (источники и приемники) соединены последовательно друг за другом и через все элементы протекает один и тот же ток (рис. 1.).
Задача расчета электрической цепи состоит в расчете токов в цепи и мощности, потребляемой приемниками. При этом положительное направление тока в цепи выбирается произвольно.
В электрической цепи различают пассивные и активные участки.
Пассивные участки содержат только приемники электрической энергии, т.е. резисторы (например, участки 1 – 2 – 3, 4 – 5 на рис. 1).
Рис.
1.2
Рис.1.1 Неразветвленная цепь постоянного тока.
Активные участки включают в себя источники энергии (участки 0 – 1 – 2, 2 – 3 – 4).
На любом пассивном участке цепи (a – b) ток определяется законом Ома для пассивного участка:
Для некоторого активного участка цепи (a – b) записывается обобщенный закон Ома:
где Uab — напряжение на данном участке, совпадающее по направлению с током; Ек — ЭДС источников участка, которые записываются со знаком «+», если направление ЭДС совпадает с выбранным направлением тока в цепи, и со знаком «–» в противном случае.
Так, при выбранном направлении тока в цепи на рисунке 1.1 ток на участке 0 – 1 – 2 – 3 – 4 определяется формулой
Мощность P, характеризующая интенсивность преобразования энергии в единицу времени в источнике и в приемнике, определяется законом Джоуля-Ленца и измеряется в ваттах (Вт):
для источника ЭДС Pист = EI, Вт;
для приемника Pпр = UI = I2R = U2/R, Вт.
Для любой электрической цепи должен соблюдается баланс мощностей: мощность, развиваемая всеми источниками энергии Pи , равна мощности Pпр, потребляемой всеми приемниками цепи:
∑Pист= ∑Pпр.
При этом мощность источника может быть как положительной, так и отрицательной, тогда как мощность приемника всегда положительна.
Цель работы: Исследование режимов работы неразветвленной электрической цепи постоянного тока, представленной активным сопротивлением R17, определение электрических параметров схемы.
Порядок выполнения работы.
1. Исследовать условия передачи энергии от активного двухполюсника нагрузке по схеме (рис. 1.2). ЛАТРом S45 установить напряжение на входе схемы не более 20В. Избегать работы схемы при токах нагрузки более 0,3А на протяжении более 10 мин. Регулировку ток осуществлять в пределах 0 - 100 Ом с шагом 10 Ом (левый галетник блока R17). Для чего, изменяя сопротивление нагрузки R17 от бесконечности - х.х. (R17 разомкнуть) до нуля(к.з.), измерить ток I, напряжение U1, на входе линии и напряжение U2 на зажимах нагрузки(5-6 измерений). Заполнить таблицу 1.1, занести в нее полученные результаты. Недостающие величины рассчитать и занести в таблицу.
Таблица 1.1
Цепь постоянного тока.
|
|
Измерить |
Рассчитать |
Режим |
|||||
|
U1, В |
U2,В |
I,А |
Р1,Вт |
Р2,Вт |
ΔР,Вт |
η, |
||
|
1 R= |
|
|
|
|
|
|
|
Х.х. |
|
2 R= |
|
|
|
|
|
|
|
нагрузка |
|
3 R= |
|
|
|
|
|
|
|
нагрузка |
|
4 R= |
|
|
|
|
|
|
|
нагрузка |
|
5 R= |
|
|
|
|
|
|
|
К.з. |
2. По данным измерений построить зависимости I= f (R) и U1, U2, P1,P2 ,ΔР, η в функции тока линии. Исследуя графики, проанализировать режимы работы неразветвленной цепи.
Рис.1.2 Монтажная схема – Цепь постоянного тока.