МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

ОСНОВИ ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ

ТА ЕЛЕКТРОНІКИ

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ ТА ЗАВДАННЯ ДО САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

з дисципліни “Основи електротехніки та електроніки”

для студентів базового напряму “Видавництво і поліграфія”

Затверджено

на засіданні кафедри теоретичної

та загальної електротехніки

Протокол № 6 від 26.03 .2010р.

Львів

2010

Навчальне видання

Дослідження лінійних електричних кіл постійного струму (послідовне, паралельне та змішане сполучення елементів):

Інструкція та методичні настанови до лабораторної роботи № 01 із дисципліни «Електротехніка» для студентів інженерно-технічних спеціальностей.

Укладачі: Коруд Василь Іванович

Рижий Тарас Іванович

Горячко Всеволод Іванович

Редактор Г.С. Клим

ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІНІЙНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ

ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

(ПОСЛІДОВНЕ, ПАРАЛЕЛЬНЕ ТА ЗМІШАНЕ СПОЛУЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ)

ІНСТРУКЦІЯ ТА МЕТОДИЧНІ НАСТАНОВИ

до лабораторної роботи № 01

із дисципліни

“Електротехніка”

для студентів інженерно-технічних спеціальностей

ЛЬВІВ 2002

Лабораторна робота №01

Дослідження лінійних електричних кіл постійного струму

(послідовне, паралельне та змішане сполучення елементів)

Мета роботи: виявлення особливостей електричних кіл постійного струму при різному виді сполучення елементів і експериментальна перевірка законів Кірхгофа.

Основні відомості.

Сукупність пристроїв для отримання, пересилання, розподілу та споживання електричної енергії називають електричним колом. Електричне коло постійного струму (рис. 1) складається з джерела електричної енергії, яке характеризується внутрішнім опором R_вн, електрорушійною силою (ЕРС) Е та напругою U на затискачах, споживача електричної енергії R, який перетворює електричну енергію в теплову і проводів з опором R_пр, які з’єднують джерело зі споживачем. При виконанні лабораторних робіт електричний опір з’єднувальних провідників не враховують (R_пр=0).

Взаємозв’язок між ЕРС, напругами, струмами та опорами визначається законом Ома та законами Кірхгофа, за допомогою яких проводиться аналіз кола.

У відповідності до узагальненого закону Ома струм визначається: I=E/(R+R_вн)

Залежність між струмом і напругою пасивного елемента схеми (який не містить джерела енергії): I=U_R/R.

Для змішаного сполучення споживачів електричної енергії, коли одна частина споживачів з’єднана паралельно, а інша – послідовно (рис. 2), визначити струми можна за законами Кірхгофа.

Оскільки рівняння за першим законом Кірхгофа є вузловими, а за другим законом Кірхгофа – контурними, то необхідно обумовити що вважають віткою, вузлом і контуром.

Вітка – це послідовне сполучення будь-якої кількості елементів в схемі електричного кола, через які протікає один і той же струм. Тобто - це частина електричної схеми між двома вузлами.

Вузол – це точка розгалуження електричного кола, де сходиться три і більше віток (провідників).

Контур (замкнений) – це будь-яке замкнене окреслення в схемі електричного кола, яке виконується по віткам в електрично замкнених контурах або по напругам.

Кількість рівнянь на підставі І закону Кірхгофа визначається як q-1 – кількість незалежних вузлів (де q – кількість вузлів схеми). На підставі ІІ закону Кірхгофа складають решту n=p-(q-1) рівнянь (де n – кількість незалежних контурів, р – кількість віток схеми).

У відповідності до першого закону Кірхгофа алгебрична сума струмів у вузлі електричного кола дорівнює нулю ( ). З урахуванням цього виразу для струмів наведеної схеми І-І₁-І₂=0.

Згідно з другим законом Кірхгофа алгебрична сума спадів напруг в будь-якому замкненому контурі дорівнює алгебричній сумі ЕРС (напруг джерел живлення)( ). В іншій формі цей закон записують так: алгебрична сума напруг в будь-якому замкненому контурі дорівнює нулю . Для двох лінійно незалежних контурів, вказаних на схемі рис. 2 отримаємо:

або

Підготовка до виконання лабораторної роботи.

1. Перш ніж приступити до лабораторної роботи, студент повинен мати формуляр, який містить мету роботи, схеми експериментів і таблиці для занесення даних виміру.

2. Знати мету та програму проведення експериментів.

3. Для всіх схем, що досліджуватимуться, записати рівняння за законами Кірхгофа.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитись з лабораторним стендом і вимірювальними приладами. Для стрілкових вимірювальних приладів визначити ціну поділки.

2. Зібрати електричне коло за схемою рис. 3.

2.1. Для неробочого режиму джерела енергії виміряти величину Е та записати в табл. 1.

2.3. Виміряти струм та напруги для всіх ділянок кола. Результати вимірювань занести в табл. 1.

2.4. Для даної схеми перевірити попередньо записане рівняння за другим законом Кірхгофа.

Таблиця 1

Вимірена величина

Обчислена величина

E

I

U

U1

U2

U3

Rвн

R1

R2

R3

Rсх

P1

P2

P3

Pсх

B

A

B

B

B

B

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Вт

Вт

Вт

Вт

Т аблиця. 2

Вимірена величина

Обчислена величина

U

I

I1

I2

I3

G1

G2

G3

Gсх

P1

P2

P3

Pсх

B

A

A

A

A

Cм

Cм

Cм

Cм

Вт

Вт

Вт

Вт

2.7. На підставі виміряних величин перевірити рівняння першого закону Кірхгофа.

2.8. Зібрати електричне коло за схемою рис.5.

2.9. Змінюючи напругу живлення з інтервалом 5 В, провести вимірювання струмів і напруг на ділянках кола. Результати вимірювань занести в табл. 3.

Таблиця. 3

№ ви-мір.

Вимірювання

Обчислення

U

U1

U23

I1

I2

I3

R1

R2

R3

Rсх

P1

P2

P3

Pсх

B

B

B

A

A

A

Ом

Ом

Ом

Ом

Вт

Вт

Вт

Вт

1

2

3

4

5

2.10. На підставі виміряних величин перевірити рівняння законів Кірхгофа.

Оброблення результатів експериментів.

1. Значення опору R_вн обчислити за виразом U=E-R_внІ. Використовуючи закон Ома та виміряні значення напруг і струмів визначити величини опорів резисторів R₁, R₂, R₃.

2. Величини електричних провідностей паралельно з’єднаних елементів визначити за виразом G=I/U, тобто G=1/R. Еквівалентну провідність визначити як суму провідностей паралельних віток

3. Потужності окремих резисторів і всього кола визначити за виразом P=RI² або P=U²G.

4. За результатами вимірювань (табл. 3) побудувати на одній координатній площині вольт-амперні характеристики (ВАХ) U₁₂(I₂), U₁₂(I₃), U₁(I₁).

5. Для однакових значень напруг, додаючи значення струмів, побудувати ВАХ U₂₃(I₂+І₃) паралельно злучених елементів R₂ і R₃.

6. Для однакових значень струмів, додаючи значення напруг, побудувати ВАХ пасивної ділянки схеми електричного кола U₁+U₂₃ в залежності від І₁.

7. Використовуючи графічні побудови пп. 4-6 та результати вимірювань (табл. 3) переконатися в справедливості І та ІІ законів Кірхгофа для схеми (рис. 5).

8. За результатами досліджень скласти висновки по лабораторній роботі.

Висновки.

1. Записати баланс потужності для наведених схем електричних кіл.

2. Подати основні особливості послідовного, паралельного та змішаного сполучення елементів.

3. Подати висновок про експериментальну достовірність законів Кірхгофа та вказати величину похибки вимірювання.

Контрольні питання.

1. Cформулювати І закон Кірхгофа.

2. Cформулювати ІІ закон Кірхгофа.

3. Яке сполучення елементів називають послідовним?

4. Вказати особливість паралельного сполучення елементів.

5. Яка відмінність між ідеальним і реальним джерелами напруги?

6. Вказати відмінність між U та E джерела напруги.

6. Подати ВАХ ідеального та реального джерела напруги.

7. Як за ВАХ визначити еквівалентні параметри вітки?

8. Для двох опорів, сполучених послідовно та паралельно, порівняти спожиту потужність.

Література.

1. Перхач В.С. Теоретична електротехніка. – Київ: Вища школа. – 1992. – 439 с.

2. Вартабедян В.А. Загальна електротехніка. – К.: Вища школа. – 1986.–328 с.

3. Малинівський С.М. Загальна електротехніка. – Львів: Вид. НУ “Львівська політехніка”. – 2001. – 596 с.

.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТA № 4

ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІНІЙНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ

ПРИ ПОСЛІДОВНОМУ З'ЄДНАННІ ЕЛЕМЕНТІВ

4.1. Мета роботи.

Експериментальне визначення параметрів елементів електричного кола змінного струму: реостата, котушки індуктивності та конденсатора при напругах живлення низької частоти.

4.2. План виконання роботи.

4.2.1. Ознайомитись з лабораторним стендом і скласти електричне коло згідно зі схемою рис. 4.1.

4.2.2. Приєднати до джерела живлення реостат і котушку індуктивності, поставивши перемикач “П” в положення “2”. Виміряти напругу, струм і активну потужність кожного елемента й усього кола, під’єднуючи до них почергово вольтметр разом із обмоткою напруги ватметра. Результати експерименту записати в табл. 4.1.

4.2.3. Приєднати до джерела живлення реостат і конденсатор, поставивши перемикач “П” в положення “1”. Виміряти напругу, струм і активну потужність кожного елемента й усього кола. Результати експерименту записати в табл. 4.1.

4.2.4. Приєднати до джерела живлення реостат, котушку індуктивності та конденсатор, поставивши перемикач “П” в нейтральне положення. Виміряти напругу, струм і активну потужність кожного елемента й усього кола. Результати експерименту записати в табл. 4.1.