Описание лабораторной установки. Исследование электрической цепи производится на установке постоянного тока, состоящей из трех ветвей с двумя источниками напряжения

Исследование электрической цепи производится на установке постоянного тока, состоящей из трех ветвей с двумя источниками напряжения. В качестве первого источника Е ₁, R_{вн 1} используется выпрямитель. Второй источник Е ₂, R_{вн 2} - аккумуляторная батарея. При этом ЭДС источника Е ₁ больше ЭДС Е ₂ батареи. На рис.6 приведена принципиальная схема электрической установки. Все резисторы проволочные. Измерительные приборы – вольтметр V и амперметры А ₁ , А, А ₂ - магнитоэлектрической системы. С помощью приборов измеряются падения напряжения на участках цепи и токи в ветвях. Ток короткого замыкания I_кз измеряется переносным амперметром электромагнитной системы с пределом измерения 2А.

Стенд позволяет исследовать различные режимы работы источника электрической энергии Е ₂, R_{вн 2} .

Сборка электрической цепи осуществляется путем последовательного подключения с каждой ветвью амперметров и установкой переключателей П1, В, П2 в соответствующие положения. Изменение сопротивления второй ветви осуществляется ступенчато переключателем П.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством стенда, записать технические характеристики приборов и оборудования.

2. Собрать электрическую цепь по схеме (рис.6) и вместе с лаборантом проверить правильность сборки.

Рис.6

3. Включить стенд, измерить ЭДС и напряжения источников при нагрузке. Данные измерений занести в таблицу 1. Измерение ЭДС Е ₁ и Е ₂ производится вольтметром V при нулевом положении переключателей П1 и П2 (опыт 1). Измерение напряжения U ₁ на зажимах первого источника производится при подключении его в цепь с резисторами R ₁ и R (П1 в положении “1”, В – вкл., П2 – “0”). Для уменьшения погрешности определения R_вн, изменяя переключателем П величину сопротивления R, добиться максимального значения тока в цепи. Измеренное значение I ₁ занести в таблицу (опыт 2). Измерение U ₂ и I ₂(опыт 3) производится аналогично измерению U ₁ и I ₁ (П1 в положении “0”, В – вкл., П2 – “2”).

4. Исследовать режимы работы аккумуляторной батареи при различной нагрузке. Подключить все ветви схемы (П1 в положении “1”, В – вкл., П2 – “2”).

Во всех случаях ЭДС источника E ₁ > U_ав = U_R. Ток совпадает по направлению с E ₁. Увеличивая с помощью переключателя П сопротивление резистора R, добиться режима, при котором U_ав > E ₂. Аккумулятор при этом заряжается, ток I ₂ направлен встречно E ₂ , идет потребление энергии.

Измерить токи во всех ветвях и напряжения на резисторах R, R ₁, R ₂; результаты измерений занести в таблицу 2 (опыт 1).

Изменяя сопротивление R, добиться условия U_ав = E ₂ , при этом ток

I ₂ = 0. Это режим холостого хода батареи E ₂. Результаты измерений занести в таблицу 2.

Продолжая уменьшать сопротивление R, выполнить условие U_ав< E ₂. При этом аккумулятор разряжается, ток I ₂ совпадает по направлению с E ₂ . Данные измерений занести в таблицу 2.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

5. Рассматривая остальную цепь (рис.6) относительно ветви с резистором R как активный двухполюсник (рис.7), опытным путем найдем параметры этого двухполюсника (эквивалентного генератора):

а) из опыта холостого хода (рис.8) определить Е_экв = U_авхх;

б) из опыта короткого замыкания (рис.9) определить I_кз , для измерения которого использовать переносной амперметр на 2А вместо амперметра А (рис.6). Данные занести в таблицу 3.

6. По данным опытов 2 и 3 (п.3, табл.1) вычислить внутренние сопротивления источников питания установки по формулам:

U_к = Е_к – R_{вн к}I_к; R_{вн к} = ,

где к = 1 для подсчета R_{вн 1} и к = 2 для подсчета R_{вн 2}.

По данным опытов п.4 рассчитать сопротивления R ₁, R ₂ и R. Результаты занести в таблицу 2.

7. По экспериментально определенным значениям E ₁, E ₂, R_{вн 1}, R_{вн 2}, R ₁, R ₂ , R для одного из опытов п.4 (по указанию преподавателя) рассчитать токи по уравнениям Кирхгофа. Сравнить расчетные и экспериментальные результаты. Составить и проверить выполнение баланса мощностей.

8. Для этого же опыта (по п.7) построить потенциальную диаграмму для контура, заданного преподавателем.

Рис.7 Рис.8 Рис.9

9. По данным опыта п.5 рассчитать входное сопротивление двухполюсника R_вхав = , результаты записать в таблицу 3 и начертить схему эквивалентного генератора с указанием полученных параметров для элементов схемы; для сопротивления R, полученного в указанном преподавателем опыте (п.7), рассчитать ток I по методу эквивалентного генератора, сравнить его с полученным в данном опыте.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие электрические цепи называются линейными?

2. Сформулируйте законы Кирхгофа. Что отражают они физически?

3. Сколько уравнений составляется по первому закону Кирхгофа и сколько по второму?

4. Понятие независимого контура. Чему равно число независимых контуров в любой цепи?

5. Понятия: узел, ветвь, электрическая цепь.

6. Что такое потенциальная диаграмма, как она строится?

7. Каковы особенности режимов работы аккумуляторной батареи?

8. Метод наложения, его достоинства и недостатки.

9. Сущность метода эквивалентного генератора и способы определения параметров активного двухполюсника.

10. Сущность методов контурных токов и напряжения двух узлов.

11. Режимы работы источника питания.

12. Покажите, что условием максимальной передачи мощности от источника к приемнику электрической энергии является равенство R_вн= R_н.

Список литературы

1. Электротехника / Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1985. – С. 10-21, 28-40.

2. Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

3. Иванов А. А. Электротехника: Лабораторные работы. – Киев: Вища школа, 1982. – С. 5-6, 28-30, 31-40.

4. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая школа, 1984. – С. 10-42.