Активный двухполюсник постоянного тока

2.1. Цель работы

Данная работа предназначена для освоения метода эквивалентного генератора (активного двухполюсника), линейных зависимостей токов, напряжений в электрических цепях и принципа компенсации.

2.2. Приобретаемые навыки.

уметь собирать требуемую электрическую схему на лабораторном стенде;

уметь правильно производить подключение (отключение) и соответствующие переключения;

научиться снимать и анализировать основные зависимости, отражающие работу схемы;

научиться строить графики зависимостей и анализировать характеристики;

научиться делать выводы по результатам работы.

2.3. Меры безопасности.

1. Работу под напряжением производить в составе бригады из двух и более человек.

2. Перед началом работы убедиться в надежности заземления лабораторного стенда.

3. В присутствии преподавателя (лаборанта) убедиться в правильности собранной схемы и получить разрешение на подачу питания.

4. При появлении запаха дыма или искрения немедленно обесточить стенд.

Внимание. При поражении электротоком немедленно отключить автомат и поставить переключатель на вводном щите в положение " 0", оказать пораженному первую медицинскую помощь.

2.4. Описание лабораторного стенда.

Лабораторная установка состоит из набора резисторов. Для измерения токов,

напряжений и мощности используются три миллиамперметра, два вольтметра и

ваттметр, имеющие несколько пределов измерений. Источник напряжения на

стенде обозначенный как U₃, используется в качестве ЭДС-Е₃

U₂­­ - не используется. Источник напряжения U₁-используется в качестве ЭДС с

переменной величиной, для проверки принципа компенсации. Данное ЭДС

обозначено как E₁ и регулируется переменным резистором R_перем., который

находится рядом с тумблером вкл/выкл. Включение блоков питания

осуществляется тумблером “сеть” и контролируется сигнальной лампочкой. Схемы

соединения элементов приведены на рис.2.1-2.5.Величина ЭДС измеряется,

номиналы резисторов обозначены на стенде.Измеренную величину ЭДС и

номиналы резисторов занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

2.5. Предварительное задание.

Каждый студент получает индивидуальное задание в виде схемы с номиналами

электрической цепи лабораторного стенда. Для заданной схемы необходимо

рассчитать параметры активного двухполюсника (Е_эг , R_вх) относительно

резистора R₂, определить величину R₂, при которой в нем определяется

максимальная мощность; Вычислить при этом величины I₂, U₂, P₂; написать

уравнения связи токов I₁ и I₂ и рассчитать коэффициенты этого уравнения.

Варианты лабораторных схем приведены на рис.2.1-2.5.Схемы собираются на

лабораторных стендах согласно полученному варианту заданий. Студенты,

получившие одинаковые варианты, объединяются при выполнении лабораторной

работы в одну бригаду.

2.6. Рабочее задание.

В данной лабораторной работе требуется: собрать схему на лабораторном стенде

в соответствии со схемой расчетного задания, предусмотрев в ней включение

миллиамперметров в ветвях с резисторами R₁, R₂, R₃ и ваттметра в ветви с

резистором R₂;

Рассматривая цепь относительно резистора R₂ как активный двухполюсник,

определить параметры этого двухполюсника по опытам холостого хода и

короткого замыкания (Е_эг= U_хх, R_вх=U_хх/I_кз);

опытным путем найти зависимости I₁(I₂), I₃(I₂), I₂(R₂), P₂(I₂) при изменении R₂ от

0 до ¥;

построить графики линейных зависимостей I₁(I₂), I₃(I₂), U₂(I₂);

определить коэффициенты линейных уравнений a, b, c, d (U₂=a+b*I₂, I₁=c+d*I₂);

построить графики I₂(R₂), P₂(I₂) и нанести на них точки (R₂, I₂, P₂), полученные

при расчете в подготовительном задании;

рассматривая цепь относительно резистора R₂ как активный двухполюсник,

определить параметры этого двухполюсника по двум любым режимам

(R₂=0 и R₂=¥);

сравнить результаты расчета и опыта;

проверить экспериментально действие метода компенсации (см.табл.2.3.)

2.7.Указания по выполнению эксперимента.

Для опытного определения зависимостей I₁(I₂), I₃(I₂), I₂(R₂), P₂(I₂) необходимо

изменять R₂ от 0 до ¥ дискретно, чтобы значений R₂ было не менее 8-10 так как не

все определяемые зависимости линейны. Полученные значения занести в таб. 2.2 Измерить величину холостого хода «U_хх» и занести полученные значения в таб.2.2.

Таблица 2.2

Проверим принцип компенсации:

для проверки принципа компенсации измерить ток J₂ и напряжение DU₂ на

резисторе R₂. При помощи R_перем. подобрать Е₁ [ЭДС компенсации] так, чтобы

величина Е₁ равнялась падению напряжения DU₂ на R₂. Включить в ветвь вместо

резистора R₂ источник питания U₁ так, чтобы ЭДС Е₁ была направлена навстречу

току J₂ и равнялась падению напряжения DU₂.Заполнить таблицу 2.2.

Записав показания миллиамперметров, до [при R₂=….Oм] опыта и после [когда R₂

заменен на E₁=….B] убедиться, что режим в цепи не изменился.

2.8. Указания по обработке результатов измерений и оценке погрешностей.

При обработке результатов необходимо рассчитать относительную

погрешность измерения:

тока в режиме короткого замыкания(I_кз) и напряжения в режиме холостого хода

(U_хх);

тока I₂, напряжения U₂, мощности P₂ при значении R₂=R_вх.

Определение относительной погрешности измерения аналогично изложенному в

описании лабораторной работы N1.

2.9. Указания по оформлению отчета.

Отчет о выполнении лабораторной работы каждый студент оформляет

индивидуально.

Отчет должен содержать:

схему лабораторного стенда с учетом измерительных приборов и номиналов

элементов и источников питания;

результаты расчетных и экспериментальных данных;

расчет требуемых величин по результатам эксперимента;

построение потенциальной диаграммы;

расчет относительных погрешностей измерений.

2.10. Вопросы для подготовки к собеседованию и контролю.

1. Что понимать под активным и пассивным двухполюсником?

2. Как рассчитать параметры активного двухполюсника (Е_эг, R_вх) по двум

произвольным режимам?

3.Как записывается условие передачи максимальной мощности от активного

двухполюсника к пассивному?

4. Каким уравнением связаны к-ой и i-ой ветвей?

5. Как рассчитываются коэффициенты этого уравнения?

6. Как формулируется принцип компенсации?

2.11. Литература.

1. Л.А.Бессонов. Теоретические основы электротехники. -

М.: Высш.школа. 1996, с.49-55, 60-80.

2. Л.Р.Нейман, К.С.Демирчан. Теоретические основы электротехники.

т.1 - Л.: Энергоиздат, 1981, с.239-242.

3. Буев А.Р., Федоров Е.Е.Методические указания к лабораторной работе.

Активный двухполюсник постоянного тока. Йошкар – Ола, МарГУ, 1996.

4. «Межотраслевые правила по охране труда.» – РД 153–34.0–03.150–00.

2.12. Используемые приборы.

- миллиамперметр;

- вольтметр;

- ваттметр.