Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Основные теоретические положения

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Цель работы: исследовать свойства активных и пассивных элементов электрической цепи;

экспериментально подтвердить законы Ома и Кирхгофа, баланс мощностей в резистивных цепях постоянного тока;

провести анализ соотношений для эквивалентных преобразований в цепях постоянного тока.

Основные теоретические положения

Расчетными эквивалентами источников электрической энергии в теории электротехники являются источник ЭДС – Е или источник тока – Iт.

Графически Э.Д.С. изображают стрелкой в кружке. Направление стрелки совпадает с направлением сторонних сил. Перемещение заряда определяет ток источника. Прохождение тока сопровождается потерями на на- грев источника. Количественно потери удобно определять внутренним сопротивлением Rвн. Поэтому условное графическое обозначение источника Э.Д.С. представляет последовательное включение Э.Д.С. Е и внутреннего сопротивления Rвн (рис. 2.1.1).

На рисунке символами 1 – 1′ обозначены зажимы источника. Разность потенциалов на зажимах источника называется напряжением U[B]. Стрелками показаны положительные направления тока и напряжения. Когда ключ К разомкнут, ток в цепи равен нулю и напряжение на зажимах источника равно Э.Д.С. Замкнем ключ К. В цепи возникнет ток

 
 

. (2.1.1)

При этом напряжение на зажимах источника станет равным

. (2.1.2)

Зависимость напряжения U на зажимах источника от тока I изображена на рис. 2.1.2, а. С увеличением тока напряжение на зажимах источника уменьшается. ВАХ источника Э.Д.С. представляет прямую линию, наклоненную к оси токов под углом a, причем

a = arctg Rвн.

Если у источника Э.Д.С. Rвн = 0, то его ВАХ имеет вид прямой, параллельной оси токов (рис. 2.1.2, б). Такой источник называют идеальным. Напряжение на зажимах такого источника не зависит от тока.

Если у некоторого источника увеличивать Е и Rвн до бесконечности, то его ВАХ примет вид рис. 2.1.2, в. Такой источник питания называют источником тока. Ток такого источника IT определяется отношением

(2.1.3)

.

и не зависит от сопротивления нагрузки, так как Rвн >> Rн. Реальный источник тока имеет конечные значения Е и Rвн, а его условное графическое обозначение приведено на рис. 2.1.2, г.

Пассивными называют приемники, в которых под действием приложенного напряжения не возникает Э.Д.С. ВАХ пассивных приемников проходят через начало координат. При отсутствии напряжения ток этих элементов равен нулю.

Основной характеристикой пассивных элементов является сопротивление. Пассивные элементы, сопротивление которых не зависит от приложенного напряжения, называются линейными. Реально таких элементов не существует. Но весьма близки к ним резисторы, реостаты, лампы накаливания и др. Зависимость напряжения от тока в таких элементах определяется законом Ома, т.е. U = IR, где R – сопротивление элемента. Эта зависимость не меняется, если напряжение и ток – переменные.

К приемникам электрической энергии относятся емкостные и индуктивные элементы. Ток и напряжение, приложенное к этим элементам связаны интегро-дифференциальными уравнениями:

. (2.1.4)

. (2.1.5)

. (2.1.6)

. (2.1.7)

В (2.1.5) и (2.1.7) U0 и I0 начальные напряжение и ток соответственно.

Все электрические цепи подчиняются законам Ома и Кирхгофа. Краткая информация об этих законах заключается в следующем.

Закон Ома для участка цепи без Э.Д.С. устанавливает связь между током и напряжением на этом участке

или . (2.1.8)

Закон Ома для участка цепи, содержащего Э.Д.С., позволяет найти ток этого участка

. (2.1.9)

здесь а, б - крайние точки участка; Е – значение Э.Д.С.

В (2.1.9) знак «плюс» ставится при совпадении направления тока, протекающего по участку, с направлением Э.Д.С.

Первый закон Кирхгофа имеет две формулировки.

1. Сумма токов, протекающих через любой узел, равна нулю.

2. Сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из него.

Второй закон Кирхгофа можно сформулировать так:

Алгебраическая сумма падений напряжения в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме Э.Д.С. вдоль этого контура, т.е.

В каждую из сумм слагаемые входят со знаком «плюс», если они совпадают с направлением обхода контура.

В любой электрической цепи должен соблюдаться баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников электрической энергии равна алгебраической сумме мощностей всех приемников

или

При учете внутренних сопротивлений Rвн источников мощность каждого источника уменьшается на мощность потерь .

Мощность источника следует считать положительной и записывать в уравнении баланса мощностей со знаком (+), если положительное направление тока Iист совпадает с направлением ЭДС. В противном случае эту мощность следует считать отрицательной и записывать со знаком (-).

Условные обозначения элементов электрических цепей, применяемые в различных странах различны. Сопоставление обозначений некоторых элементов приведены в таблицах 2.1.1, 2.1.2.

Таблица 2.1.1. Обозначения и свойства идеальных источников питания

 

Задание на лабораторную работу

1. Снять ВАХ идеального и реального источников постоянной ЭДС, используя вольтметр и амперметр.

2. Снять ВАХ идеального и реального источников постоянной ЭДС, используя осциллограф.

3. Выполнить исследование свойств индуктивности и емкости.

4. Выполнить экспериментальную проверку закона Ома.

5. Провести экспериментальное подтверждение законов Кирхгофа.

6. Проверить соблюдение баланса мощностей.

7. Проверить соблюдение соотношений для последовательного и параллельного соединения резисторов.

 

Методические указания

1. Соберите схему по рис. 2.1.3.

Размыкая и замыкая перемычки у резисторов измерьте ток и напряжение. Результаты измерений сведите в таблицу. Постройте ВАХ идеального источника ЭДС.

Измените схему в соответствии с рис. 2.1.4.

Выполните измерения и постройте ВАХ реального источника ЭДС.

2. Соберите схему по рис. 2.1.5.

Схема позволяет автоматизировать процесс снятия ВАХ идеального источника ЭДС с помощью осциллографа, работающего в режиме характериографа. В этом случае дополнительный источник синусоидального напряжения обеспечивает протекание различных значений тока через источник идеальной ЭДС, а внешняя характеристика изображается непосредственно на экране. Снимите характеристики всех источников ЭДС этим методом и зарисуйте.

Измените схему в соответствии с рис. 2.1.6.

Повторите измерения по предыдущему варианту. В выводах поясните отличие результатов.

3. Для исследования свойств индуктивности соберите схему в соответствии с рис. 2.1.7.

 

В этой схеме используется идеальный источник напряжения, управляемый током. Внутреннее сопротивление источника один Ом, поэтому напряжение на выходе пропорционально току, причем коэффициент пропорциональности равен единице. Значение индуктивности установите по заданию преподавателя.

Соотношения между током и напряжением в катушке индуктивности исследуются при подаче последовательности разнополярных прямоугольных импульсов напряжения. Получите осциллограммы тока и напряжения на катушке индуктивности. Используя расширенную модель осциллографа см. рис.2.1.8) выполните необходимые измерения и по формуле (2.1.6) и определите величину индуктивности.

Приведите графики, расчеты и погрешности экспериментальной оценки индуктивности.

Для исследования свойств емкости соберите схему по рис.2.1.9.

Соотношения между током и напряжением в конденсаторе исследуются подачей последовательности разнополярных прямоугольных импульсов тока. В схеме рис. 2.1.9 функциональный генератор, источник тока, управляемый напряжением и резистор R = 1Мом образуют идеальный источник импульсов тока. Источник напряжения, управляемый током обеспечивает возможность измерять амплитуду импульсов тока осциллографом.

В процессе исследования получите осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе и зарисуйте их. По результатам измерений определите величину емкости конденсатора, используя формулу (2.1.4) или (2.1.5). В (2.1.5) следует полагать U0 = 0, t = T/2, причем Т -длительность периода напряжения функционального генератора. Следует также учитывать, что ic(t) на интервале интегрирования от времени не зависит.

4. Для экспериментальной проверки закона Ома соберите схему по рис.2.1.10. Напряжение источника и положение движка потенциометра R1 могут быть произвольными.

 

 

По результатам измерения тока и напряжений на каждом из резисторов вычислите значение сопротивлений резисторов R1- R5, рассчитайте мощность, потребляемую цепью от источника и мощности, рассеиваемые на каждом резисторе. Сравните результаты вычислений с истинным значением сопротивлений, проверьте выполнение второго закона Кирхгофа, выполнение баланса мощностей. Результаты измерений и вычислений сведите в таблицу и сделайте вывод о точности эксперимента.

Используя элементы из поля источников постройте измеритель мощности. Выполните измерения мощности, рассеиваемой на каждом резисторе, сравните результаты с вычислениями и оцените погрешности.

Составьте самостоятельно и соберите схему для проверки первого закона Кирхгофа. Выполните исследования, аналогичные предыдущим.

 

 

Вопросы

1. Дайте определение линейной электрической цепи.

2. Чему равно внутреннее сопротивление идеального источника ЭДС?

3. Чему равно внутреннее сопротивление идеального источника тока?

4. Чем отличаются неидеальные источники энергии от идеальных?

5. Как осуществить эквивалентное преобразование неидеального источника напряжения в неидеальный источник тока и обратное преобразование?

6. Запишите уравнение закона Ома для участка цепи без источника и с источником напряжения.

7. Приведите определения законов Кирхгофа.

8. Запишите уравнения баланса мощностей.

9. К идеальной катушке индуктивности с нулевым начальным значением тока подключается идеальный источник постоянной ЭДС. Как из графика тока в катушке определить величину индуктивности?

10. К идеальному конденсатору с нулевым начальным напряжением подключается идеальный источник постоянного тока. Как из графика напряжения на конденсаторе определить величину его емкости?

 


<== предыдущая | следующая ==>
За причинами виникнення | Основи і основні поняття корпорації та КІС

Date: 2015-07-22; view: 630; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.009 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию