Исследование зависимости при .

10. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

11. Нажмите на рабочем поле кнопку Следующий (>>) и измените схему на плате в соответствии с рисунком 1.24.

Рисунок 1.24

12. Представьте собранную схему для проверки преподавателю. После проверки установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение I (включен).

13. Чтобы начать измерения нажмите на панели управления (рисунок 1.23) кнопку (1) Старт/Стоп, затем поставьте галочку в поле (3) Смещ. 0.

14. Вращая ручку потенциометра х100 Ом на плате, установите переменное сопротивление в положение «0». Введите в поле значения R1 на рабочем поле величину полного сопротивления цепи – 100 Ом.

15. Вращая ручку VPS+ на рабочем поле, установите соответствующее заданному преподавателем варианту (N) напряжение, в соответствии с таблицей 1.3.

Таблица 1.3 – Варианты (N) для эксперимента

16. Потенциометром x100 Ом пошагово увеличивайте сопротивление цепи (от 100 до 1000Ом, с шагом 100 Ом). На каждом шаге вводите в поле значения величину получившегося сопротивления цепи и, нажимая Запись, фиксируйте показания приборов. При этом проверяйте запись данных измерительных приборов в файл MS Excel.

17. По окончании переведите потенциометр х100 Ом в положение «0» и нажмите Новый график.

18. Повторите пп.14 - 16 для разных значений напряжения, отличных от заданного преподавателем согласно варианта (см. таблица 1.3).

19. При этом проверяйте запись данных измерительных приборов в файл MS Excel. По окончании сохраните файл MS Excel. Данные этого файла будут необходимы при подготовки отчета о лабораторной работе.

20. Нажмите Стоп.

21.Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

2 эксперимент: «Законы Кирхгофа». Приборы и компоненты:

1. Сопротивления (зона резисторов на плате);

2. Источники напряжения (Е1, Е2);

3. Амперметры (A1, A2, A3);

4. Вольтметры (V1, V2, V3).

Подготовка к проведению эксперимента

1. Закрыть Панель управления, нажав на крестик в правом верхнем углу. В результате будет доступно Главное меню (рисунок 1.20).

2. Из главного меню двойным щелчком выберите эксперимент «Законы Кирхгофа ». Нажмите кнопку Следующий (>>) на панели инструментов. Откроется заранее подготовленное в соответствии с рисунком 1.25 изображение электрической схемы лабораторной работы с установленными на ней полями компонентов и приборов.

Рисунок 1.25

3. Соберите на плате цепь в соответствии со схемой, показанной на рисунке 1.25. Установите номиналы сопротивлений, соответствующие заданному преподавателем варианту (N) (см. таблицу 1.4). К узлу а – следует присоединить концы амперметров с одинаковой полярностью.

Примечание. При сборке схемы внимательно соблюдайте полярность амперметров, вольтметров, источников ЭДС и тока.

Таблица 1.4 – Варианты (N) для эксперимента «Законы Кирхгофа»

4. Введите в поле изображенное на рисунке 1.25 значение R (Ом) согласно заданному варианту таблицы 1.4.

5. Представьте собранную схему для проверки преподавателю. После проверки приступать к выполнению эксперимента «Закон Кирхгофа».

Пошаговый порядок выполнения эксперимента «Законы Кирхгофа».

Первый закон Кирхгофа.

1. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение I (включен). Загорятся светодиод Питание на плате и индикатор включения питания на панели NI ELVIS II.

2. Чтобы начать измерения нажмите на панели управления (рисунок 1.23) кнопку (1) Старт/Стоп, затем поставьте галочку в поле (3) Смещ. 0.

3. Установите соответствующие заданному преподавателем варианту (см. таблицу 1.4) значения источников напряжения, Е1: + Е (VPS+) и Е2: -Е (VPS-). Приборы А1, А2, А3 покажут токи в исследуемой цепи. Нажмите Запись. Затем нажмите кнопку (8) панели управления (рисунок 1.23), откроется файл MS Excel. Необходимо убедитесь в том, что в указанный файл были записаны данные измерительных приборов. Данные этого файла будут необходимы при подготовки отчета о лабораторной работе.

4. Нажмите Стоп, затем Новый график.

Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

Второй закон Кирхгофа.

5. Щелчком по кнопке Следующий (>>) на рабочем поле откройте новую схему (рисунок 1.26).

Рисунок 1.26

6. Подключите к схеме вольтметры в соответствии со схемой рисунок 1.26.

Примечание. При сборке схемы будьте внимательны по отношению к полярности амперметров, вольтметров и источников ЭДС и тока.

7. Представьте собранную схему для проверки преподавателю.

8. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение I (включен). Загорятся светодиод Питание на плате и индикатор включения питания на панели NI ELVIS II.

9. Чтобы начать измерения нажмите на панели управления (рисунок 1.23) кнопку (1) Старт/Стоп, затем поставьте галочку в поле (3) Смещ. 0.

10. Установите соответствующие заданному преподавателем варианту (см. таблицу 1.4) значения источников напряжения, Е1: + Е (VPS+) и Е2: -Е (VPS-). Приборы А1, А2, А3 и V1, V2, V3 покажут токи и напряжения в исследуемой цепи. Нажмите Запись. Затем нажмите кнопку (8) панели управления (рисунок 1.23), откроется файл MS Excel. Необходимо убедитесь в том, что в указанный файл были записаны данные измерительных приборов. Данные этого файла будут необходимы при подготовки отчета о лабораторной работе.

11. Нажмите Стоп.

12. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

3 эксперимент: «Изучения источника постоянного напряжения». Приборы и компоненты:

1. Резистивные переключатели x10 Ом и x100 Ом;

2. Источник напряжения (+Е);

3. Вольтметр (V1);

4. Амперметр (A1).

Подготовка к проведению эксперимента

1. Закрыть Панель управления, нажав на крестик в правом верхнем углу. В результате будет доступно Главное меню (рисунок 1.20).

2. Из главного меню двойным щелчком выберите эксперимент «Изучения источника постоянного напряжения ». Нажмите кнопку Следующий (>>) на панели инструментов. Откроется заранее подготовленное в соответствии с рисунком 1.27 изображение электрической схемы лабораторной работы с установленными на ней полями компонентов и приборов.

Рисунок 1.27

4. Соберите на плате цепь в соответствии со схемой на рисунке 1.27. Установите номинал внутреннего сопротивления , соответствующий заданному преподавателем варианту (N) в соответствии с таблицей 1.5.

Таблица 1.5 – Варианты (N) для эксперимента

5. Введите в поле значения на рабочем поле лицевой панели величину, соответствующую номиналу установленного на плате резистора, эмулирующего внутреннее сопротивление источника.

6. Установите ручку потенциометра x100 Ом в положение 500 Ом, это значение будет использоваться в качестве сопротивления нагрузки R.

7. Представьте собранную схему для проверки преподавателю.

Пошаговый порядок выполнения эксперимента «Изучения источника постоянного напряжения».

1. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение I (включен). Загорятся светодиод Питание на плате и индикатор включения питания на панели NI ELVIS II.

2. Чтобы начать измерения нажмите на панели управления (рисунок 1.23) кнопку (1) Старт/Стоп, затем поставьте галочку в поле (3) Смещ. 0.

3. Установите напряжение холостого хода (в отсутствие тока нагрузки) равным 10В. Для этого отключите один из проводов от потенциометра R от схемы, вращая ручку Е (VPS+) на рабочем поле, установите значение напряжения 10 В, нажмите Запись, подключите нагрузку R обратно.

4. Для снятия внешней характеристики, вращая ручку потенциометра x100 Ом, пошагово увеличивайте сопротивление цепи от 500 до 1000 Ом, с шагом 100 Ом. На каждом шаге, нажимая Запись, записывайте показания приборов А1 и V1 в файл MS Excel. Данные этого файла будут необходимы при подготовки отчета о лабораторной работе.

5. Щелчком по иконке MS Excel откройте файл данных и сохраните его.

6. Нажмите Стоп.

7. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

4 эксперимент: «Изучения источника постоянного тока». Приборы и компоненты:

1. Потенциометры x10 Ом и x100 Ом;

2. Источник тока (+J);

3. Вольтметр (V1);

4. Амперметр (A1).

Подготовка к проведению эксперимента

1. Закрыть Панель управления, нажав на крестик в правом верхнем углу. В результате будет доступно Главное меню (рисунок 1.20).

2. Из главного меню двойным щелчком выберите эксперимент «Изучения источника постоянного тока ». Нажмите кнопку Следующий (>>) на панели инструментов. Откроется заранее подготовленное в соответствии с рисунком 1.28 изображение электрической схемы лабораторной работы с установленными на ней полями компонентов и приборов.

Рисунок 1.28

3. Соберите на плате цепь в соответствии со схемой на рисунок 1.28. Установите номинал внутреннего сопротивления , соответствующей заданному преподавателем варианту из таблицы 1.6.

4. Введите в поле значения на рабочем поле лицевой панели величину, соответствующую номиналу установленного на плате резистора.

Таблица 1.6

5. В качестве сопротивления нагрузки R будет использоваться потенциометр x10 Ом. Установите ручку потенциометра в нулевое положение.

6. Представьте собранную схему для проверки преподавателю.

Пошаговый порядок выполнения эксперимента «Изучения источника постоянного тока».

1. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение I (включен). Загорятся светодиод Питание на плате и индикатор включения питания на панели NI ELVIS II.

2. Чтобы начать измерения нажмите на панели управления (рисунок 1.23) кнопку (1) Старт/Стоп, затем поставьте галочку в поле (3) Смещ. 0.

3. Установите ток короткого замыкания (сопротивление нагрузки равно нулю) равным 10мА.

4. Для снятия внешней характеристики, вращая ручку потенциометра x10 Ом, пошагово увеличивайте сопротивление цепи (от 0 до 50 Ом с шагом 10 Ом). На каждом шаге, нажимая Запись, записывайте показания приборов.

5. Снимите внешние характеристики для двух дополнительных вариантов внутреннего сопротивления, заданных преподавателем.

6. Щелчком по иконке MS Excel откройте файл данных и сохраните его.

7. Нажмите Стоп.

8. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

Обработка экспериментальных данных

Необходимо провести расчёты в соответствии с требованиями раздела пошаговый порядок выполнения экспериментов лабораторной работы.

Для 1 эксперимента необходимо:

1. По данным 1 эксперимента рассчитайте сопротивление на каждом шаге измерения, определите относительную погрешность и среднее значение сопротивления для заданного преподавателем варианта. Результаты расчетов занести в таблицу 1.7.

Таблица 1.7

2. Исходя из полученных значений постройте график при .

3. По данным 1 эксперимента рассчитайте сопротивление на каждом шаге измерения для заданного преподавателем варианта значения напряжения источника . Результаты расчетов занести в таблицу 1.8.

4. Исходя из полученных значений, постройте график I = f (R) при .

Таблица 1.8

Для 2 эксперимента необходимо:

5. По данным эксперимента рассчитайте сумму токов в узлах a и b для заданного преподавателем варианта. Результаты расчетов занести в таблицу 1.9.

Таблица 1.9

6. По данным эксперимента рассчитайте сумму ЭДС и падений напряжений контуров I и II для заданного преподавателем варианта. Результаты расчетов занести в таблицу 1.10.

Таблица 1.10

7. На основании данных из таблицы 1.10 постройте потенциальную диаграмму контура (E1, R1, R3, E2) для заданного преподавателем варианта.

Потенциалы обозначенных в схеме (рисунок 1.26) точек при известных токах определятся следующим образом: .

Для 3 эксперимента необходимо:

8. По данным эксперимента рассчитайте внутреннее сопротивление и падение напряжения для внешней характеристики, заполните таблицу 1.11. Сравните величины номиналов установленных на плате элементов со значениями, рассчитанными на основании экспериментально полученных данных.

Таблица 1.11

9. По данным эксперимента постройте внешнюю характеристику.

Для 4 эксперимента необходимо:

10. По данным эксперимента рассчитайте внутреннее сопротивление для каждой характеристики и заполните таблицу 1.12.

Таблица 1.12

11. Сравните величины номиналов установленных на плате элементов со значениями, рассчитанными на основании экспериментально полученных данных.

Содержание отчета

Каждый студент, выполнивший лабораторную работу, должен оформить отчет и предоставить его преподавателю.

Отчет должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Принципиальные схемы исследуемых цепей.

3. Таблицы экспериментальных и расчетных данных.

4. Графики зависимостей, полученных в результате эксперимента и расчета.

5. Выводы по результатам работы, в которых должна быть дана оценка исследуемых явлений, подтверждение в выполнении законов, объяснение характера кривых.

Отчет должен иметь титульный лист с указанием Ф.И.О. студента, номера группы и даты выполнения работы.

Контрольные вопросы

1. Понятие электрическая цепи, ее элементы, схема замещения и топология электрической цепи: ветвь, контур, узел.

2. Сформулируйте законы Кирхгофа для цепей постоянного тока.

3. Сколько независимых уравнений необходимо составить по первому и второму законам Кирхгофа для определения токов в ветвях?

4. Величины, каких ЭДС и падений напряжений в контурах схемы следует считать положительными, а какие – отрицательными при составлении уравнений по второму закону Кирхгофа?

5. Как производится расчет сложной электрической цепи постоянного тока методом непосредственного применения законов Кирхгофа?

6. Записать уравнения по первому и второму законам Кирхгофа для электрических схем по заданию преподавателя.

7. Каковы основные соотношения при последовательном и параллельном соединении потребителей постоянного тока?

8. Запишите уравнения энергетического баланса для цепей постоянного тока.

9. Что отражает потенциальная диаграмма и ка по ней определяются токи в ветвях электрической цепи?

10. В какой последовательности необходимо откладывать сопротивления резистивных элементов при построении потенциальной диаграммы?

11. Можно ли определить направление тока через резистивный элемент, зная величины потенциалов на его зажимах?

12. Может ли оказаться, что несколько точек электрической цепи имеют нулевой потенциал, если заземлена только одна точка?

13. Изменится ли токораспределение в электрической цепи, если заземлить одну из ее точек?

14. Построить потенциальную диаграмму для контуров электрической цепи по заданию преподавателя.

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме

Основная учебная литература

1. Немцов М.В. Электротехника и электроника (6-е изд., стер.) учебник. –М: Академия, 2013. – 480 с. – ISBN: 9785446804320.

2. Электротехника и электроника: Учебное пособие для вузов / В.В. Кононенко [и др.]; под ред. В.В. Кононенко. – Изд. 6-е – Ростов н/Д: Феникс, 2010. – 784 с. (Серия «Высшее образование». – ISBN 978-5-222-17568-2.

Дополнительная литература

1. Григораш, О. В. Электротехника и электроника: учебник для вузов / О. В. Григораш, Г. А. Султанов, Д. А. Нормов. – Ростов-на-Дону: Феникс; Краснодар: Неоглори, 2008. – 462 с. – (Высшее образование). – ISBN 978-5-222-13949-3.

2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Углубленный курс. Учебник для бакалавров. Изд.12, испр., доп., 2014. – 701 с. – ISBN 978-5-9916-3210-2.