Описание лабораторной установки

Исследование электрической цепи производится на установке постоянного тока, состоящей из трех ветвей с двумя источниками напряжения. В качестве первого источника Е₁ , R_вн1 используется выпрямитель. Второй источник Е₂ , R_вн2 - аккумуляторная батарея. При этом ЭДС источника Е₁ больше ЭДС Е₂ батареи. На рис.6 приведена принципиальная схема электрической установки. Все резисторы проволочные. Измерительные приборы – вольтметр V и амперметры А₁ , А, А₂ - 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 Е₂ , R_вн2 .

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 Е₁ и Е₂ производится вольтметром V при нулевом положении переключателей П1 и П2 (опыт 1). Измерение напряжения U₁ на зажимах первого источника производится при подключении его в цепь с резисторами R₁ 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 I₁ занести в таблицу (опыт 2). Измерение U₂ и I₂(опыт 3) производится аналогично измерению U₁ и I₁ (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 E₁>U_ав = U_R . Ток совпадает по направлению с E₁. Увеличивая с помощью переключателя П сопротивление резистора R, добиться режима, при котором U_ав >E₂ . Аккумулятор при этом заряжается, ток I₂ направлен встречно E₂ , идет потребление энергии.

Измерить токи во всех ветвях и напряжения на резисторах R , R₁ , R₂ ; результаты измерений занести в таблицу 2 (опыт 1).

Изменяя сопротивление R, добиться условия U_ав = E₂ , при этом ток

I₂ = 0. Это режим холостого хода батареи E₂. Результаты измерений занести в таблицу 2.

Продолжая уменьшать сопротивление R, выполнить условие U_ав< E₂ . При этом аккумулятор разряжается, ток I₂ совпадает по направлению с E₂ . Данные измерений занести в таблицу 2.

Таблица 1

Измерено	Вычислено
E1 , В	U1 , В	I1 , А	Rвн1 , Ом
E2 , В	U2 , В	I2 , А	Rвн2 , Ом

Таблица 2

№	Опыт	Измерено	Вычислено
I1 ,А	I2 ,А	I , А	UR , B	UR1, B	UR2, B	R , Ом	R1 , Ом	R2 , Ом
	Uав > E2
	Uав = E2
	Uав < E2

Таблица 3

Измерено	Вычислено
Uавхх , В	Iкз , А	Rвхав , Ом

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_вн1 и к = 2 для подсчета R_вн2 .

По данным опытов п.4 рассчитать сопротивления R₁ , R₂ и R. Результаты занести в таблицу 2.

7. По экспериментально определенным значениям E₁, E₂ , R_вн1, R_вн2, R₁, R₂ , 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.