Краткие теоретические положения

Источник питания постоянного тока характеризуется двумя основными параметрами: внутренним сопротивлением R_вн и электродвижущей силой (Э.Д.С.) Е. Схема замещения источника постоянного тока представлена на рис. 2.1.

В настоящей работе исследование источника постоянного тока производится на модели, принципиальная схема которой предоставлена на рис. 2.2. На модели Э.Д.С. источника постоянного тока представляется напряжением распределительной сети постоянного тока, а внутреннее сопротивление – сопротивлением реостата R_вн.

Напряжение на зажимах источника постоянного тока равно:

U = E - I·R_вн (2.1)

причем эд.с. не зависит от тока нагрузки.

График зависимости напряжения источника постоянного тока U от тока нагрузки I называется внешней характеристикой источника.

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника постоянного тока:

ΔU = I·R_вн (2.2)

Потери мощности на внутреннем сопротивлении источника постоянного тока:

ΔР = I²·R_вн, (2.3)

или

ΔР = Р₁ - Р₂, (2.4)

где Р₁ = EI – мощность, развиваемая источником постоянного тока;

Р₂ = UI – мощность, выделяемая в нагрузке источника постоянного тока (в лабораторной работе она измеряется ваттметром).

Коэффициент полезного действия источника постоянного тока:

100%. (2.5)

Рис. 2.1. Схема замещения источника
постоянного тока

Рис. 2.2. Модель источника
постоянного тока

Описание лабораторного оборудования

Автоматический выключатель с выводами клемм напряжения, штепсельный разъем и реостаты смонтированы на стенде. Измерительные приборы – вольтметр, амперметр и ваттметр – настольного типа. В качестве нагрузки используются реостаты R₁ и R₂.

Объем и методика проведения исследования

Объем исследований включает монтаж электрической цепи, подключаемой к распределительной сети постоянного тока и измерение тока, напряжения, мощности при различных сопротивлениях реостатов нагрузки.

Принципиальная схема установки с электроизмерительными приборами приведена на рис. 2.3.

Порядок выполнения работы

5.1.1. Ознакомиться с оборудованием и приборами экспериментальной установки. Выбрать приборы по роду тока и ориентировочным значениям измеряемых величин, исходя из номинальных параметров элементов лабораторного стенда.

5.1.2. Произвести монтаж электрической цепи по принципиальной схеме рис. 2.3.

5.1.3. Определить цену деления вольтметра, амперметра и ваттметра.

5.1.4. Получить разрешение на подключение цепи к распределительной сети постоянного напряжения.

5.1.5. Установить максимальное сопротивление реостатов R₁ и R₂, а затем вынуть штепсельный разъем Х и измерить величины, приведенные в таблице 3. Эти измерения соответствуют опыту холостого хода.

5.1.6. Установить штепсельный разъем на место и, изменяя сопротивление реостатов R₁ и R₂ семь раз (в последнем положении реостаты R₁ и R₂ должны быть полностью выведены, т.е. их сопротивление равно нулю, что соответствует опыту короткого замыкания), измерить величины, приведенные в таблице 3.1.

5.1.7. Представить полученные результаты экспериментальных исследований преподавателю и получить разрешение на демонтаж электрической цепи.

5.1.8. Обработать результаты исследований и оформить отчет.

Рис. 2.3. Принципиальная схема лабораторной установки

Таблица 3.

Результаты экспериментальных исследований
и результаты расчета

№№ опытов	Результаты измерений	Результаты вычислений
I	U	P2	P1	ΔP	ΔU	η	E
Дел.	А	Дел.	В	Дел.	В	Вт	Вт	В	%	В
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Контрольные вопросы

6.1. Охарактеризуйте режимы работы источника постоянного тока: номинальный, согласованный, режим холостого хода и режим короткого замыкания.

6.2. Формулы мощности, развиваемой источником постоянного тока; мощности отдаваемой в нагрузку, т.е. полезной мощности.

6.3. Формула потерь мощности в источнике постоянного тока и формула падения напряжения в источнике.

6.4. Уравнение внешней характеристики источника постоянного тока.

6.5. Формула коэффициента полезного действия источника постоянного тока.

6.6. Найти максимум функции

Р₂ = EI - I²R_вн

6.7. Как определить цену деления вольтметра, амперметра и ваттметра?

6.8. Как определить опытным путем ЭДС источника?

Порядок оформления отчета

7.1. Сформулировать цель и задачи работы.

7.2. Представить принципиальную схему исследуемой цепи.

7.3. Представить в табличной форме результаты экспериментальных исследований и результаты расчета.

7.4. Представить графики зависимостей U(I), P₁(I), P₂(I), ΔP(I), η(I), E(I), ΔU(I), указать на графике характерные точки (холостого хода, короткого замыкания и согласованного режима).

7.5. Представить анализ графиков и выводы по работе.