Разветвленная цепь постоянного тока лабораторная работа

Лабораторная работа 5 разветвленная нелинейная цепь постоянного тока

Цель работы: экспериментальное получение вольтамперных характеристик нелинейных резистивных элементов, графический расчет разветвленной нелинейной электрической цепи постоянного тока и экспериментальная проверка результатов расчетов.

Оборудование: лабораторный стенд, соединительные провода, лампа накаливания А12 – 1,2 W2*4,6d, резистор 2 Вт 100 Ом, потенциометр ППБ-3А-150 Ом, нелинейный элемент.

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с лабораторной установкой (источник питания, функциональный генератор, измеритель мощности, мультиметр, цифровые амперметры РА1…РА4, наборное поле и минимодули резисторов).

Собрать электрическую цепь для снятия вольтамперных характеристик элементов цепи (рис. 1) и предъявить ее для проверки преподавателю. В качестве регулируемого источника постоянного напряжения использовать минимодуль потенциометра RP1. В качестве амперметра использовать цифровой амперметр в режиме измерения постоянного тока. В качестве вольтметра использовать стрелочный прибор.

Обратить внимание на полярность напряжения на нелинейном элементе R1.

Предъявить схему для проверки преподавателю.

Снять вольтамперную характеристику нелинейного элемента R1. Для этого установить ручку потенциометра RP1 в крайнее левое положение. Включить источник питания (выключатель SA3). Увеличивая плавно выходное напряжение потенциометра RP1 провести необходимые измерения при изменении тока от 0 до 80…100 мА. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить электропитание стенда. Построить вольтамперную характеристику нелинейного элемента.

Источник

3. Лабораторная работа № 3 «Разветвленная цепь постоянного тока»

Проверка на опыте особенностей параллельного соединения резисторов.

Проверка 1-го закона Кирхгофа.

Источник электроэнергии – 1 шт.

Резисторы (100, 80, 30) – 3 шт.

Записать технические характеристики измерительных приборов в таблицу 3.

И зучить и собрать электрическую цепь (рис. 3).

Получив разрешение преподавателя, включить стенд и подать напряжение в схему от источника Е₂ порядка (50-60)В. Для (4-5) значений напряжения [через (10-15)В] показания приборов записать в таблицу 3.

Таблица замеров и расчетов.

По данным таблицы построить графики зависимостей.

Сделать заключение по данной лабораторной работе.

Распределение токов в ветвях при параллельном соединении резисторов.

Подтверждение 1-го закона Кирхгофа.

4. Лабораторная работа № 4 «Измерение потери напряжения в проводах линии»

Установите основные закономерности потери напряжения в проводах при передаче электрической энергии на расстояние.

Записать технические характеристики измерительных приборов в таблицу 4.

Изучить и собрать электрическую цепь (рис. 4).

Получив разрешение преподавателя, включить стенд и подать напряжение в схему от источника Е₂ порядка (90-100)В.

Изменяя число ламп от 0 до 5 записать показания приборов в таблицу 4. Длина линии определяется по одному из значений сопротивления линии R и заданными  и S.

Источник

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Убедиться в справедливости законов Кирхгофа и баланса мощностей для разветвленной электрической цепи.

2. Исследовать возможность применения принципа наложения к анализу электрической цепи с двумя источниками напряжения.

3. На основе полученных результатов убедиться в справедливости принципа взаимности.

Основными законами, используемыми при анализе и расчёте электрических цепей, являются первый и второй законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа . Алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в узле, равна нулю:

Второй закон Кирхгофа . Алгебраическая сумма напряжений на приёмниках любого контура равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом же контуре:

Правило знаков: напряжения и ЭДС, направления которых совпадают с выбранным направлением обхода контура, записывают со знаком плюс, в противном случае – со знаком минус.

Для контуров, содержащих источники токов, уравнения по второму закону Кирхгофа составить нельзя.

В схемах замещения цепей постоянного тока приёмниками являются резистивные элементы, поэтому уравнение по второму закону Кирхгофа можно записать следующим образом:

Принцип наложения (суперпозиции) основан на независимости действия источников энергии: ток в любой ветви схемы равен алгебраической сумме токов, возникающих в этой ветви от действия каждого отдельно работающего источника энергии. Поэтому для решения методом наложения схему разбивают на столько подсхем, сколько в ней источников энергии. В каждой

 Теоретические основы электротехники. Метод. указания полаб. работам

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Краткие теоретические сведения

подсхеме оставляют только один источник энергии. Остальные источники ЭДС закорачивают, источники тока разрывают. Полученные подсхемы решают методом эквивалентных преобразований. Токи в схеме вычисляют алгебраическим суммированием токов подсхем.

Принцип взаимности , применимый для электрических цепей с одним источником электрической энергии, заключается в следующем: если ЭДС Е ветви m вызывает ток I к в ветви к, то эта же ЭДС Е , действуя в ветви k , вы-

зовет в ветви m ток I m , равный I к .

1. Три проволочных реостата.

2. Три амперметра постоянного тока.

3. Вольтметр для измерения постоянного напряжения.

1. Начертить схему замещения разветвлённой цепи постоянного тока, имеющую два узла, с двумя источниками и тремя приёмниками энергии.

2. Составить систему уравнений для электрической схемы замещения на основании законов Кирхгофа.

3. Составить уравнение баланса мощностей исследуемой цепи.

4. Начертить подсхемы с одним источником энергии для расчета токов методом наложения.

5. Записать эквивалентные сопротивления подсхем в общем виде.

6. Рассчитать токи исходной схемы по принципу наложения, если

Е 1 = 10 В, R 1вн = 5 Ом, R 1 = 15 Ом, Е 2 = 20 В, R 2вн = 10 Ом, R 2 = 20 Ом,

Источник

Лабораторная работа № 1 Исследование разветвлённой цепи постоянного тока

Экспериментальная проверка предварительно рассчитанных токов и потенциалов разветвлённой электрической цепи, а также определение параметров активного двухполюсника. Построение потенциальных диаграмм. Сопоставление результатов предварительного расчёта с экспериментом.

Краткие теоретические сведения

Фундаментальными законами для электрических цепей постоянного тока являются законы Ома и Кирхгофа.

Ток (с выбранным расчётным положительным направлением) на любом участке электрической цепи (ограниченном зажимами ab), содержащем резисторы и идеальные источники ЭДС, определяется по закону Ома для участка цепи с ЭДС

(2.1)

где U_ab=φ_a—φ_b – напряжение (или разность потенциалов между зажимами рассматриваемого участка), направление которого совпадает с выбранным расчётным положительным направлением тока, в противном случае напряжение берётся со знаком (-); ΣE_n – алгебраическая сумма ЭДС, действующих на рассматриваемом участке, причём каждая из ЭДС, направление которой совпадает с принятым расчётным положительным направлением тока, записывается со знаком (+), и со знаком (–) в противном случае; ΣR_k – арифметическая сумма сопротивлений всех резисторов на рассматриваемом участке.

Согласно первому закону Кирхгофа, алгебраическая сумма токов влюбом узле электрической цепи равна нулю. Для цепей постоянного тока он записывается в виде

где токи, направленные к узлу, записываются с противоположным знаком по сравнению с токами, направленными от узла.

Второй закон Кирхгофа является следствием равенства нулю циркуляции вектора напряжённости электрического полявдоль любого замкнутого контура длинойl в безвихревом поле

.

Для цепей с различными источниками электрической энергии и резистивными элементами второй закон Кирхгофа формулируется следующим образом: алгебраическая сумма ЭДС в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений в нём, т.е.

(2.3)

В этом уравнении со знаком (+) записывают те слагаемые, положительные направления, которых совпадают с произвольно выбранным направлением обхода контура, и со знаком (–) противоположно направленные. При этом по второму закону Кирхгофа составляются уравнения для независимых контуров. Для планарных схем достаточным условием определения независимых контуров является наличие в каждом из них хотя бы одной ветви, не входящей в другие контуры.

Методика расчета токов в электрической цепи с использованием законов Кирхгофа предполагает определение количества совместно решаемых уравнений, составленных по первому k_Iи второму k_IIзаконам

, ,

где n_у – количество узлов, аn_в – количество ветвей (не содержащих источников тока) в электрической схеме. Так для определения токов в разветвленной электрической цепи с одним источником ЭДС (рис.2.1) необходимо составить три уравнения

,:

Метод контурных токов позволяет уменьшить число совместно решаемых уравнений до и основан на применении второго закона Кирхгофа. Методика расчёта предполагает ввод в исследуемую электрическую цепь вместо действительных токов т.н. контурных токов, замыкающихся по независимым контурам. Их направление выбирают произвольно. Правило знаков при составлении уравнений такое же, как и для уравнении, составляемых по второму закону Кирхгофа. Действительные токи в каждой ветви определяют по первому закону Кирхгофа, как алгебраическую сумму контурных токов. Таким образом, решение поставленной задачи для схемы рис.2.1 примет вид:

; ;.

Для определения тока в одной из ветвей электрической цепи удобно использовать метод эквивалентного источника или, как его еще называют, «метод эквивалентного генератора» (согласно теореме об активном двухполюснике). При этом неизвестный ток в одной из ветвейопределяют, как

, где

Uxx— напряжение на зажимах разомкнутой ветви;R_вх— эквивалентное сопротивление пассивного двухполюсника (всеисточники электрической энергии отключены) по отношению к зажимам разомкнутой ветви;R_н– сопротивление ветви, в которой нужно определить ток.

Распределение потенциала вдоль контура можно наглядно представить в виде потенциальной диаграммы, которая представляет собой зависимость потенциала φ от сопротивления R. Пример построения потенциальной диаграммы для контура DABCD электрической схемы (рис.2.1) представлен на (рис.2.2). Здесь R_BH— внутреннее сопротивление ЭДС Е. Из рис.2.2 очевидно, что при правильном соблюдении масштабов mφ потенциала и m_R сопротивления можно определить ток в каждой ветви исследуемой схемы.

Uxx— напряжение на зажимах разомкнутой ветви; R_вх— эквивалентное сопротивление пассивного двухполюсника (все источники электрической энергии отключены) по отношению к зажимам разомкнутой ветви; R_н– сопротивление ветви, в которой нужно определить ток.

Распределение потенциала вдоль контура можно наглядно представить в виде потенциальной диаграммы, которая представляет собой зависимость потенциала φ от сопротивления R. Пример построения потенциальной диаграммы для контура DABCD электрической схемы рис.2.1 представлен на рис.2.2. Здесь R_BH— внутреннее сопротивление ЭДС Е. Из рис.2.2 очевидно, что при правильном соблюдении масштабов mφ потенциала и m_R сопротивления можно определить ток в каждой ветви исследуемой схемы.

Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями по работе.

Нарисовать схему рис.2.1. и табл.2.1.

Используя значения сопротивлений для стенда, на котором бригада выполняет работу (табл.2.2.), рассчитать токи по законам Кирхгофа. ПринятьR_вн=100 Ом.

Рис. 2.2.

Источник