Лабораторная работа № 1 изучение лабораторного стенда по электротехнике

Цель работы: Экспериментальная проверка метода эквивалентных преобразований двухполюсников.

Домашнее задание.

1. Запишите формулы эквивалентных преобразований пассивных двухполюсников.

2. Составьте схему замещения электрической цепи постоянного тока на примере электрической цепи, приведенной на рис. 1, и методом свертки - развертки определите ток источника напряжения и токи в других участках цепи, используя выражение для делителя тока. Определите напряжения на всех участках цепи.

Рис. 1

Краткие теоретические сведения

Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которых описываются понятиями тока, напряжения и ЭДС.

Двухполюсником называется часть электрической цепи, рассматривая относительно двух выделенных зажимов, обозначаемых буквами, например, зажимы a и b.

Если двухполюсник не содержит источников электрической энергии или эти источники в нем учитываются своими внутренними сопротивлениями, то такой двухполюсник называется пассивным. Если в двухполюснике присутствуют источники электрической энергии, то такой двухполюсник является активным.

Для определения токов и напряжений на участках цепи пользуются электрическими схемами замещения. Схема замещения электрической цепи описывает происходящие в цепи электромагнитные процессы при определенных допущениях. С учетом различных допущений одной и той же электрической цепи можно поставить в соответствие несколько схем замещения.

На схемах замещения электрической цепи источники электрической энергии могут быть представлены идеализированными активными элементами, а именно источниками напряжения и источниками тока.

В идеальном источнике напряжения напряжение на зажимах источника не зависит от тока, проходящего через источник. Напряжение на зажимах источника равно ЭДС. Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю.

В идеальном источнике тока ток, проходящий через источник, равен току источника тока, и не зависит от напряжения на его зажимах. Внутреннее сопротивление источника тока стремится к бесконечности.

На участке схемы замещения электрической цепи резистивные элементы, сокращенно R - элементы, учитывают необратимые процессы преобразования электрической энергии в другие виды энергии, например, тепловую, механическую и другие виды

На участке схемы замещения электрической цепи индуктивные (сокращенно L – элементы) и емкостные (сокращенно C - элементы) учитывают обратимые процессы преобразования электрической энергии, связанные с накоплением и убылью энергии соответственно магнитного и электрического полей.

В цепи постоянного тока L – элементы току не оказывают сопротивления, поэтому на участке схемы замещения цепи они заменяются проводниками с сопротивлением равным нулю.

В цепи постоянного тока C – элементы для тока представляют бесконечно большое сопротивление, поэтому на участке схемы замещения цепи они моделируют собой обрыв цепи, то есть ветви с такими элементами на схеме замещения цепи не наносятся.

Пассивные L и C – элементы являются атрибутами цепей переменного тока, поскольку они, находясь на участке электрической цепи, оказывают сопротивление переменному току.

Под эквивалентными преобразованиями двухполюсников понимается такая эквивалентная замена, если при одинаковых токах через элементы напряжения на их зажимах также будут равны.

Эквивалентная замена двух последовательно включенных сопротивлений:

Эквивалентная замена двух параллельно включенных сопротивлений:

Замена двух последовательно включенных источников ЭДС:

(сумма алгебраическая).

Замена двух параллельно включенных источников тока:

(сумма алгебраическая).

Замена неидеального источника тока неидеальным источником ЭДС

, .

Формула для обратной замены

, ,

где - внутреннее сопротивление источника ЭДС,- внутренняя проводимость источника тока.

Формула для вычисления напряжения на одном из плеч делителя напряжения (на резисторе ):

Формула для вычисления тока через одно из плеч делителя тока (через резистор ):

,

где - ток на неразветвленном участке цепи.

Рабочее задание.

1. Ознакомиться с комплексным лабораторным стендом для исследования электрических и электронных цепей. Установить съемную панель на лабораторном стенде (рис. 2).

Рис. 2

2. Собрать схему согласно рис. 3. Определить методом амперметра и вольтметра сопротивления участков электрической цепи R1 - R5 и эквивалентное сопротивление цепи относительно зажимов источника. Определить расчетом эквивалентное сопротивление цепи и сопоставить его с измеренным значением.

Рис. 3.

3. Собрать рабочую схему варианта (по указанию преподавателя) согласно рис. 4. Измерить методом амперметра и вольтметра эквивалентное сопротивление цепи относительно зажимов источника питания. Сопоставить измеренное значение эквивалентного сопротивления с расчетом цепи методом эквивалентных преобразований пассивного двухполюсника, используя в качестве исходных данных измеренные значения сопротивлений участков цепи в пункте 2 рабочего задания.

4. Продолжить эксперимент пункта 3 рабочего задания, измерив вольтметром напряжения на всех участках цепи, а также измерив амперметрами ток на неразветвленном участке цепи и ток в другой ветви. Провести косвенные измерения значений токов на участках электрической цепи, используя выражение закона Ома.

5. Сопоставить результаты измеренных значений токов в ветвях электрической цепи по данным пункта 3 рабочего задания с расчетными значениями, полученными методом эквивалентных преобразований (методом свертки – развертки электрической цепи). При определении токов в параллельных ветвях воспользоваться выражением делителя тока.

а) б)

в) г)

д) е)

ж) з)

и) к)

Рис. 4.

Вопросы к защите

1. Определить входное сопротивление цепи (рис. 5).

а­ б

в г

д­ е

Рис. 5.

2. Мостом постоянного тока производят измерения сопротивления резистора (рис. 6). Для измерения сопротивления в диагональ моста включен индикатор нуля (гальванометр). При этом получены следующие значения сопротивления плеч моста при его уравновешивании: R₁ = 136 Ом, R₂ = 1 кОм, R₃ = l00 Ом. Определить измеряемое сопротивление и наибольшую абсолютную погрешность измерения, если класс точности моста равен единице.

3. К источнику постоянного тока подключен пассивный приемник. Внешняя характеристика источника задана графиком (рис. 7). Определить режим работы, при котором в нагрузке выделяется максимальная мощность. Как при этом, используя характеристику (рис. 7), вычислить внутреннее сопротивление источника?

Рис. 6 Рис. 7

4. Как изменятся показания приборов в электрической цепи (рис. 8) после включения выключателя?

5. Как будут изменяться показания приборов в электрической цепи (рис. 9), если движки реостата одновременно перемещать из средних положений влево?

Рис. 8 Рис. 9.