5.1.2 Энергетические процессы в активном двухполюснике, режимы работы

При анализе процессов, происходящих в цепи активного двухполюсника и условий передачи энергии от него к нагрузке, выделяют следующие режимы работы:

1) Режим холостого хода (), при котором потребитель отключен, ток через выделенные зажимы отсутствует, напряжение на разомкнутых зажимах наибольшее.

2) Режим короткого замыкания (), при котором выделенные зажимы замкнуты накоротко, напряжение на них равно нулю, в цепи протекает ток короткого замыкания.

3) Согласованный режим (), при котором сопротивление нагрузки равно входному сопротивлению активного двухполюсника. В этом случае нагрузке передается наибольшая полезная мощность при коэффициенте полезного действия (КПД) равном 0,5.

4) Оптимальный режим (), в котором обеспечиваются наилучшие условия передачи энергии от активного двухполюсника нагрузке. КПД здесь может достигать значений 0,950,97.

Для анализа вышеуказанных режимов работы цепи можно использовать схему замещения двухпроводной линии электропередач, представленную на рисунке 7. Здесь элементы символизируют сопротивления проводов линии, и — напряжения в начале и в конце линии. Определим мощность потерь и КПД линии формулами

,     , (4)

где — мощность в начале линии, — мощность в конце линии. Поскольку , , то из формул (4) следует

,     . (5)

Рисунок 7 – Схема замещения двухпроводной линии электропередач активным

двухполюсником

Величины , , , , и называются энергетическими характеристиками линии электропередач.

5.2 Пояснения к лабораторной установке

Лабораторная работа выполняется на универсальном лабораторном стенде. Источник ЭДС представляет собой выпрямительный мост, запитанный от сети переменного тока с напряжением в 36 В, источники ЭДС и — мосты, запитанные через лабораторный автотрансформатор, позволяющий плавно изменять величину подводимого напряжения в пределах (080) В. В качестве сопротивлений используются проволочные реостаты, в качестве сопротивления нагрузки (при моделировании линии электропередач) — переменный резистор, расположенный на стенде. Токи в ветвях цепи измеряются с помощью амперметров , , , установленных на стенде, напряжения — с помощью внешнего вольтметра со щупами или с помощью вольтметров , , также установленных на стенде. Переключатели , и позволяют выключать из цепи источники , и соответственно

5.3 Порядок выполнения работы

5.3.1 Экспериментальная проверка теоремы об эквивалентном генераторе

1) Для схемы рисунка 8 теоретически рассчитать параметры активного двухполюсника , (, ) и ток в выделенной ветви. Значения сопротивлений пассивных участков цепи , , , , и внутренних сопротивлений , источников ЭДС , взять из предыдущей лабораторной работы (величины , , , , и , соответственно). Значение ЭДС принять равным 36 В, значение ЭДС и фрагмент цепи для расчета тока (выделенный участок) указывает преподаватель или лаборант. Для расчетов использовать формулы (1). Результаты вычислений занести в таблицу 1.

Рисунок 8 – Схема цепи для экспериментальной проверки теоремы об эквивалентном

генераторе

Таблица 1 – Результаты теоретического расчета параметров эквивалентного генератора и

токов в ветвях схемы

Результаты измерений

Результаты расчетов

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

В

Ом

А

См

А

А

А

А

2) Зная ток , рассчитать остальные токи цепи , , , принимая за положительные направления этих токов направления, указанные на схеме рисунка 8. Для расчетов использовать любые методы анализа цепей постоянного тока. Результаты вычислений оформить в таблицу 1.

3) Установив с помощью автотрансформатора заданное значение ЭДС , по схеме рисунка 8 собрать электрическую цепь для экспериментальной проверки теоремы об эквивалентном генераторе (монтаж схемы производить при отключенных источниках питания). Значения ЭДС и записать в таблицу 2.

Таблица 2 – Данные измерений и результаты расчетов параметров эквивалентного

генератора и токов в ветвях схемы

Результаты измерений							Результаты расчетов
,	,	,	,	,	,	,	,	,	,
В	В	А	А	А	В	А	Ом	См	А

4) Измерить токи в цепи в режиме нагрузки. Результаты измерений занести таблицу 2.

5) Отключив выделенную ветвь от остальной части цепи, в режиме холостого хода измерить напряжение на зажимах образовавшегося активного двухполюсника.

6) Закоротив зажимы активного двухполюсника, произвести измерение тока короткого замыкания . Результаты измерений величин и занести в таблицу 2.

7) Из опытов холостого хода и короткого замыкания определить параметры эквивалентного источника и , а также ток в выделенной ветви . Для расчетов использовать формулы (2), (3). Результаты вычислений оформить в таблицу 2.

8) Сравнить результаты теоретического расчета параметров эквивалентного генератора и токов в цепи (таблица 1) с аналогичными экспериментальными результатами из таблицы 2. Сделать вывод.