Отчет по ЛР 2
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего
образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМУПРАВЛЕНИЯ И
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-
вычислительных систем (КИБЭВС)
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЛЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Отчет по лабораторной работе №2 По дисциплине «Электротехника»
Студенты гр. 711-2:
Калинин А.А.
Лучкин Д.В.
Толстолес Е.П.
13.09.22
Руководитель
Преподаватель Семенов А.С.
13.09.22
Томск 2022
1 ВВЕДЕНИЕ
Цель работы: экспериментальная проверка расчетов, проводимых классическими методами (контурных токов, узловых потенциалов, наложения, двух узлов), на примере разветвленной цепи с тремя источниками питания.
2 Основные теоретические положения
Внешний вид лицевой панели макета со схемой электрической принципиальной приведен на рисунке 1. Питание макета осуществляется от сети переменного то ка 220 В, 50 Гц. Макет содержит три регулируемых источника питания и пять нагрузок в виде резисторов. Напряжения источников питания регулируются с помощью потенциометров в диапазоне от 1,5 В до 9 В. Для управления режимами работы источников питания используются три переключателя SA1 ...SA3. В положении переключателя “Е” соответствующий источник включен в цепь; в положении “XX” (холостой ход) источник отключен,
т.е. на его месте образуется разрыв цепи; в положении “КЗ” (короткое замыкание)
источник отключен, а на его месте в цепи организуется закоротка.
Рисунок 1 - Внешний вид лицевой панели макета со схемой электрической принципиальной
Значения сопротивления резисторов приведены в таблице 1.
Таблица 1- Значения сопротивлений резисторов
R1, Ом |
R2, Ом |
R3, Ом |
R4, Ом |
R5, Ом |
|
|
|
|
|
300 |
150 |
150 |
300 |
200 |
|
|
|
|
|
На рисунке 2 изображена электрическая схема. |
|
|||
Рисунок 2 – Электрическая схема
3 Ход работы
3.1 Экспериментальные результаты и их обработка
3.1.1 Расчет токов всех цепей
Необходимо рассчитать токи всех методом контурных контуров. Значения э.д.с в соответствии с вариантом равны:
E1 = 4 В
E2 = 3 В
E3 = 5 В
Для упрощения работы по расчету цепи на рисунке 3 приведена система уравнений с учетом обозначений, принятых на рисунке 2.
Рисунок 3 – Система уравнений Значения контурных токов:
I11 = 3.4 мА
I22 = 3.6 мА
I33 = 12.16 мА
3.1.2 Экспериментально определить токи всех ветвей
Для определения тока какой-либо ветви замерить с помощью вольтметра напряжений на соответствующем резисторе и, зная сопротивление резистора,
пересчитать напряжение в ток по закону Ома, как представлено на рисунке 4.
Рисунок 4 – Закон Ома
Результаты занесены в таблицу 2.
Таблица 2 – Результаты измерений
Элемент |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
|
|
|
|
|
|
Сопротивление, |
300 |
150 |
150 |
300 |
200 |
Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение, В |
1,05 |
0,04 |
0,57 |
2,6 |
2,41 |
|
|
|
|
|
|
Ток |
3,5 |
0,26 |
3,8 |
8,6 |
12,05 |
(эксперимент), |
|
|
|
|
|
мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ток (расчет), |
3,4 |
0,2 |
3,6 |
8,56 |
12,16 |
мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1.3 Рассчитать потенциалы всех узлов |
|
|||
Если узел 4 (см. рисунок 2) заземлить, то неизвестными будут потенциалы двух узлов: второго и пятого.
Составленная по методу узловых потенциалов система уравнений относительно указанных неизвестных приведена ниже:
Значения потенциалов узлов:
2 = 2.97 В5 = 2.43 В
3.1.4 Замерить потенциалы всех узлов
Для замера потенциалов узлов первого и пятого следует один шнур вольтметра подключить к гнезду “4” макета, а другой шнур поочередно подключить к гнездам “2” и “5”.
Результаты измерений занесены в таблицу 3.
Таблица 3 – Результаты измерений потенциалов
|
В |
В |
|
|
|
Расчет |
2,97 |
2,43 |
|
|
|
Эксперимент |
2,97 |
2,4 |
|
|
|
3.1.5 Проверить экспериментально выполнение второго правила Кирхгофа
для контура 4, 2, 5, 4
Согласно второму правилу Кирхгофа в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма э.д.с. равна алгебраической сумме напряжений на нагрузках. Поэтому для выполнения данного пункта программы следует замерить напряжения на зажимах источников Е2 и Е3 и напряжения на резисторах R2, R3, R4. При измерениях необходимо учитывать полярности
напряжений, приняв за направление обхода контура при проведении измерений направление контурного тока I22 на рисунке 2 (переключаясь вольтметром с одного элемента на другой переносить оба шнура, не изменяя их последовательности).
Результаты измерений занесены в таблицу 4
Таблица 4 – Проверка второго правила Кирхгофа
E2, В |
E3, В |
Алгебраическая |
UR2, В |
UR3, В |
UR4, В |
Алгебраичес |
|
|
сумма э.д.с., В |
|
|
|
кая сумма |
|
|
|
|
|
|
напряжений, |
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
5 |
8 |
0,04 |
0,57 |
-2,6 |
-1,99 |
|
|
|
|
|
|
|
3.1.6 Экспериментально проверить метод наложения
Согласно методу наложения ток в любой ветви электрической цепи равен алгебраической сумме частичных токов этой ветви. Поэтому для выполнения настоящего пункта программы требуется собрать поочередно три частичные схемы (по количеству источников в исследуемой цепи), которые приведены на рисунках 5–7.
На макете частичные схемы создаются установкой переключателей
SA1... SA3: одного - в положение “Е”, двух других - в положение “КЗ”.
Рисунок 5 – Частичная схема 1
Рисунок 6 – Частичная схема 2
Рисунок 7 – Частичная схема 3
Результаты измерений и подсчетов занесены в таблицу 5.
Таблица 5 – Частичные токи ветвей
|
|
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
|
|
|
|
|
|
|
Сопротивление, Ом |
300 |
150 |
150 |
300 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема |
Напряжение, |
3,03 |
-0,99 |
0,56 |
-0,44 |
-0,44 |
на |
В |
|
|
|
|
|
рисунке |
|
|
|
|
|
|
Ток, мА |
10,1 |
-6,6 |
3,73 |
-1,46 |
-2,2 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема |
Напряжение, |
-1,43 |
1,56 |
-0,8 |
-0,64 |
0,64 |
на |
В |
|
|
|
|
|
рисунке |
|
|
|
|
|
|
Ток, мА |
-4,76 |
10,4 |
-5,33 |
-2,13 |
3,2 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема |
Напряжение, |
-0,53 |
-0,54 |
0,79 |
3,69 |
1,33 |
на |
В |
|
|
|
|
|
рисунке |
|
|
|
|
|
|
Ток, мА |
-1,76 |
-3,6 |
5,26 |
12,3 |
6,65 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Алгебраическая сумма |
3,58 |
0,2 |
3,66 |
8,71 |
12,05 |
|
частичных токов, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Экспериментальное |
3,4 |
0,2 |
3,6 |
8,56 |
12,16 |
|
значение тока из |
|
|
|
|
|
|
таблицы 3, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1.7 Рассчитать схему на рисунке 8
Рисунок 8 – Схема электрической цепи Расчётные отношения изображены на рисунке 9.
Рисунок 9 – Расчетные отношения Расчетные значения токов:
I1 = 3.4 мА
I2 = 0.2 мА
I3 = 8.5 мА