Искакова Айдана Lr5. Активный двухполюсник в цепи постоянного тока

• Название: Активный двухполюсник в цепи постоянного тока
• Дата: 27.10.2020
• Размер: 322.16 Kb.
• Имя файла: Искакова Айдана Lr5.docx
• Тип: Лабораторная работа; #146087

Лабораторная работа

Тема: «Активный двухполюсник в цепи постоянного тока»

Вариант 1

Выполнила: Искакова Айдана

Группа РЭТ-408

Проверил: Джапашов Н.М

Цель работы

Исследование сложной электрической цепи постоянного тока с использованием метода эквивалентного генератора.

Теоретические сведения и расчетные формулы

1. ФОРМИРОВАНИЕ РАСЧЁТНОЙ схемы цепи

Метод эквивалентного генератора основан на теореме Тевенина об эквивалентном генераторе активном двухполюснике, которая гласит:

л
юбую сложную линейную электрическую цепь с произвольным числом источников тока и источников напряжения (рис. 5.1, а) можно заменить простой схемой (рис. 5.1, б), состоящей из эквивалентного генератора (ЭГ) с ЭДС E_эг и последовательно соединенного с ним внутреннего сопротивления R_эг; при этом обе схемы оказываются идентичными по отношению к выходным зажимам 1 и 0, к которым подключена нагрузка R₆.

Тогда ток I₆ и напряжение U₁₀ = U₆ на зажимах 1 и 0 нагрузки (см. рис. 5.1, б) равны:

I₆ = E_эг/(R_эг+ R₆);

U₁₀ = U₆ = R₆I₆ = E_эг R_эгI₆. (5.1)

Второе выражение соответствует уравнению внешней характеристики источника напряжения (ИН), параметры которого (E_эг и R_эг) можно определить из двух режимов его работы:

 режима холостого хода (ХХ) (I₆ = 0, шестая ветвь разомкнута)

E_эг = U_10X,   (5.2)

т. е. ЭДС эквивалентного генератора равна напряжению холостого хода на зажимах нагрузки, т. е. U_10X =U_6Х;

 режима короткого замыкания (КЗ) (U₁₀ = 0, I₆ = I_6k)

R_ЭГ = E_эг/I_6k, (5.3)

где I_6k  ток короткого замыкания (шестой) ветви.

Таким образом, для определения тока (в данном примере в шестой ветви) по первой формуле (5.1) достаточно провести два опыта на натурном стенде: опыт ХХ (разомкнуть шестую ветвь и измерить напряжение U_6Х = = E_эг) и опыт КЗ (замкнуть накоротко резистор R₆, включить в разрыв шестой ветви амперметр и измерить ток I_6k) и вычислить внутреннее сопротивление эквивалентного генератора R_эг= E_эг/I_6k.

2. Пример РАСЧЁТА схемы цепи

При теоретических расчётах параметров эквивалентного генератора E_эг и R_эг выбирают метод расчёта схемы с минимально необходимым числом уравнений для нахождения напряжения U_10X = E_эг. Так, для схемы рис. 5.1, в которой источник тока J заменён двумя источниками напряжения с параметрами E₄ = R₄J и E'₁ = R₁J (рис. 5.2, а), при разомкнутой шестой ветви напряжение

U
_10X = E₅ + R₅I_5X  R₂I_2X.

Токи I_5X и I_2X определим методом контурных токов (см. рис. 5.2, а):

I_5X = I_k1; I_2X = I_k2;

(R₃ + R₄ + R₅) I_k1  R₃I_k2 = E₄ + E₅;        12I_k1  3I_k2 = 28;

R₃I_k1 + (R₁ + R₂ + R₃)I_k2= E₁ + E₁';      3I_k1 + 6I_k2 = 12





Тогда I_5X = 3,24 А; I₂ = 3,62 А; U_10X= 20 + 5∙3,24 + 2∙3,62 = 3,44 В.

Для определения сопротивления R_ЭГ вычертим схему без источников энергии (рис. 5.2, б) и определим входное сопротивление по отношению к зажимам 1 и 0, предварительно заменив треугольник сопротивлений R₅ - R₄ - R₃ эквивалентной звездой R₃₄ - R₄₅ - R₃₅, сопротивления лучей которой равны:

; ;



Тогда внутреннее сопротивление эквивалентного генератора:

.

Ток в шестой ветви (см. (5.1))



УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание 1. Рассчитать ток в заданной ветви схемы цепи методом эквивалентного генератора. С этой целью вычертить схему рис. 5.1 с заданными параметрами и расчётные схемы, подобные рис. 5.2, но относительно заданной ветви, и определить в ней ток I_kр. Занести расчётные значения величин Е_эг, R_эг и I_kр в поля табл. 5.1.

Т а б л и ц а 5.1

Номер варианта	Ветвь	Ток Ik в заданной ветви
		Рассчитано			Измерено и определено
		Еэг, В	Rэг, Ом	Ikр, A	IkЭ,A	Ukx, В	Iк, A	RЭГ, Ом	IkЭГ, A
1	1	10,53	1,64	3,26	3,53	7,25	1,52	1	1

Задание 2. Собрать схему (рис. 5.3) цепи на рабочем поле среды МS10, и установить параметры элементов:

J = 2 А, Е₁ = 10 Ом, , R₂ = 2 Ом, R₃ = 3 Ом, R₄ = 4 Ом, R₅ = 5 Ом, R₆ = 6 Ом, где N – номер записи фамилии студента в учебном журнале группы, режим DС работы измерительных приборов, внутренние сопротивления R_А = 1 ном и R_V = 10 Mом амперметров и вольтметров. При этом выбрать полярность включения амперметров и вольтметров, совпадающей с принятыми при расчёте схемы направлениями токов ветвей.





Запустить программу MS10 (щелкнуть мышью на цифре 1 кнопки   ) и занести в табл. 5.1 значение тока I_kЭ заданной ветви схемы, которое не

должно отличаться от расчётного значения I_kр более, чем на 3…4 %. Скопировать смоделированную схему на страницу отчёта. Согласно варианту (см. табл. 5.1) убрать один из проводников, соединяющий амперметр заданной ветви с соответствующим узлом схемы. Запустить программу моделирования и занести показание вольтметра (U_kХ = = E_эг) в табл. 5.1.

Запустить программу. Показание амперметра I_к занести в табл. 5.1.

По данным измерений расcчитать и занести в табл. 5.1:

 внутреннее сопротивление эквивалентного генератора

 ток в заданной ветви с сопротивлением R_k

I_kЭГ

Убедиться, что полученное значение тока I_kЭГ не отличается от измеренного значения тока I_kЭ в заданной ветви и от рассчитанного значения I_kр (с допустимой погрешностью, не более 3…4 %).

Задание 3. Снять и построить внешнюю характеристику эквивалентного генератора U_k(I_k), т. е.

U_k = E_эг  R_эгI_k.

С этой целью разомкнуть ключ, шунтирующий резистор заданной ветви, и снять показания приборов при трех значениях сопротивления резистора: 0,5R_k, R_k, 2R_k, а также учесть показания приборов, снятые при режимах ХХ (U_k = U_kX, I_k = 0) и КЗ (U_k = 0, I_k = I_K), снятые при выполнении задания 2.

Воспользовавшись графиком внешней характеристики эквивалентного генератора U_k(I_k), определить значение напряжения на зажимах нагрузки при токе I_k = 0,5I_K.


Вывод: в этой лабораторной работе , я изучила о методе эквивалентного генератора основаного на теореме Тевенина об эквивалентном генераторе  активном двухполюснике.
Исследовала сложную электрическую цепь постоянного тока с использованием метода эквивалентного генератора.

Построила схему в среде MS11 ,выполнила все поставленные задачи ,а также в Excelпостроила график.

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы тео- рии цепей. М., Энергия, 1975 г.  752с.
   
2. 
   Улахович Д.А. Основы теории линейных электрических цепей.
   

СПб.: БХВ – Петербург. 2009. – 816 с.

3. 
   Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка: Підручник. За ред. В.І.Мілих. 2-е вид. – К.:Каравелла. 2008. – 688с.
   
4. 
   Татур Т.А. Основы теории электрических цепей (Справочное посо- бие): Учебное пособие. – М., «Высшая школа», 1980 г.  271с.
   
5. 
   Гаврилов Л.П., Соснин Д.А. Расчет и моделирование линейных элек- трических цепей с применением ПК. Учебное пособие для студентов машиностроительных вузов. – М.: СОЛОН – Пресс, 2004. – 448с.
   
6. 
   Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и MathLab. Издание 5-е. – М.: СОЛОН – Пресс, 2004. – 800с.
   
7. 
   Хернитер Марк Е. MultiSim 7: Современная система компьютерного моделированияианализасхемэлектронныхустройств.(Пер.сангл.)
   

/Пер. с англ. Осипов А.И. – М.: Издательский дом ДМК – пресс, 2006. – 488 с.

8. 
   Марченко А.Л., Освальд С.В. лабораторный практикум по электро- техникеиэлектроникевсредеMULTISIM.Учебноепособиедлявузов.
   

– М.: ДМК Пресс, 2010, 448 с.