Методические указания по выполнению расчетно лабораторных работ по теоретической электротехнике
 Скачать 2.05 Mb.
|
|
: экспериментальное получение вольт-амперных характеристик и определение параметров активных и пассивных элементов электрических цепей, а также проверка соотношений, используемых для расчета простых электрических цепей постоянного тока. Пояснения к работе Все элементы электрических цепей, как активные, так и пассивные, характеризуются номинальными параметрами и зависимостью между током в элементе и напряжением на нем, которая называется вольт-амперной характеристикой элемента I(U). Параметрами пассивных элементов являются сопротивление R, индуктивность L или емкость C элемента. Для активных элементов цепи, например для источников энергии постоянного тока,- это либо ЭДС E и внутреннее сопротивление rв, включенные последовательно, либо ток короткого замыкания Jк и внутреннее сопротивление rв, включенные параллельно. Параметры элементов можно получить аналитически на основе законов Ома и Кирхгофа по экспериментально полученным вольт-амперным характерстикам этих элементов. Так, вольт-амперная характеристика источника энергии постоянного тока (она называется еще внешней или нагрузочной характеристикой источника) Uвых(I)=E-Irв (1.1) может быть снята экспериментально по схеме рис.1.1. Здесь ток I изменяют с помощью переменного резистора R4. Значения тока I и напряжения на зажимах источника Uвых измеряют с помощью амперметра и вольтметра. Параметры источника определяют по выражениям E=Uхх , rв =(E-Uвых)/I, (1.2) где Uхх– напряжение холостого хода на зажимах источника. В  ольт-амперные характеристики пассивных элементов снимают по схеме рис.1.2, в которой используется источник с регулируемым выходным напряжением. Здесь ток I и напряжение U измеряют непосредственно на исследуемом резисторе. Тогда, согласно закону Ома R=U/I. Приведенный способ определения сопротивления элементов называется методом амперметра-вольтметра. Кроме этого, сопротивление линейного резистивного элемента можно непосредственно измерить омметром, который часто имеется в составе комбинированных измерительных приборов. На корпусе резистора в качестве его параметров указывают номинальное сопротивление Rном и допустимую мощность рассеивания Рдоп, при которой резистор может работать длительное время. Это позволяет определить допустимый ток и допустимое напряжение на резисторе:  ,  . (1.3)С точки зрения расчета электрические цепи подразделяют на простые и сложные. К простым относят цепи с одним источником энергии и последовательно-параллельным включением сопротивлений. Для расчета таких цепей достаточно знания закона Ома и законов Кирхгофа. В качестве примера на рис.1.3 приведена схема простой электрической цепи. Пусть U=18 В, r1 =50 Ом, r2 =300 Ом, r3 =100 Ом, r4 =200 Ом, r5 =300 Ом, r6 =75 Ом, допустимая мощность рассеивания у всех резисторов Pдоп=2 Вт. Требуется определить в цепи все токи, рассчитать фактические мощности, выделяющиеся на резисторах, убедиться в выполнении первого и второго законов Кирхгофа. П  оскольку задано входное напряжение, то чтобы воспользоваться законом Ома, необходимо рассчитать входное сопротивление всей цепи rвх . Тогда .И  звестно, что при последовательном включении резисторов их общее (эквивалентное) сопротивление определяется по формуле  , (1.4)а при параллельном  , (1.5)где gi=1/ri – проводимость i–й ветви; в случае двух сопротивлений  .Применяя эти соотношения в заданной схеме цепи, постепенно заменяем параллельно и последовательно включенные сопротивления, сводя цепь к одноконтурной:  Ом,  Ом, Ом,  Ом. После этого находим ток  А =86,1 мА.Напряжение на участке «БД» и токи  и , определяем по закону Ома: В, А,  А.Ток далее разветвляется на токи  и  . Их можно найти в два действия так же, как были определены токи и , но можно и объединить эти два действия в одно: А. А.Последние выражения, полученные для токов и , называют формулой или правилом разброса тока в две параллельные ветви.Вычисляем фактические мощности резисторов:  Вт,  Вт, Вт,  Вт,  Вт,  Вт.Выполним проверку правильности вычислений с помощью первого и второго законов Кирхгофа. Для узла «Б» по первому закону Кирхгофа  .Для контура «А-Б-В-  -Д-А» по второму закону Кирхгофа .Домашняя подготовка к работе 1. Изучить вопрос о схемах замещения реальных источников энергии в расчетных схемах и подготовить табл.1.1 и табл.1.2 для занесения результатов измерений при снятии вольт-амперных характеристик элементов цепи. Вычертить схемы рис.1.1 и рис.1.2. Таблица 1.1. Нагрузочные характеристики и параметры источников
Таблица 1.2. Вольт-амперные характеристики резистивных элементов
2. Изучить основные законы и расчетные соотношения для простых электрических цепей: закон Ома, первый и второй законы Кирхгофа, формулы расчета сопротивления цепи при последовательном и параллельном включении элементов, формулы расчета мощности и разброса тока в параллельные ветви. 3. Подготовить табл.1.3 для определения фактических сопротивлений пассивных резистивных элементов стенда. Таблица 1.3. Результаты измерений сопротивлений резисторов
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||