Лабораторная работа 2 ТОЭ. Лабораторная работа_№2 Отчет Житин М.С. Лабораторная работа 2 (ДО) по дисциплине Теоретические основы электротехники Исследование линейных цепей постоянного тока. Принцип наложения

• Название: Лабораторная работа 2 (ДО) по дисциплине Теоретические основы электротехники Исследование линейных цепей постоянного тока. Принцип наложения
• Анкор: Лабораторная работа 2 ТОЭ
• Дата: 02.12.2021
• Размер: 1.43 Mb.
• Имя файла: Лабораторная работа_№2 Отчет Житин М.С.docx
• Тип: Лабораторная работа; #289583

Министерство науки и высшего образования РФ



Кафедра ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Лабораторная работа №2 (ДО)

по дисциплине «Теоретические основы электротехники»
«Исследование линейных цепей постоянного тока.

Принцип наложения»

Выполнил:	Житин М.С.
Группа:	Эз-17-19
Бригада:	(n=9)
Подпись студента:
Дата выполнения:	30.10.2021
Дата защиты:
Оценка:
Проверил:
Подпись преподавателя:

Москва 2021

Исследование линейных цепей постоянного тока. Принцип наложения

Исследуются разветвленные линейные цепи, содержащие источники напряжения и тока. Проводятся расчеты, основанные на принципе наложения, результаты сопоставляются с компьютерным экспериментом.
1. Подготовка к работе

1. 
   Составить уравнения по законам Кирхгофа для электрической цепи, схема которой представлена на рис. 1.
   
2. 
   Рассчитать методом контурных токов или методом узловых потенциалов токи ветвей, напряжение на источнике тока. Значения сопротивлений резисторов R₁ и R₂ даны в табл. 1, R₃=47 Ом, R_н=50+N, значения источников E₁=9 В и J₄=50 мА (N – номер группы). Осуществить проверку корректности решения в соответствии с уравнениями из п. 1.
   
3. 
   Составить частичные схемы и рассчитать частичные токи. Проверить выполнение принципа наложения. Определить собственные и взаимные проводимости, коэффициенты передачи по току.
   
4. 
   Используя взаимные проводимости, коэффициенты передачи по току, рассчитать значение Е₁ (J₄=50 мА), при котором ток третьей ветви I₃=0 (для четных номеров n) или ток первой ветви I₁=0 (для нечетных номеров n).
   
5. 
   Используя взаимные проводимости, коэффициенты передачи по току, рассчитать значение J₄ (E₁=9 В), при котором ток первой ветви I₁=0 (для четных номеров n) или ток третьей ветви I₃=0 А (для нечетных номеров n).
   

Таблица 1

Номер1 n	1 13 25	2 14 26	3 15 27	4 16 28	5 17 29	6 18 30	7 19 31	8 20 32	9 21 33	10 22 34	11 23 35	12 24 36
R1, Ом	68	100	47	47	68	68	100	150	150	100	47	150
R2, Ом	47	68	68	100	150	100	47	47	68	150	150	100
R3, Ом	100	100	68	68	68	68	68	100	100	47	68	68

2. Содержание и порядок выполнения работы

Использование графического редактора Schematics пакета OrCAD PSpice для создания модели и проведение компьютерного эксперимента в OrCAD PSpice даны в Приложении «Моделирование электрических цепей с использованием программы OrCAD PSpice».

Для моделирования необходимы следующие компоненты:

Элемент схемы	Символ	Имя
Резистор		R (значение по умолчанию 1 кОм)
Независимый источник постоянного напряжения		VDC (значение по умолчанию 0 В)
Независимый источник постоянного тока		IDC (значение по умолчанию 0 А)
Узел нулевого потенциала		AGND

• 
  Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 1.
  

Рис. 1. Схема исследуемой электрической цепи

• 
  Провести компьютерный эксперимент для измерения токов в ветвях электрической цепи и напряжения на источнике тока.
  

N=9

• 
  Установить значениеE₁=0 (J₄=50 мА) и провести компьютерный эксперимент для измерения частичных токов в ветвях электрической цепи.
  

N=9

• 
  Установить значениеJ₄=0 (E₁=9 В) и провести компьютерный эксперимент для измерения частичных токов в ветвях электрической цепи.
  

N=9

• 
  Проверить выполнение принципа наложения, рассчитать собственные и взаимные проводимости, коэффициенты передачи по току.
  

I₁=I₁^E1 + I₁^J4=46,73 - 11,06=35,67 мА (35,67 мА в 1-м эксперименте)

I₂=I₂^E1 + I₂^J4=29,27+24,39=53,66 мА (53,66 мА в 1-м эксперименте)

I₃=I₃^E1 + I₃^J4=17,46+14,55=32,01 мА (32,01 мА в 1-м эксперименте)
Таким образом принцип наложения выполняется.

• 
  Установить значение Е₁ из п. 4 Подготовки к работе (J₄=50 мА). Провести компьютерный эксперимент для измерения токов в ветвях электрической цепи.
  

N=9

Установить значениеJ₄ из п. 5 Подготовки к работе (E₁=9 В). Провести компьютерный эксперимент для измерения токов в ветвях электрической цепи.


N=9

• 
  Результаты эксперимента занести в табл. 2 и сравнить с расчетными значениями, полученными в Подготовке к работе.
  

Экспериментальные данные

• 
  Таблица 2
  

№ опыта	E1, В	J4, мА	I1, мА	I2, мА	I3, мА	UJ, В
1	9	50	35,67	53,66	32,01	3,649
2	0	50	(-) 11,06	24,39	14,55	1,659
3	9	0	46,73	29,27	17,47	1,990
4	-7,72	50	(-) 51,14	0,72	0,43	- 0,049
5	9	210	0,29	131,72	78,57	8,957

Расчетные данные

• 
  Таблица 2
  

№ опыта	E1, В	J4, мА	I1, мА	I2, мА	I3, мА	UJ, В
1	9	50	35,0	53,0	32,0	3,649
2	0	50	-11,06	24,4	14,6	-
3	9	0	46,73	29,3	17,5	-
4	-7,72	50	-	-	0	0
5	9	210	0	-	-	9

• 
  Провести проверку выполнения законов Кирхгофа и принципа наложения, составить уравнение баланса активной мощности всех пунктов Рабочего задания.
  

Для экспериментальных данных:

Первый закон Кирхгофа

№ опыта	I1 + J4 – I2 – I3 = 0	-
1	35,67 + 50 – 53,66 – 32,01= 0
2	- 11,06 + 50 – 24,39 – 14,55 = 0
3	46,73 + 0 – 29,27 – 17,47 = 0
4	- 51,14 + 50 – 0,72 – 0,43 ≈ 0
5	0,29 + 210 – 131,72– 78,57 = 0

Второй закон Кирхгофа

№ опыта	I1·R1 + I2·R2 = E1	I3·(R3+Rн) - I2·R2 = 0
1	35,67∙10-3∙150+53,66∙10-3∙68 = 8,999 ≈ 9	32,01∙10-3 ∙ (47+67) – 53,66 ∙10-3∙68 = 0,0003 ≈ 0
2	-11,06∙10-3∙150+24,39∙10-3∙68= -0,0004 ≈ 0	14,55∙10-3 ∙ (47+67) – 24,39∙10-3∙68 = -0,0002 ≈ 0
3	46,73∙10-3∙150+29,27∙10-3∙68= 8,999 ≈ 9	17,47∙10-3 ∙ (47+67) – 29,27 ∙10-3∙68 = 0,0012 ≈ 0
4	-51,14∙10-3∙150+0,72∙10-3∙68 = -7.622 ≈ -7,72	0,43∙10-3 ∙ (47+67) – 0,72 ∙10-3∙68 = 0,0006≈ 0
5	0,29∙10-3∙150+131,72∙10-3∙68= 9,0005 ≈ 9	78,57∙10-3 ∙ (47+67) – 131,72 ∙10-3∙68 = 0,00002 ≈ 0

Принцип наложения

Расчет входных и взаимных проводимостей, коэффициентов передачи по току по частичным токам (опыт 2 и 3):

I₁^E1 /E₁=(46,73∙10^-3)/9= 5,192∙10^-3 См;

I₂^E1 /E₁ =(29,27∙10^-3)/9=3,252∙10^-3 См;

I₃^E1 /E₁ =(17,47∙10^-3)/9=1,941∙10^-3 См;

I₁^J4 /J₄= -11,06/50= -0,2212;

I₂^J4 /J₄= 24,39/50= 0,4878;

I₄^J4 /J₄= 14,55/50= 0,2910.
Уравнение баланса активной мощности

№ опыта	Рнагр= I12·R1 + I22·R2 + I32·(R3 + Rн)	Рист= E1·IE + UJ·J4
1	(35,67 2·150+53,66 2·68+32,01 2·(47+67)) ·10-6 = 0,5034 Вт	9·35,67·10-3+3,649·50·10-3 = 0,5034 Вт
2	(11,06 2·150+24,39 2·68+14,55 2 · (47+67)) ·10-6 =0,0829 Вт	0·11,06·10-3+1,659·50·10-3 =0,0829 Вт
3	(46,73 2·150+29,27 2·68+17,47 2· (47+67)) ·10-6 =0,4206 Вт	9·46,73 ·10-3+1,990·0·10-3 = 0,4205 Вт
4	(51,14 2·150+0,72 2·68+0,43 2· (47+67)) ·10-6 =0,3924 Вт	-7,72·(-51,14·10-3)+(-0,049)·50·10-3 =0,3924 Вт
5	(0,29 2·150+131,72 2·68+78,57 2· (47+67)) ·10-6 =1,8835 Вт	9·0,29·10-3+8,957·210·10-3 = 1,8835 Вт

Выводы:

В результате проведения экспериментов, были получены данные с приборов измерения. Значения показаний измерений в точности совпадают с расчетными данными, полученными при подготовке к данной лабораторной работе. Также был проверен и подтвержден метод наложения для расчета электрических цепей.


3. Методические указания

На рис. 2а и рис. 2б приведен пример выполнения пункта Рабочего задания Лабораторной работы №2 «Исследование линейных цепей постоянного тока. Принцип наложения».



Рис. 2а. Схема исследуемой электрической цепи в OrCAD PSpice



Рис. 2б. Результаты измерения токов в ветвях электрической цепи и потенциалов в рамках компьютерного эксперимента

Результаты эксперимента:

I₁=27,58 мА, I₂=48,63 мА, I₃=28,95 мА, J₄=50 мА, U_J=4,863 В.

Проверка: -I₁-J₄+I₂+I₃=0; -27,58-50+48,63+28,95≈0.

4. Содержание отчета

Фамилия, имя студента, номер группы и номер бригады должны быть обязательно указаны в рабочем поле модели.

Для каждого пункта задания должен быть приведен скриншот экрана с рабочей схемой и результатами моделирования. В отчете по лабораторной работе провести проверку результатов теоретического расчета собственных и взаимных проводимостей, коэффициентов передачи по току с результатами эксперимента. Проверить выполнение законов Кирхгофа для полной схемы, содержащей два источника и для частичных схем с одним источником. Проверить выполнение принципа наложения.

После того как Вы оформили отчет и ответили на поставленные Вам контрольные вопросы, сканируете или фотографируете (в хорошем качестве!) отчет, преобразуете его в единый файл формата pdf. Приниматься будут только pdf-файлы! Размер файла – не более 5 МБ.

Для преобразования картинок в pdf и других видов редактирования pdf-файлов Вы можете использовать ABBYY FineReader (или его аналоги) или бесплатную онлайн-программу: https://www.ilovepdf.com/ru

Затем направляете в СДО «Прометей» (модуль «Отчет. Лабораторная работа №2») или на ОСЭП по указанию преподавателя.
5. Контрольные вопросы

1. 
   Сформулируйте и запишите в общем виде первый и второй законы Кирхгофа. Как составляются схемы для расчета частичных токов? Какое количество схем необходимо составить для расчета токов и напряжений по методу наложения? Как проверить правильность расчета частичных токов?
   
2. 
   Можно ли использовать принцип наложения для вычисления напряжения на источнике тока? Проверьте правильность утверждения.
   
3. 
   Можно ли использовать принцип наложения для вычисления мощностей?
   
4. 
   Как можно определить входные и взаимные проводимости, коэффициенты передачи по току по экспериментальным данным?
   
5. 
   Как можно определить входные и взаимные проводимости, коэффициенты передачи по току по приращениям токов и ЭДС?
   
6. 
   Провести расчет входных и взаимных проводимостей, коэффициентов передачи по току по приращениям токов и ЭДС, используя данные эксперимента.
   
7. 
   Рассчитать входные и взаимные проводимости при R_н=0.
   
8. 
   Как изменятся входные и взаимные проводимости, коэффициенты передачи по току, если:
   
   1. 
      значение Е₁ (или J₄) увеличить в два раза;
      
   2. 
      значение Е₁ (или J₄) уменьшить в два раза;
      
   3. 
      значение R₁ (или R₂, R₃) увеличить в два раза;
      
   4. 
      значение R₁ (или R₂, R₃) уменьшить в два раза.
      

4. Защита лабораторной работы №2

Нечётные варианты:

1. Как изменятся собственные и взаимные проводимости, коэффициенты передачи по току для схемы на рис. 1, если:

5. 
   значение Е₁ уменьшить в два раза;
   
6. 
   значение J₄ увеличить в три раза;
   
7. 
   значение R₁ уменьшить в два раза;
   
8. 
   значение R₂ увеличить в три раза.
   

Необходимо произвести расчёт всех проводимостей и коэффициентов передачи по току (в общем и численном видах) для случаев а)-г), результаты расчётов свести в сравнительную таблицу.

Коэффициенты	Экспериментальные данные	а) Е1 ↓ в 2 раза	б) J4 ↑ в 3 раза	в) R1 ↓ в 2 раза	г) R2 ↑ в 3 раза
g11
g21
g31
k14
k24
k34

2. Рассчитать собственные и взаимные проводимости и коэффициенты передачи по току (рис. 1) при R₃=0.

СХЕМЫ

1. Как изменятся собственные и взаимные проводимости, коэффициенты передачи по току для схемы на рис. 1 ЛБ отчет, если:
1.1 Значение Е₁ уменьшить в два раза;



2. значение J₄ увеличить в три раза;



3. значение R₁ уменьшить в два раза;



4. значение R₂ увеличить в три раза.


Таблица - 1

№ опыта	E1,В	J4,мА	I1,А	I2,А	I3,А	Uj,В
1(а)	4,5	50	12,3	39,03	23,28	2,7
2(б)	9	150	13,7	102,5	61,1	7,0
3(в)	9	50	58,4	67,9	40,5	4,6
4(г)	9	50	24,0	26,5	47,4	5,4

Таблица – 2

Коэффициенты	Экспериментальные данные	а) Е1 ↓ в 2 раза	б) J4 ↑ в 3 раза	в) R1 ↓ в 2 раза	г) R2 ↑ в 3 раза
g11	g11=I1÷E1 (0,0051 См)	0,0027 См	0,0015 См	0,0065 См	0,0027 См
g21	g21=I2÷E1 (0,0032 См)	0,0087 См	0,0114 См	0,0075 См	0,0029 См
g31	g31=I3÷E1 (0,0019 См)	0,0052 См	0,0068 См	0,0045 См	0,0053 См
k14	k11=I1÷J (-0,22)	- 0,25	- 0,09	- 1,17	- 0,48
k24	k21=I2÷J (0,48)	0,781	0,683	1,36	0,53
k34	k31=I3÷J (0,3)	0,466	0,407	0,81	0,95

2. Рассчитать собственные и взаимные проводимости и коэффициенты передачи по току (рис. 1) при R₃=0.

№ опыта	E1,В	J4,мА	I1,мА	I2,мА	I3,мА	Uj,В
5(д)	9	50	33,7	58	25,6	3,95

g₁₁₌I₁÷E₁=3,74 ∙ 10^-3 См

g₂₁₌I₂÷E₁=6,44 ∙ 10^-3 См

g₃₁₌I₃÷E₁=2,84 ∙ 10^-3 См

k₁₁=I₁÷J=0,674

k₂₁=I₂÷J=1,16

k₃₁=I₃÷J=0,512

1^ Номер, под которым фамилия студента записана в журнале группы