Скачать 124.11 Kb.
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет «Кафедра электротехники и электроники» Лабораторная работа №1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Выполнил: студент САДИ гр. ТГС-22 Тимощук Максим Саратов 2011 Цель работы: экспериментальное исследование линейной электрической цепи постоянного тока и изучение методов расчета такой цепи. ^ Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для передачи, распределения и взаимного преобразования электрической и других видов энергии, если процессы, протекающие в устройствах, могут быть описаны при помощи понятий об электродвижущей силе (ЭДС), токе и напряжении. Электрические цепи, в которых получение электрической энергии в источниках, ее передача и преобразование в приемниках происходит при неизменных во времени токах и напряжениях, называют цепями постоянного тока. Электрические цепи постоянного тока, состоящие только из элементов с линейными вольт-амперными характеристиками, называются линейными. Ветвью называется участок электрической цепи, который состоит только из последовательно включенных элементов и вдоль которого протекает один и тот же ток. ^ электрической цепи называется точка соединения трех и более ветвей. Контур электрической цепи – это замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям; при этом каждый узел в рассматриваемом контуре встречается не более одного раза. Контур называют независимым, если он содержит хотя бы одну ветвь, не входящую в другие контуры. Наиболее часто расчет электрической цепи состоит в определении токов, протекающих по ветвям, под действием заданных источников ЭДС при заданных значениях сопротивлений. Для расчета линейных электрических цепей постоянного тока существует ряд методов, целесообразность применения которых определяется исходными данными. Наиболее универсальным является метод применения законов Кирхгофа, которые формулируются следующим образом. ^ Алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю: ![]() то есть в любом узле электрической цепи сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от узла. ^ В любом контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений на сопротивлениях, входящих в этот контур, равна алгебраической сумме ЭДС контура: ![]() где m – число резистивных элементов в контуре; n – число ЭДС. В уравнении (1) со знаком плюс записываются токи и ЭДС, направления которых совпадают с произвольно выбранным направлением обхода контура. Количество уравнений, составляемых по двум законам Кирхгофа, определяется числом ветвей В с неизвестными токами. Из них по первому закону Кирхгофа составляется (У–1) уравнений, где У – число узлов. Остальные (В–У+1) уравнений составляются по второму закону Кирхгофа. Продемонстрируем порядок расчета на примере электрической цепи, представленной на рис. 1. ![]() Рис. 1 Дано: E1, Е2, R1, R2, R3. Необходимо определить токи в ветвях схемы. Для этого выполним следующие действия.
![]() По второму закону Кирхгофа составим уравнения для независимых контуров: ![]() ![]()
Чтобы уменьшить число совместно решаемых уравнений по сравнению с числом уравнений, составляемых по закону Кирхгофа, расчет линейных электрических цепей проводят с использованием метода контурных токов или метода узловых потенциалов. Эти методы подробно изложены в литературе, список которой приведен ниже. Существует метод расчета, который позволяет свести расчет разветвленной цепи с несколькими источниками ЭДС к расчету нескольких цепей, в каждой из которых действует только один источник ЭДС. Этот метод основан на принципе наложения, который формулируется следующим образом: если в электрической цепи действует несколько источников энергии, то ток любой ветви равен алгебраической сумме токов, вызванных действием каждого источника энергии схемы в отдельности. Порядок расчета цепей методом наложения рассмотрим на примере схемы рис. 1.
![]() Рис. 2 Из рассмотрения полученной схемы видно, что для ее расчета достаточно использования закона Ома. При этом удобно предварительно определить эквивалентное сопротивление параллельно включенных сопротивлений R2 и R3: ![]() Ток в первой ветви, обусловленный действием ЭДС Е1: ![]() Токи I’2, I’3 найдем после расчета напряжения между узлами 1 и 2. ![]() ![]() ![]()
![]() Рис. 3 Обозначим токи, протекающие под действием ЭДС Е2, через I’’1, I’’2, I’’3 и найдем их: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
![]() ![]() ![]() Еще одним методом, облегчающим расчет простых цепей сводящихся к схеме с двумя узлами является частный случай метода узловых потенциалов – метод двух узлов. Порядок расчета методом двух узлов также рассмотрим на примере схемы (рис. 1).
![]() ![]() ![]()
![]() В числителе формулы произведение берут со знаком «+» в том случае, когда ЭДС Еk напралена к узлу 1, и со знаком «–», когда от узла. В рассматриваемом примере обе ЭДС направлены к узлу 1.
![]() ![]() ![]() Таким образом, расчет схем с использованием метода наложения или метода двух узлов не требует решения систем уравнений, а сами вычисления сводятся к решению простых уравнений, составленных с помощью закона Ома. ^ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ
^ Лабораторная работа выполняется на универсальном стенде. На панели размещены изображения исследуемых схем, индикаторы измерительных приборов, тумблеры управления. ^ 1.Установить тумблер переключения работ в положение 1, как показано на рис. 4. Слева от тумблера расположены индикаторы измерительных приборов стенда. После переключения должен загореться индикатор в левом верхнем углу раздела стенда «Л1 – Изучение линейной электрической цепи постоянного тока» (рис. 5). 2. Тумблеры В1, В2 и В3 переключить влево, что соответствует включенному состоянию В1 и подключению к схеме ЭДС E1 и Е2 с помощью тумблеров В2 и В3. ![]() Рис. 4 ![]() Рис. 5 3. Устанавливая переключатель ![]() 4. Записать показания амперметров А1, А2 и А3 (рис. 3) в столбцы I1, I2 и I3 табл. 2. 5. Переключить тумблер В2 в правое положение и повторно снять показания амперметров А1, А2 и А3 (рис. 4), но записать их в столбцы I’1, I’2 и I’3 табл. 2 . 6. Переключить тумблер В2 в левое положение, а тумблер В1 – в правое положение. Записать показания амперметров А1, А2 и А3 (рис. 4) в столбцы I’’1, I’’2 и I’’3 табл. 2 . Таблица 1
Таблица 2
^ 1. Составить систему уравнений по законам Кирхгофа для исследуемой схемы (рис. 5). 2. Проверить выполнение первого закона Кирхгофа для одной из узловых точек схемы. Перед проверкой необходимо правильно выбрать положительные направления токов в ветвях, после чего записать уравнения и подставить в них значения токов I1, I2 и I3 из табл. 2. 3. Проверить выполнение второго закона Кирхгофа. Перед проверкой необходимо правильно выбрать положительные направления напряжений на резистивных элементах и ЭДС, после чего составить уравнения для двух независимых контуров схемы и подставить в них данные из табл. 1. 4. Проверить выполнение принципа наложения. Согласно определению данного принципа, в ходе измерений должны выполниться следующие условия: ![]() ![]() ![]() Рассчитанные по этим формулам значения токов I1, I2 и I3 занести в табл. 2 и сравнить с данными, полученными при проведении опыта. 5. На основании результатов табл. 1 и 2 рассчитать значения всех сопротивлений схемы. Для расчетов брать значения тока из графы «Результаты измерений». Результаты расчетов записать в табл. 3. Таблица 3
6. Взяв значения ЭДС из табл. 1, а сопротивлений - из табл. 3, определить расчетным путем токи I1, I2, I3 и узловое напряжение UAB для схемы лабораторной установки (рис. 5). ^ Отчет по лабораторной работе нужно выполнять на листах формата А4, альбомной ориентации. Если для оформления работы используется компьютер, то к применяемому текстовому редактору предъявляется требование верной передачи формул и обозначений схем. При этом не допускается печать символов и их сочетаний, предполагающих двоякое толкование (например «IR1», вместо «IR1», «*», вместо «·» и т.п.). Отчет о лабораторной работе должен содержать: - титульный лист с названиями учебного заведения, кафедры, типа работы (лабораторная), темы работы, а также в нижнем правом углу – ФИО студента, выполнившего работу, и ФИО преподавателя, проверившего работу, внизу – название города и год оформления работы; - формулировку цели работы; - краткие теоретические сведения; - схему установки; - результаты измерений; - результаты расчетов; - выводы по работе. ^
ЛИТЕРАТУРА
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Методические указания к выполнению лабораторной работы Составил ГУРЬЯНОВ Алексей Анатольевич Рецензент С.В. Осипова Корректор Е.В. Григоренко Подписано в печать Формат 60х84 1/16 Бум. тип. Усл. печ.л. 1,16(1,25) Уч.-изд.л. 1,1 Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно Саратовский государственный технический университет 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Копипринтер СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77 |
![]() | Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком | ![]() | Цель преподавания дисциплины заключается в обеспечении будущего инженера-строителя-технолога комплексом теоретических и практических... |
![]() | Кроме того, выполнение работ позволит студентам закрепить знания, полученные из теоретического курса дисциплины, изучить и на практике... | ![]() | М69 Логистика: учеб пособие/Юж. – Рос гос техн ун-т. – Новочеркасск: юргту, 2008. –284 с |
![]() | М69 Системы реального времени. Синтез алгоритмов оценивания технологического параметра: учеб пособие/Юж. – Рос гос техн ун-т. – Новочеркасск:... | ![]() | Санкт-петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики |
![]() | Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Костромской Государственный Технологический... | ![]() | «восточно-сибирский государственный технологический университет» (гоу впо «всгту») |
![]() | Хохлова, Е. Е. Метрология: методические указания / Е. Е. Хохлова, Е. А. Ветошкина.– Кострома: Изд-во Костром гос технол ун-та, 2009.–... | ![]() | Трудовое право: Учебно-методический комплекс дисциплины. Для студентов юридических факультетов всех форм обучения. Изд. 2-е доп и... |