Лабораторная работа № 2

Исследование активного двухполюсника

в цепи постоянного тока

Цель работы

Исследование работы двухполюсника на переменное сопротивление, изучение режимов его работы, определение зависимости основных электрических величин цепи от сопротивления нагрузки.

Содержание работы

1. Снятие внешней характеристики источника э.д.с. при двух значениях внутреннего сопротивления.

2. Определение зависимости мощности источника и потерь на его внутреннем сопротивлении, к.п.д., напряжения на зажимах и внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки.

3. Определение параметров двухполюсника по экспериментальным данным и сравнение полученных результатов с расчетными, построение графиков зависимостей тока и мощности от сопротивления приемника.

Основные теоретические положения

Электрической цепью называется совокупность электротехнических устройств, предназначенных для протекания электрического тока. Электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии и промежуточных звеньев (проводов, приборов, аппаратуры коммутации, защиты, регулирования и т.п.), связывающих источники и приемники.

Электрические цепи делятся на простые и сложные. Для расчета простых электрических цепей пользуются законом Ома и правилами последовательного и параллельного соединения сопротивлений. Сложные электрические цепи нельзя рассчитать, пользуясь только законом Ома и вышеназванными правилами. Для их расчета применяют методы узловых и контурных уравнений (метод законов Кирхгофа), метод контурных токов, метод узловых потенциалов (узлового напряжения), метод наложения, метод эквивалентного генератора. Каждый метод пригоден для расчетов электрических цепей постоянного и переменного тока и имеет свою область применения.

Часто при анализе сложных электрических цепей интересуются электрическим состоянием лишь одной ветви, параметры элементов которой могут изменяться. В этом случае нет необходимости производить расчет всей цепи каким-либо из рассмотренных методов, а целесообразнее воспользоваться методом эквивалентного двухполюсника, который основан на замене всей части цепи, кроме рассматриваемой ветви, одним активным элементом (источником э.д.с. или тока) и одним резистивным элементом независимо от количества активных и пассивных элементов. Обоснованием данного метода является теорема об эквивалентном активном двухполюснике, которую можно сформулировать таким образом: любой многоэлементный активный двухполюсник, к которому присоединена пассивная или активная ветвь, может быть заменен эквивалентным двухэлементным двухполюсником с эквивалентными параметрами – эквивалентной э.д.с E_э и эквивалентным внутренним сопротивлением R_э.При этом режим работы ветви, присоединенной к двухполюснику, не изменится.

Режим работы элементов цепи определяется значениями токов, напряжений и рассеиваемых в них мощностей.

Значения тока, напряжения и мощности, при которых работает элемент, определяют его рабочий режим. Значения этих же величин, на которые рассчитан элемент, определяют номинальный режим. В этом режиме получаются наилучшие технико-экономические показатели, учитывающие компромисс между надежностью работы, расходами на эксплуатацию, стоимостью изготовления и другими показателями работы.

В работе любого источника э.д.с., в том числе и активного двухполюсника, в зависимости от величины подключенного к нему сопротивления ветви, принято различать режимы холостого хода, короткого замыкания и режим максимальной мощности.

Режим холостого хода соответствует отсутствию тока в приемнике (приемник отключен, тока в источнике нет): I_хх=0. Напряжение холостого хода активного двухполюсника равно э.д.с. эквивалентного генератора: U_хх= E_э.

Режим короткого замыкания активного двухполюсника возникает, когда сопротивление приемника равно нулю R_н= 0 (выводы источника замкнуты проводом с нулевым сопротивлением). Напряжение на зажимах генератора равно нулю E_э= 0, а ток в режиме короткого замыкания принимает макси­мальное значение, которое определяется внутренним сопротивлением активного двухполюсника R_эи его э.д.с. Е_э:

I_кз= Е_э/R_э= max. (2.1)

Обычно режим короткого замыкания в цепи является аварийным.

В электронике, автоматике в ряде случаев часто решается задача передачи максимальной мощности от источника энергии, т.е. от двухполюсника, к приемнику энергии. Для любого активного двухполюсника мощность, отдаваемая в нагрузку, определяется формулой

Р_н= , (2.2)

где Е_э, R_э, I_э– соответственно эквивалентная э.д.с., сопротивление и ток нагрузки двухполюсника. Величину тока I_Рмах, соответствующую максимуму мощности, отдаваемой в приемник, можно найти из условия

. (2.3)

Равенство будет удовлетворяться при R_н= R_э.

Ток, при котором нагрузке передается максимальная мощность, будет равен

I_Pmax= = = . (2.4)

Максимальное значение мощности, которая может быть передана приемнику от источника,

P_{мах= .} (2.5)

При этом КПД источника определится из выражения

η = = 0,5. (2.6)

Режим максимальной мощности, отдаваемой в нагрузку, называется согласованным режимом работы двухполюсника.

Однако этот режим работы при значительных величинах мощности, отдаваемых в нагрузку, будет экономически нецелесообразен из-за низкого КПД. Обычно используется номинальный режим работы с КПД = 0,8 - 0,9. Номинальный режим работы активных двухполюсников и приемников со­ответствует их работе при токах и напряжениях, на которые они рассчитаны заводами-изготовителями. Номинальные значения токов, напряжений, мощностей указываются в каталогах и паспортах для всех источников и приемников электрической энергии.

Порядок выполнения работы и обработки результатов

1. Определите и запишите в таблицу технические данные используемых в работе электроизмерительных приборов.

2. Соберите электрическую цепь по схеме, представленной на рис.2.1, включив в качестве внутреннего сопротивления источника сопротивление стенда: R_э=R₃.

3. Снимите зависимость напряжения на зажимах источника (на нагрузке) и тока в цепи при изменении сопротивления нагрузки от бесконечности до нуля, включая каждый раз по три лампы лампового реостата. Запишите в табл. 2.1 напряжение на зажимах источника и ток в цепи.

4. Повторите измерения пункта 3, взяв в качестве внутреннего сопротивления источника сопротивление R_э=R₁+R₂.

Дата добавления: 2014-10-14; просмотров: 489; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!