Изучение и экспериментальная проверка основных свойств линейных электрических цепей постоянного тока

Министерство высшего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники технологии и управления.

Лабораторная работа по предмету:

«Теоретические основы электротехники»

Изучение свойств электрической цепи постоянного тока.

                                                                       Выполнил:

 студент группы УИТ-32

Бнатов М.А.

Балаково 2005.

Цель работы: изучение и экспериментальная проверка основных свойств линейных электрических цепей постоянного тока: принципов наложения, линейности, взаимности, теоремы об эквивалентном генераторе.

Перечень оборудования:

Лабораторная установка, предназначенная для изучения свойств линейной электрической цепи, представляет собой специальную панель стенда, на которой расположены три источника ЭДС E₁, E_2, E₃, постоянные резисторы R₁, R₂, R₃, R₆, резисторы с переменным сопротивлением R₄, R₅. Для измерения токов используются шесть миллиамперметров магнитно-электрической системы с классом точности 1,5 и пределами измерения 0±1 мА,   установленные на панели стенда (без номера). Для измерения напряжений используется вольтметр магнитно-электрической системы с классом точности 0,5 и пределами измерения 0 – 20В (№12003).

Требования безопасности труда:

1.  Сборку и разборку схемы вести при отключенном питании стенда.

2.  Категорически запрещается включение собранной схемы без проверки ее преподавателем или лаборантом.

3.  При проведении измерений не касаться открытых токоведущих частей.

Задание 1.

Проверка второго закона Кирхгоффа и принципа наложения для напряжений.

1.  Собираем схему.

2.  Включаем источники Е₁ и Е₂. Замеряем напряжения между узлами схемы от действия двух источников Е₁ и Е₂. Результаты записываем в таблицу.

3.  Включаем источник Е₁ и выключаем источник Е₂. Замеряем частичные напряжения между узлами схемы от действия источника Е₁. Результаты записываем в таблицу.

4.  Включаем источник Е₂ и выключаем источник  Е₁. Замеряем частичные напряжения между узлами схемы от действия источника Е₂. Результаты записываем в таблицу.

Запись значений напряжений в таблицу производится с учетом знака.

Источники, действующие в схеме	Напряжения между узлами
	Uab, В	Ubd, В	Ubc, В	Uad, В	Uac, В	Udc, В
Е1 + Е2	-6,6	6,8	2,5	0,2	-4	-4
Е1	-4,6	2,8	1,6	-1,8	-3	-1,2
Е2	-1,8	3,8	1	1,8	-1	-2,8
U∑- алг.сумма частичных напряжений от действия Е1 + Е2	-6,4	6,6	2,6	0	-4	-4

5.  Проверяем выполнение второго закона Кирхгоффа для трех различных контуров. Проверку можно считать удовлетворительной, если левые и правые части уравнений отличаются друг от друга на величину, не большую, чем сумма абсолютных погрешностей отдельных измерений.

Измерения проводятся одним прибором с классом точности γ=0,5 и на одном пределе измерения U_max = 20В, поэтому проверку проводим по соотношениям:

Второй закон Кирхгоффа для данной схемы:

= 0;

 = 0;

 = 0.

Проверка:

=

Для двух источников ЭДС Е₁ + Е₂:

-6,6 + 6,8 – 0,2 = 0;                    ≤ 0,3 – неравенство выполняется;

2,5 + 4 – 6,8 = -0,3;                   ≤ 0,3 - неравенство выполняется;

0,2 – 4 + 4 = 0,2;                       ≤ 0,3 - неравенство выполняется.

Для источника ЭДС Е₁:

-4,6 + 2,8 + 1,8 = 0;                   ≤ 0,3 – неравенство выполняется;

1,6 + 1,2 – 2,8 = 0;                     ≤ 0,3 – неравенство выполняется;

-1,8 – 1,2 + 3 = 0;                       ≤ 0,3 – неравенство выполняется.

Для источника ЭДС Е₂:

-1,8 + 3,8 – 1,8 = 0,2;                ≤ 0,3 - неравенство выполняется;

1 + 2,8 – 3,8 = 0;                        ≤ 0,3 – неравенство выполняется;

1,8 – 2,8 + 1 = 0;                        ≤ 0,3 – неравенство выполняется.

Из этих выражений следует, что второй закон Кирхгоффа для трех различных контуров выполняется.

6.  Проверяем выполнение принципа наложения для напряжений: напряжение между двумя узлами схемы при действии всех источников схемы равно алгебраической сумме частичных напряжений между теми же узлами схемы от действия каждого источника в отдельности.

U_ab^∑ = U_ab(E1) + U_ab(E2) = - 6,4;

U_bd^∑ = U_bd(E1) + U_bd(E2) =6,6;

U_dc^∑ = U_dc(E1) + U_dc(E2) = 2,6;

U_ad^∑ = U_ad(E1) + U_ad(E2) = 0;

U_ac^∑ = U_ac(E1) + U_ac(E2) = -4;

U_dc^∑ = U_dc(E1) + U_dc(E2) = -4.

Сравниваются результаты измерений напряжений от действия сразу двух источников и напряжений, полученных в результате алгебраического суммирования частичных напряжений от каждого источника в отдельности. Принцип наложения выполняется, если

Аналогично для других узлов.

Проверка:

=

– неравенство выполняется;

– неравенство выполняется;

– неравенство выполняется;

– неравенство выполняется;

– неравенство выполняется;

– неравенство выполняется.

Из этих выражений следует, что принцип наложения выполняется.

Задание 2.

Проверка первого закона Кирхгоффа и принципа наложения для токов.

1.  Включаем источники Е₁ и Е₂. Замеряем токи в ветвях схемы от действия двух источников Е₁ и выключаем источник Е₂. Результаты записываем в таблицу.

2.  Включаем источник Е₁ и выключаем источник Е₂. Замеряем частичные токи в ветвях схемы от действия  источника Е₁. Результаты записываем в таблицу.

3.  Включаем источник Е₂ и выключаем источник Е₁. Замеряем частичные токи в ветвях схемы от действия  источника Е₂. Результаты записываем в таблицу.

Измеренные токи записываем в таблицу со знаком плюс, независимо, в какую сторону отклонилась стрелка прибора.

Источники, действующие в схеме	Токи в ветвях
	I1, mA	I2, mA	I3, mA	I4, mA	I5, mA	I6, mA
Е1 + Е2	0,42	0,29	0,72	0,06	0,23	0,46
Е1	0,62	0,2	0,45	0,25	0,07	0,37
Е2	0,2	0,47	0,27	0,29	0,16	0,09
I∑- алг.сумма частичных токов от действия Е1 и Е2	0,42	0,27	0,72	0,04	0,23	0,43

4.  Определяем фактические токи в ветвях. Для этого чертим три остова исследуемой схемы.

                    1                                             2                                             3

Фактическое направление в каждой ветви определяется путем подключения вольтметра параллельно резистору ветви.  Если стрелка вольтметра отклоняется  вправо, то ток через резистор протекает от точки, где подключен плюс вольтметра, к точке, где подключен минус вольтметра. Это направление отмечается на остове  схемы стрелкой. Подключая вольтметр поочередно ко всем резисторам схемы, определяем направления токов во всех ветвях схемы.

Включаем источник Е₁ и выключаем источник Е₂. Определяем фактические направления токов в ветвях, расставляя их направления на остове схемы 2. Фактическое   направление тока  в каждой ветви определяем аналогично изложенному выше.

Включаем источник Е₂ и выключаем источник Е₁. Определяем фактические направления токов в ветвях, расставляя их направления на остове схемы 3. Фактическое   направление тока  в каждой ветви определяем аналогично изложенному выше.