Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока (Лабораторная работа № 1)

ЛАБОРАТОРНАЯ    РАБОТА   №1

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ И РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы:

1. Убедиться в соблюдении законов Кирхгофа в линейных цепях по­стоянного тока.

2. Уяснить режимы работы электрической цепи.

3. Определить законы распределения токов, напряжения и мощностей в неразветвленной и разветвленной электрических цепях с одним ис­точником Э.Д.С.

Краткие сведения из теории: последовательным   называют такое соединение, при котором в каждом из элементов проходит один и тот же ток. Дня ана­лиза режимов работы схема (рис.1) запишем следующие уравнения цепи:

-для тока:

отметим, что с уменьшением сопротивления реостата R₂ ток будет увеличиваться от нуля, при холостом ходе (x.x.,R₂ = ∞), дo максимального значения, при короткой замыкании (к.з.,     R₂ = 0);

-для напряжения на первой и втором реостатах:

      ,

причем напряжение U₁ увеличивается пропорционально току, а  напряжение U₂ равно напряжению сети при х.х. и нулю при к.з.;

-для мощностей потребления первым и вторым реостатами

причем мощность Р₁ увеличивается пропорционально квадрату тока от нуля при х.х. - до мощности, отдаваемой источником энергии в цепь , а мощность Р₂ равна нулю при х.х. и при к.з.

Полная взаимозависимость режимов работы последовательно соединенных элементов являются характерным признаком этого соединения. Если под R₁ подразумевать сопротивление проводов линии, а под R₂ сопротивление внешней цепи, то при R₁ = R₂ от источника   во внешнюю цепь передается максимальная мощность:

.

Такой режим работы электрической цепи называют согласо­ванным.

Ток при этом режиме определяется:

где: I_к - ток к.з.;

а напряжение:

Характер изменения напряжения и мощностей в функции тока нагрузки показан на рис.2.

Параллельное   соединение (рис.3) обеспечивает одина­ковое напряжение на всех включенных приемниках и их независимые друг от друга режимы работы. Значения токов в ветвях определяются законом Ома, а тока в неразветвленной части цепи - первый законом Кирхгофа. Проводимости ветвей определяются:

,     .

Эквивалентная проводимость всей пели:

Мощность цепи состоящей из параллельных ветвей:

,

где:  -эквивалентное сопротивление двух параллельно включенных резисторов.

Смешанным   соединением элементов называют сочетание их последовательных и параллельных соединений (рис.4).

Ток в неразветвленной части цепи определяется выражением:

,

а токи в параллельных ветвях:              

.

Напряжение на реостате с постоянным сопротивлением R₁ изменяется пропорционально току I₁:  

,

а напряжение на параллельно включенных сопротивлениях и

причем при х.х. , а при к.з. равно нуле.

Порядок выполнения работа

1. Произвести расчет токов, напряжений и мощностей в исследуемых схемах (рис.1. 3. 4).

Параметры используемых реостатов R₁,R₂, R₃ и величина напряжения источника питания задаются преподавателей, ведущим занятие.

2. Собрать электрическую цепь по схеме рис.1.

Изменяя R₂ от нуля (к.з.) до бесконечности (х.х.), подучить 6 - 8 отсчетов, включая согласованный режим.

Показание приборов записать в таблицу 1.

Выполнить необходимые вычисления и построить зависимости:

U(I), U₁(I), U₂(I) и P(I), P₁(I), P₂(I)

Таблица 1

№ п\п

Измерено

Вычислено

I

U

U1

U2

P

P1

P2

R1

Rэкв

P

А

В

В

В

Вт

Вт

Вт

Ом

Ом

Вт

1

2

3.

4

5

6

3. Собрать электрическую цепь по схеме рис.3.

Изменяя R₂ от бесконечности (х.х.) до значения, при котором ток в неразветвленной части цепи А, получить 6 + 8 отсчетов.

Показания приборов записать в таблицу 2. Выполнить необходимые вычисления и построить зависимости:

I(I₂), I₃(I₂), P(I₂), P₂(I₂), P₃(I₃)

ВНИМАНИЕ. Режим к.з. в данной схеме аварийный.

Таблица 2.