Исследование линейных цепей постоянного тока с последовательным, параллельным и смешанным соединением элементов (Лабораторная работа № 1.2)

Лабораторная работа N 1.2

Исследование линейных цепей постоянного тока с последовательным, параллельным и смешанным соединением элементов

Цель работы:

·  убедиться в соблюдении законов Кирхгофа в линейных цепях постоянного тока;

·  уяснить режимы работы электрической цепи;

·  экспериментально исследовать законы распределения токов, напряжений и мощностей в неразветвленной и разветвленной цепях с одним источником ЭДС.

1. Краткие теоретические сведения

1.1. Последовательным называют такое соединение, при котором в каждом из элементов проходит один и тот же ток. Схема такой цепи представлена на рис.2.1. Режим работы каждого элемента этой цепи и всей электрической цепи характеризуются значениями тока, напряжения и мощности:

·  для тока: ; при этом с уменьшением сопротивления реостата R₂ от бесконечности (режим холостого хода ) до нуля (режим короткого замыкания ) величина тока изменяется от нуля до максимального значения;

·  для напряжения на первом и втором реостатах: ; ; причем напряжение  увеличивается пропорционально току, а напряжение  равно напряжению источника ЭДС при холостом ходе и нулю при коротком замыкании;

·  для мощностей, потребляемых первым и вторым реостатом: ; ; причем мощность  увеличивается пропорционально квадрату тока от нуля при холостом ходе до мощности, отдаваемой источником энергии в цепь , а мощность  равна нулю при холостом ходе и при коротком замыкании.

Полная взаимозависимость режимов работы последовательно соединенных элементов является характерным признаком этого соединения. Если сопротивление  отнести к внутреннему сопротивлению источника ЭДС, то при , от источника во внешнюю цепь (в резистор ) передается максимальная мощность .

Такой режим работы электрической цепи называют согласованным.

Ток при согласованном режиме определяется из выражения:

,                                           (2.1)

где  - ток короткого замыкания; .

Характер изменения напряжения и мощностей в функции тока нагрузки показан на рис.2.2.

1.2. Параллельным называют такое соединение приемников, при котором напряжение на каждом из них одинаково, и режимы их работы не зависят друг от друга. Значения токов в ветвях определяются законом Ома, а тока в неразветвленной части цепи – первым законом Кирхгофа. Схема такой цепи представлена на рис.2.3. Проводимости ветвей равны ; . Эквивалентная проводимость всей цепи равна . Мощность цепи, состоящей из параллельных ветвей, равна

,                 (2.2)

где  - эквивалентное сопротивление двух параллельно

      включенных резисторов.

1.3. Смешанным называют такое соединение приемников, которое сочетает в себе и последовательное и параллельное их соединение. Схема цепи со смешанным соединением приемников приведена на рис.2.4.

Ток в неразветвленной части цепи определяется выражением

, а токи в параллельных ветвях равны

; . Напряжение на реостате с постоянным сопротивлением  изменяется пропорционально току : , а напряжение на параллельно включенных сопротивлениях  и  равно

,

причем при холостом ходе (х.х.) , а при коротком замыкании .

2. Задание, выполняемое при домашней подготовке

2.1. По конспекту лекций, рекомендуемой литературе [1-4] и разделу 1 данной работы освоить методы анализа линейных электрических цепей постоянного тока с одним источником ЭДС, с применением закона Ома, законов Кирхгофа и метода эквивалентных преобразований.

2.2. Произвести расчет токов, напряжений и мощностей в схемах (рис.2.1,2.3,2.4). Величины электрических сопротивлений реостатов , ,  и величина напряжения U источника питания задаются преподавателем.

2.3. Заготовить отчет по требованиям раздела 5.

3. Лабораторное задание

3.1. Собрать электрическую цепь по схеме рис.2.1 и после проверки правильности сборки преподавателем включить блок питания и выставить напряжения u на входе схемы по пункту 2.2. Изменяя  от до , получить 5 отсчетов тока, напряжений и мощности. Показания приборов записать в таблицу 1 (в столбцы “измерено”). Выключить блок питания стенда и после проверки полученных результатов преподавателем, разобрать схему.