Исследование электрической цепи постоянного тока и ее элементов. Графики зависимости

Лабораторная работа №1

Исследование электрической цепи постоянного тока и ее элементов.

   Цель работы: получение первоначальных навыков сборки цепей, измерения сопротивлений, токов и напряжений; снятие вольт - амперных характеристик (ВАХ) элементов электрической цепи постоянного тока.

   Приборы и оборудование: лабораторная установка, вольтметр, амперметр, соединительные провода, набор сопротивлений.

Краткие теоретические сведения:

Источники питания бывают управляемые и неуправляемые.

Неуправляемый источник – это источник, ЭДС которого не зависит от напряжения или токов других ветвей.

Управляемый источник – напряжение или ток на выходе будет только в том случае, когда на другом участке цепи имеется напряжение или ток.

   Неуправляемый источник питания представляет собой активный двухполюсник (рис.1), внешняя характеристика которого описывается уравнением:   , где  Е - ЭДС генератора, Ri – внутреннее сопротивление генератора.

Рис.1. Неуправляемый источник питания и его ВАХ

Внешняя характеристика генератора в общем случае отличается от линейной. Если в заданных условиях режим генератора не выходит за пределы линейного участка, то генератор можно считать имеющим линейную характеристику. Расчет и построение внешней характеристики линейного генератора выполняется по двум режимам работы: режиму холостого хода и режиму короткого замыкания.

Режим холостого хода (ХХ) соответствует разомкнутым зажимам генератора, R_Н= ∞, ток генератора I равен нулю. Напряжение на внешних зажимах U₁₂=E имеет наибольшее  значение. Этот режим на практике используют для измерения ЭДС генерирующего устройства.

Режим короткого замыкания (КЗ) создается при замыкании внешних зажимов накоротко. Ток КЗ  является наибольшим током, его величина для многих генерирующих устройств является недопустимо большой. Внутреннее сопротивление генератора  определяется угловым коэффициентом tg внешней характеристики. Если выполняется условие >> R_H, где R_H – нагрузочное сопротивление, то источник ЭДС считается идеальным, R_i = 0. Напряжение идеального источника ЭДС U₁₂=E и не зависит от тока.

Кроме режимов ХХ и КЗ различают еще два основных режима: согласованный и номинальный. Согласованный режим характеризуется максимально возможной мощностью передачи энергии от генератора к нагрузке. Это выполняется в том случае, когда R_i =R_H. Номинальный режим генератора – это режим, при котором напряжение, ток и мощность генератора соответствуют тем значениям, на которые они рассчитаны заводами- изготовителями. Величины, определяющие номинальный режим, указываются в паспорте.

На рис.2 приведены графики зависимости U(I), P_H(I), P_Г(I),(I).

U

PГ

E

U,, PH, PГ

                       

1

                       

IK

I

                                                          

Рис.2. Графики зависимости U(I), P_H(I), P_Г(I),(I).

При выполнении данной и последующих лабораторных работ следует помнить, что длительная надежная работа электрической цепи требует предварительной оценки теплового режима ее элементов при заданных условиях работы. Исходными данными для такой оценки являются схема электрической цепи, параметры ее элементов и заданные условия работы, включая возможные запланированные отклонения (изменение схемы соединения и параметров элементов, крайние и аварийные режимы и т. п.).

Оценка теплового режима представляет собой расчет токов или напряжений на каждом элементе цепи и последующее сравнение их с соответствующими допустимыми (номинальными) значениями.

При этом должны выполнятся условия: 

              или                , где U и I – расчетные значения напряжения и тока в резисторе;

U_НОМ и I_НОМ – номинальные (допустимые) значения напряжения и тока в резисторе;

Р_НОМ – номинальная мощность рассеяния резистора;

R_НОМ – номинальное сопротивление резистора.

На резисторы наносится буквенно-цифровая маркировка:

- номинальная мощность Р_НОМ;

- номинальное сопротивление R_НОМ (буквы Е, R или цифра без буквы соответствуют Омам (Ом), К – килоомам (кОм), М – мегаомам (Мом)). При этом буква определяет положение запятой десятичной цифры, например: