Меню

Исследование режимов работы электрической цепи постоянного тока

Лабораторная работа №1 по теме: «Исследование режимов работы электрической цепи»

Лабораторная работа № 1

Тема : Исследование режимов работы электрической цепи

Цель: Исследование разжимов работы электрической цепи и влияние

сопротивления нагрузки на основные соотношения в цепи

знать : основные методы расчета линейных цепей постоянного тока;

уметь : подбирать параметры элементов по заданным условиям работы цепей и устройств

постоянного тока; выполнять расчеты цепей постоянного тока;

Теоретическое обоснование

В представленной электрической цепи (рисунок 1.1 ) ЭДС источника и его внутреннее сопротивление постоянны. Сопротивление потребителя можно изменять от бесконечно большой величины до нуля. Анализ работы такой цепи можно выполнить с помощью закона Ома для полной цепи:

Рассмотрим возможные случаи режимов работы электрической цепи.

1.Пусть , тогда , напряжение на зажимах генератора имеет наибольшее

значение, равное ЭДС

Такой режим называется режимом холостого хода.

Такой режим называется режимом короткого замыкания

Характер графических зависимостей, получающихся в результате обработки данных,

представлен на рисунке 1.2.

hello_html_19e56161.jpghello_html_6ead4455.png

Рисунок 1.1 — Неразветвленная

Рисунок 1.2 — Зависимость мощностей, тока, напряжения, КПД от сопротивления нагрузки

1 Электрическая схема опыта, электрооборудования и схема

На рисунке 1.3. приведена электрическая схема опыта. При сборке по приведенной

схеме используется следующее оборудование:

— источники постоянного напряжения БП — 15 со встроенными вольтметрами;

— резисторы эквиваленты внутреннего сопротивления источника.

— сопротивление нагрузки реостата 1 кОм;

hello_html_7dff276f.png

Рисунок 1.3 — Неразветвленная электрическая цепь

с переменным сопротивлением

2 Порядок проведения работы

2.1. Ознакомься со схемой опыта, с приборами и оборудованием, используемыми

2.2. Собрать цепь по схеме (рисунок 1.3), дать проверить ее преподавателю.

2.3. Включить цепь. Установить на выходе источника напряжение 20 В.

Произвести опыт холостого хода ( — разомкнуты) и опыт короткого замыкания

( — замкнуты). Измерить ток и напряжение, данные измерений занести в

2.4. Выключатель — разомкнуть. Исследовать рабочий режим электрической цепи,

изменяя сопротивление нагрузки поворотом движка реостата 5-6 раз. Измерить ток

и напряжение. Данные измерений занести в таблицу 1.1.

2.5. Вычислить величину сопротивления нагрузки по закону Ома для всех точек опыта

величину мерности в нагрузке и мощность генератора , а также коэффициент

2.6 Выключить цепь. Утвердить результаты работы. Разобрать схему. Выполнить

3 Здания для учащихся

По данным опытов холостого хода и короткого замыкания определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника.

Для всех точек опыта рассчитать сопротивление нагрузки , величину мощности в нагрузке ; и мощность генератора коэффициент полезного действия и величину падения напряжения внутри источника

На одном графике построить зависимости

Определить графически величину внутреннего сопротивления источника . Для этого воспользоваться графиком . Сравнить полученный результат со значение, рассчитанными в п. 3.1.

Таблица 1.1 — Результаты измерений и вычислений

Контрольные вопросы

В каких режимах может работать электрическая цепь?

Какие параметры электрической цепи определяют из режимов холостого хода и короткого замыкания?

На какие параметры электрической цепи влияет внутреннее сопротивление источника?

При каком сопротивлении нагрузки мощность достигает максимальной величины?

Для каких элементов схемы опасно короткое замыкание?

Обосновать изменение мощности генератора при изменении сопротивления нагрузки.

Содержание отчета

Написать номер, тему и цель лабораторной работы

Нарисовать рисунок 1.3.

Написать оборудование, используемое в лабораторной схеме.

Написать порядок выполнения работы

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1 1.

Ответить на контрольные вопросы.

А.К. Славинский, И.С. Туревский — Электротехника с основами электроники, 2013.-с. 42

Лоторейчук, Е.А.- Теоритические основы электротехники: 2014. –с. 31

  • Все материалы
  • Статьи
  • Научные работы
  • Видеоуроки
  • Презентации
  • Конспекты
  • Тесты
  • Рабочие программы
  • Другие методич. материалы

Номер материала: ДБ-1684003

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Методический конспект преподавателя. Лабораторная работа № 1 Исследование режимов работы электрической цепи постоянного тока
методическая разработка по теме

Попова Ирина Ивановна

Методический конспект преподавателя описывает методику проведения лабораторной работы по исследованию режимов работы электрической цепи постоянного тока с применением информационно – коммуникационной технологии (мультимедийной технологии), интерактивной технологии и методики вовлеченного обучения (громкого обсуждения), опорных конспектов, опережающего задания; содержит инструкционную карту проведения лабораторного занятия.

Скачать:

Вложение Размер
otkrytoe_laboratornoe_zanyatie_2.doc 732 КБ

Предварительный просмотр:

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Краснодарского края

«Славянский сельскохозяйственный техникум»

Цикловая методическая комиссия технических дисциплин

Методический конспект преподавателя Поповой И.И.

ОП. 04 Электротехника и электронная техника

Занятие № 8. Лабораторная работа № 1 Исследование режимов работы электрической цепи постоянного тока

Специальность 35.02.07 Механизация сельского хозяйства

г. Славянск-на-Кубани, 2016

Рассмотрено на заседании

цикловой методической комиссии

протокол ____ от __________

председатель цикловой комиссии

Методический конспект преподавателя описывает методику проведения лабораторной работы по исследованию режимов работы электрической цепи постоянного тока с применением информационно – коммуникационной технологии (мультимедийной технологии), интерактивной технологии и методики вовлеченного обучения (громкого обсуждения), опорных конспектов, опережающего задания.

Компьютерные технологии, в частности презентации темы, повышают интерес к предмету, позволяют разнообразить формы проведения уроков, осовременить их, обеспечить наглядность, привнести зрелищность и наглядность, осуществить межпредметные связи.

Определенное значение имеют презентации на всех этапах практического занятия. Слайд-фильм позволяет на одном слайде показать условие задания, на другом поэтапное ее решение, сделать ссылку на теоретические моменты, остановиться на типовых ошибках, при этом значительно экономиться время.

Демонстрируемые слайды позволяют включить материал, которого нет в учебной литературе (сведения из Интернета) или другой литературы.

Для активизации опорных знаний перед началом выполнения лабораторной работы используется метод «громкого обсуждения».

Во время проведения измерений, обработки и анализа полученных данных используется интерактивная технология, где преподаватель выступает в качестве консультанта.

В лабораторной работе используется современная электронная техника, которая осваивается обучающимися с использованием метода опережающего задания.

Лабораторная работа выполняется бригадным методом, что позволяет разнообразить виды учебной деятельности. Обучающиеся отвечают на контрольные вопросы, решают тренинговые задачи по опорным конспектам практико-ориентированным методом.

Многообразие методов и форм проведения лабораторной работы позволяет максимально использовать знания и умения обучающихся по исследуемому вопросу и активизировать их работу на занятии.

Вид занятия (тип урока): лабораторная работа с применением интерактивной технологии, информационно-коммуникационной технологии.

  • обобщение, систематизация, углубление и закрепление теоретических знаний по темам 1. 4 Принципы составления электрических цепей постоянного тока, 1.5 Основные законы электрических цепей постоянного тока;
  • формирование умений применять полученные теоретические знания на практике;
  • формирование учебных навыков (умений выполнять расчеты, строить графики), необходимых в последующей учебной работе на профессиональных дисциплинах;
  • формирование умений выполнения профессиональных функций при работе с инструктивными материалами;
  • формирование умений анализировать и обосновывать полученные результаты расчетов и графиков, понимать их практическую значимость.
  • формирование профессиональных качеств: самостоятельности, ответственности, умения работать в команде;
  • развитие у будущих специалистов познавательных, интеллектуальных, аналитических, рационализаторских способностей;
  • формирование умений работать в должном темпе;
  • формирование умений читать и собирать простые электрические цепи, включать в них измерительные приборы;
  • формирование умений измерять токи и напряжения, проверять соблюдение закона Ома в линейной электрической цепи методом расчета параметров цепи;
  • формирование умений исследовать влияние изменения сопротивления нагрузки на режим работы цепи во избежание аварийных ситуаций в будущей профессиональной деятельности при работе с электрооборудованием.
  • расшифровать элементы схемы, собрать цепь, установить защиту цепи и исходные позиции измерительных приборов;
  • измерить и рассчитать параметры цепи;
  • построить графики и сравнить их с теоретическими аналогами.
  • способы получения, передачи и использования электрической энергии;
  • электротехническая терминология;
  • основные законы электротехники;
  • характеристики и параметры электрических полей;
  • свойства проводников, электроизоляционных материалов;
  • методы расчета и измерения основных параметров электрических цепей;
  • принципы действия, устройство, основные характеристики электротехнических и электронных устройств и приборов;
  • принципы выбора электрических и электронных устройств и приборов, составления электрических цепей;
  • правила эксплуатации электрооборудования;
  • использовать основные законы и принципы теоретической электротехники и электронной техники в профессиональной деятельности;
  • читать электрические и монтажные схемы;
  • рассчитывать параметры электрических цепей;
  • пользоваться электроизмерительными приборами и приспособлениями;
  • подбирать устройства электронной техники, электрические приборы и оборудование с определенными параметрами и характеристиками;
  • собирать электрические схемы.

Проверка готовности обучающихся и аудитории, перекличка присутствующих, деление обучающихся на подгруппы.

Объявление темы работы, целей, задач, порядка выполнения работы.

Проверка опорных знаний обучающихся.

Проведение инструктажа по охране труда и технике безопасности.

2. Основная часть.

Проведение измерительных работ.

Письменная работа над контрольными вопросами.

Тренинговое решение логических задач с использованием закона Ома и законов сохранения энергии.

Расчет параметров цепи.

3. Заключительная часть.

Анализ графических зависимостей и их сравнение с теоретическими данными.

Рассмотрение причин и следствий аварийных режимов работы цепи.

Составление выводов по работе.

Оценка результатов работы.

Материально-техническое обеспечение занятия:

Наглядные пособия : презентация.

Раздаточный материал : дидактический материал, инструкционные карты, бланки отчетов.

Технические средства обучения : комплект учебно-лабораторного оборудования «Электротехника и основы электроники» (модули: источник питания, сопротивления добавочные, мультиметры, измерительные приборы); мультимедийный комплекс; интерактивная доска; аппаратно-программый комплекс «Виртуальный учитель».

основная: Евдокимов, Ф. Е. Общая электротехника : учебник для учащихся не электротехнических специальностей техникумов / Ф. Е. Евдокимов. – М. : Высшая школа, 2004;

дополнительная: Лобзин, С. А. Электротехника. Лабораторный практикум : учебное пособие для среднего профессионального образования / С.А. Лобзин. – М. : Академия, 2010.

Элементы занятия, учебные вопросы

Методы и формы обучения, приемы освоения

Добавления, изменения, замечания

Проверка санитарного состояния аудитории.

Проверка состава учебной группы.

Деление группы на три подгруппы

Цели, задачи, план занятия, порядок работы в подгруппах (одна подгруппа выполняет измерения, две подгруппы решают тренинговые задачи,письменно отвечают на контрольные вопросы, затем подгруппы меняются), мотивация обучения (каждое пятое возгорание связано с нарушением работы режимов электрической цепи), критерии оценок (построение и анализ графиков, выводы по работе – «3», дополнительно ответы на контрольные вопросы – «4», дополнительно решение не менее пяти тренинговых задач – «5»

Актуализация опорных знаний

Основные элементы электрической цепи, направление тока, распределение напряжений.

Фронтальный опрос, запись ответов на аудиторной доске – иллюстративный метод.

Составление формул для расчета параметров цепи по закону Ома, балансу цепи: , , , , , ,

Фронтальный опрос, комментарий ответов, запись ответов на аудиторной доске – иллюстративный метод.

Нагрузочная характеристика цепи, режимы работы цепи: , короткого замыкания, холостого хода, номинальный, согласованный. Аварийные режимы.

Устный опрос, комментарий ответов, элементы ИКТ (презентация). Громкое обсуждение.

Основной этап занятия

Инструктаж выполнения лабораторной работы, выдача бланков-отчетов, тренинговых задач «Дорожная карта».

Рассказ, инструктаж по технике безопасности и охране труда, элементы ИКТ (Виртуальный учитель)

Работа в подгруппах. Проведение измерений.

Рассказ, практические действия, элементы интерактивной технологии, опережающие задания, форма работы — групповая

Работа в подгруппах. Письменные ответы на контрольные вопросы.

Элементы практико-ориентированного метода. Элементы интерактивной технологии (дистанционное консультирование) Самостоятельная работа.

Работа в подгруппах. Решение тренинговых задач «Дорожной карты» по расчету параметров простейшей электрической цепи.

Элементы практико-ориентированного метода проектов. Элементы интерактивной технологии (дистанционное консультирование) Самостоятельная работа.

Расчет параметров цепи.

Самостоятельная работа студентов. Элементы ИКТ (презентация).Самостоятельная работа.

Элементы интерактивной технологии. Самостоятельная работа студентов. Элементы ИКТ (презентация). Самостоятельная работа.

Подведение итогов занятия

Рассказ, беседа. Элементы ИКТ (презентация).

Причины и следствия аварийных режимов работы электрической цепи.

Рассказ, беседа. Элементы ИКТ (презентация).

Составление выводов по работе.

Беседа. Элементы интерактивной технологии. Форма работы – групповая.

Оценка результатов работы.

Лабораторная работа № 1

Тема занятия Исследование режимов работы электрической цепи постоянного

Цель выполнения задания:

  • получить навыки сборки простых электрических цепей, включения в электрическую цепь измерительных приборов;
  • научиться измерять токи и напряжения, убедиться в соблюдении закона Ома в линейной электрической цепи;
  • исследовать влияние изменения сопротивления нагрузки на режим работы цепи.
  • способы получения, передачи и использования электрической энергии;
  • электротехническая терминология;
  • основные законы электротехники;
  • характеристики и параметры электрических полей;
  • свойства проводников, электроизоляционных материалов;
  • методы расчета и измерения основных параметров электрических цепей;
  • принципы действия, устройство, основные характеристики электротехнических и электронных устройств и приборов;
  • принципы выбора электрических и электронных устройств и приборов, составления электрических цепей;
  • правила эксплуатации электрооборудования;
  • использовать основные законы и принципы теоретической электротехники и электронной техники в профессиональной деятельности;
  • читать электрические и монтажные схемы;
  • рассчитывать параметры электрических цепей;
  • пользоваться электроизмерительными приборами и приспособлениями;
  • подбирать устройства электронной техники, электрические приборы и оборудование с определенными параметрами и характеристиками;
  • собирать электрические схемы.

Оборудование (приборы, материалы, дидактическое обеспечение):

  • вариативные тренинговые задачи «Дорожные карты»;
  • комплект учебно-лабораторного оборудования «Электротехника и основы электроники» (модули: источник питания, сопротивления добавочные, мультиметры, измерительные приборы);
  • мультимедийный комплекс;
  • интерактивная доска;
  • аппаратно-программый комплекс «Виртуальный учитель».

Основные теоретические положения

При изменении сопротивления нагрузки от до можно получить режимы короткого замыкания, холостого хода, рабочий режим.

Короткое замыкание получим, если при замкнутом выключателе установим сопротивление . В цепи возникает наибольший ток (ток короткого замыкания):

где — ток короткого замыкания, А;

— ЭДС источника питания, В;

— внутреннее сопротивление источника, Ом.

Холостой ход можно получить, разомкнув выключатель, при этом ток в цепи будет отсутствовать:

где — ток холостого хода, А.

Изменение тока от до вызывает изменение напряжения и мощности на отдельных участках цепи.

,

— напряжение на внутреннем сопротивлении источника, В.

— напряжение на переменном резисторе, В.

— мощность потерь внутри источника ЭДС, Вт.

— полезная мощность на переменном резисторе, Вт.

КПД цепи определяется по формуле:

Ход выполнения задания, методические указания:

  1. По электрической схеме соберите электрическую цепь.
  1. Измерьте ЭДС источника электрической энергии.
  2. Изменяя положения движка переменного резистора, произведите измерение тока и напряжения в цепи.
  3. Данные измерений и результаты расчетов запишите в таблицу.

Источник

Исследование режимов работы электрических цепей постоянного тока при наличии в схемах источников эдс

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследование режимов работы электрических цепей постоянного тока при наличии в схемах источников электродвижущей силы (ЭДС). Сопоставление результатов расчета с экспериментом.

Источник ЭДС представляет собой активный элемент с двумя зажимами. Упорядоченное перемещение в нем положительных зарядов от меньшего потенциала к большему возможно за счет присущих ему сторонних сил.

ЭДС источника – это величина работы, совершаемой при перемещении единичного заряда от отрицательного зажима источника к положительному.

Под потенциальной диаграммой понимают график распределения потенциала вдоль какого-либо участка цепи или замкнутого контура. По оси абсцисс откладывают сопротивление вдоль контура, начиная с произвольной точки, по оси ординат – потенциалы.

Подготовка к работе

1. Для схемы рис.1 рассчитаем значения тока и напряжения источников энергии, построим потенциальные диаграммы, принимая за нуль потенциал отрицательного зажима источника E3 (R2=35 Ом; R5=30 Ом; Е1=6,6 В; Е3=12,9 В; rв1=1,73 Ом; rв3=2,67 Ом)

U1 = E1-Irв1 = 6,6 – 0,281·1,73 ≈ 6,11(B)

U3 = E3-Irв3 = 12,9 – 0,281·2,67 ≈ 12,15(B)

φb = φa + E3 = 12,9 (B)

φc = φb – Irв3 = 12,9 – 0,281·2,67 = 12,14973 ≈ 12,15 (B)

φd = φc – IR2 = 12,15 – 0,281·35 = 2,315 ≈ 2,32 (B)

φe = φd + E1 = 2,32 + 6,6 = 8,92 (B)

φf = φe – Irв1 = 8,92 – 0,281·1,73 = 8,43387 ≈ 8,43 (B)

φa = φf – IR5 = 8,43 – 8,43 = 0

Потенциальная диаграмма для схемы рис.1 изображена на рис.2.

Теперь для схемы рис.3 рассчитаем ток и напряжения источников энергии, построим потенциальную диаграмму, принимая за нуль потенциал отрицательного зажима источника Е3 (R2=35 Ом; R5=30 Ом; Е1=6,6 В; Е3=12,9 В; rв1=1,73 Ом; rв3=2,67 Ом).

U1 = E1-Irв1 = 6,6 – 0,091·1,73 ≈ 6,44(B)

U3 = E3-Irв3 = 12,9 – 0,091·2,67 ≈ 12,66(B)

φb = φa + E3 = 12,9 (B)

φc = φb – Irв3 = 12,9 – 0,091·2,67 = 12,65703 ≈ 12,66 (B)

φd = φc – IR2 = 12,66 – 0,091·35 = 9,475 ≈ 9,48 (B)

φe = φd – Irв1 = 9,48 – 0,15743 = 9,32257 ≈ 9,32 (B)

φf = φe – E1 = 9,32 – 6,6 = 8,43387 ≈ 2,72 (B)

φa = φf – IR5 = 2,72 – 2,73 ≈ 0

Потенциальная диаграмма для схемы рис.3 изображена на рис.4.

2. Для схемы рис.5 рассчитаем ток и построим потенциальную диаграмму, принимая за нуль потенциал отрицательного зажима источника E3 (R1=30 Ом; R2=35 Ом; R4=37,5 Ом; R5=30 Ом; rв1=1,73 Ом; rв2=1,79 Ом; rв3=2,67 Ом; E1=6,6 B; E2=12,7 B; E3=12,9 B).

φB = φA + E3 = 12,9 (B)

φС = φB – Irв3 = 12,9 – 0,137·2,67 = 12,53421 ≈ 12,53 (B)

φD = φC – IR5 = 12,53 – 0,137·30 = 8,42 (B)

φE = φD – IR2 = 8,42 – 0,137·35= 3,625 ≈ 3,63 (B)

φF = φE – Irв1 = 3,63 – 0,137·1,73 = 3,39299 ≈ 3,39 (B)

φG = φF – E1 = 3,39 – 6,6 = – 3,21 (B)

φH = φG – IR4 = – 3,21 – 0,137·37,5 = – 8,3475 ≈ – 8,35 (B)

φK = φH – Irв2 = – 8,35 – 0,137·1,79 = – 8,59523 ≈ – 8,6 (B)

φL = φK + E2 = – 8,6 + 12,7 = 4,1 (B)

φA = φL – IR1 = 4,1 – 0,137·30 ≈ 0 (B)


Потенциальная диаграмма для схемы рис.5 изображена на рис.6.

Порядок выполнения работы

Последовательная цепь постоянного тока с двумя источниками ЭДС

1. Соберем цепь согласно рис.1.

2. При разомкнутом рубильнике измерим величины ЭДС. Результаты запишем в табл.1.

3. Включим рубильник и произведем измерения. Результаты измерений запишем в табл.1.

4. Соберем схему согласно рис.3. Результаты измерений занесем в табл.1.

5. По данным табл.1 найдем падения напряжений внутри источников, сопротивления R2 и R5, внутренние сопротивления источников rв1 и rв3.

6. По данным табл.1 построим потенциальные диаграммы для обеих схем, принимая за нуль отрицательный зажим источника E3.

Источник



Исследование цепи постоянного тока

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Саратовский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторной работе 2

по курсу «;Электротехника и электроника»;

для студентов всех специальностей

Технологического института СГТУ

Лабораторная работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: опытным путем определить потери напряжения и мощности в цепи в зависимости от тока в цепи. Определить внутреннее сопротивление источника и сопротивление линии. Проверить баланс мощностей в цепи. Исследовать КПД передачи энергии от источника к приемнику.

Электрическая энергия может совершать полезную работу в том случае, если образована простейшая электрическая цепь, состоящая из трех основных элементов: источника электрической энергии (далее источника); приемника электрической энергии (далее приемник или нагрузка); электрических проводов связывающих источник с нагрузкой. Простейшая электрическая цепь может содержать также выключатели, измерительные приборы, предохранители и т.д.

При расчетах и анализе электрической цепи источники и приемники изображают в виде схемы замещения. Схема замещения простейшей электрической цепи показана на рис.1.

Рис.1. Простейшая электрическая цепь

Для простейшей электрической цепи справедливы следующие соотношения:

U = E -R ВТ I – уравнение электрического равновесия;

– закон Ома для простейшей цепи,

Р И = Р Н +Р ВТ – уравнение баланса мощностей;

где Е – ЭДС источника, в вольтах; R Н – сопротивление нагрузки, Ом; R ВТ – внутреннее сопротивление источника, Ом; U Н – напряжение на зажимах приемника, в вольтах; I – ток в цепи, в амперах; Р И = ЕI – мощность, развиваемая источником, в ваттах; Р ВТ = R ВТ I 2 – мощность потерь в источнике, в ваттах; Р Н = U Н I – полезная мощность на нагрузке, в ваттах.

При передаче электрической энергии по линии электропередачи в ней теряется часть напряжения U Л = 2R Л I и мощности Р Л = 2R Л I 2 . В связи с этим напряжение на зажимах нагрузки меньше, чем напряжение источника на величину

U Н = U И — U Л = Е – I(R ВТ + 2R Л ),

где R Л – сопротивление одного провода двухпроводной линии.

Схема замещения цепи с учетом сопротивления линии показана на рис.2.

Рис.2. Неразветвленная цепь постоянного тока

Линии передачи выполняются медными, алюминиевыми и реже стальными проводами. Сопротивление металлического проводника зависит от его длины l , площади поперечного сечения S и электропроводящих свойств металла, из которого выполнен проводник

где ρ – удельное электрическое сопротивление, в СИ [ ρ ] = Омм, следовательно, 1

 — удельная проводимость, [] = См/м.

Для медных проводов ρ = 0,0175 мкОмм;  = 56 МСмм

Для алюминиевых проводов ρ = 0,0286 мкОмм;  = 35 МСмм.

С повышением температуры сопротивление металлического проводника увеличивается в соответствии с формулой

R 2 = R 1 + R 1  ( 2 —  1 ) = R 1 (1+ ( 2 —  1 )),

где R 1 , R 2 – значение сопротивления при температурах  1 и  2 в Омах. Значение R 1 для различных проводников при температуре 20 о С приводится в справочниках;

 – температурный коэффициент электрического сопротивления, равный относительному изменению сопротивления при изменении температуры на 1 о С.

Величина обратная сопротивлению называется проводимостью G= . Единица измерения проводимости называется Сименсом (См).

На практике сечения проводов линии электропередачи выбирают с таким расчетом, чтобы потеря напряжения в них не превышала:

для осветительной сети у наиболее удаленных источников света внутреннего рабочего освещения цехов и прожекторных установок наружного освещения не более минус 2,5%, плюс 5% номинального напряжения;

для электрических двигателей минус 5%, плюс10%.

Для цепи постоянного тока выражение для энергии электрического тока, преобразуемой в приемнике с сопротивлением R (закон Джоуля-Ленца) имеет вид

Единица энергии 1В1А1с = 1ВАс = 1 Втс = 1 Дж.

При расчетах электроэнергетических установок в качестве единиц энергии выбирают ватт-час или киловатт-час.

Мощность в цепи постоянного тока

Единица мощности 1В1А = 1ВА = 1Вт (ватт).

В электроэнергетике широко применяют единицы мощности киловатт (кВт) и мегаватт (МВт), причем 1 кВт = 10 3 Вт и 1 МВт = 10 6 Вт, а в слаботочной и измерительной технике – милливатт (мВт), причем 1 мВт = 10 -3 Вт.

Важнейшими характеристиками для простейшей цепи являются зависимости напряжения на зажимах приемника, мощности нагрузки, мощности потерь в источнике и КПД от тока. Эти зависимости при заданных значениях Е и R ВТ могут быть выражены формулами

Р Н = UI = EI – R ВТ I 2

Максимальная мощность в нагрузке развивается при равенстве сопротивления нагрузки и источника, то есть R Н = R ВТ . Это согласованный режим работы цепи. При этом КПД = 0,5. Он применяется в слаботочных цепях, в частности в электронных усилителях, где КПД не играет существенной роли. В сильноточных цепях R Н R ВТ , а КПД близок к единице. Зависимости U(I); P H (I); P BT (I); (I) приведены на рис.3.

Рис.3. Зависимость напряжения, мощности и КПД простейшей цепи от нагрузки

На рис.3 ток I К – ток короткого замыкания, когда сопротивление нагрузки равно нулю.

Описание экспериментальной установки

Исследуемая цепь состоит из источника постоянного тока, клеммы которого выведены на панель стенда, модели двухпроводной линии с выводами и ламп накаливания в качестве нагрузки. Для изменения режимов работы цепи на стенде имеются выключатели: S 1 для включения цепи; S 2 S 6 — для регулирования силы тока в цепи. Схема опыта представлена на рис.4. Напряжение источника питания не более 50 В.

Рис.4. Схема опыта

ПРИБОРЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Для измерения тока на стенде установлены аналоговые показывающие амперметры класса точности 1,5. Систему прибора и предел измерения необходимо выбрать согласно заданию, пункт 4.1. Напряжение необходимо измерять цифровым вольтметром постоянного тока типа ВР – 11А или цифровым мультиметром АРРА – 201.Порядок работы с этими приборами приведен на стенде. Там же даны формулы для подсчета погрешностей цифровых приборов.

В данной лабораторной работе при измерениях используется метод непосредственного отсчета с прямыми однократными измерениями.

Точность прямых измерений оценивается определением абсолютной максимальной погрешности прибора. Для аналоговых показывающих приборов абсолютная погрешность определяется по формуле

где A m – верхний предел измерения прибора; G– класс точности прибора.

Для цифровых приборов выражение для определения абсолютной погрешности для каждого типа приборов различно и приведено на лабораторном стенде.

Результат измерения записывается в виде

где А – показание прибора.

При выполнении лабораторной работы в таблицу наблюдений записывать показания приборов.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

1. Перед сборкой схемы убедитесь в том, что стенд отключен от сети. Ручка пакетного выключателя при этом находится в положении «откл», а сигнальная лампа не горит.

Стенд включается только преподавателем или лаборантом после проверки схемы.

При измерениях не касаться оголенных токоведущих частей. Провода от измерительных приборов держать за изолированные части.

По окончании измерений выключить стенд.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Выбрать измерительные приборы. Для этого у преподавателя получить данные по напряжению источника и мощности ламп накаливания. Амперметр выбрать по максимальному току нагрузки.

Получить выбранные приборы у преподавателя и записать их технические характеристики, указав: наименование прибора, его марку, тип системы измерительного механизма, предел измерения, класс точности, заводской номер.

Собрать схему опыта и показать ее преподавателю для проверки.

При отключенной нагрузке (тумблеры S2S6 отключены) замерить напряжение источника в режиме холостого хода и записать в рабочую тетрадь (U ИХХ ).

Включить одну лампочку в нагрузке и произвести замеры тока в цепи I, напряжения на зажимах источника U И , напряжения на нагрузке U Н и падение напряжения на активном сопротивлении R Л провода линии U пров . Результаты наблюдений записать в табл.1.

Далее поочередно включать остальные лампы нагрузки, не выключая предыдущих, проводя каждый раз измерения тока и напряжения.

Примечание: При измерении напряжения на проводе линии следует вольт- метр переключить на меньший предел измерения.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ

По данным наблюдений вычислить и записать в табл.2 следующие величины:

мощность развиваемую источником Р1 = IU ИХХ ;

мощность отдаваемуюв источником Р И = IU И ;

потери мощности в источнике Р ВТ = Р1 – Р И ;

сопротивление одного провода линии R Л = U пров /I;

потерю напряжения в линии U Л % = ;

потери мощности в линии Р Л = 2R Л I 2 ;

мощность нагрузки Р Н = IU Н ;

По результатам наблюдений и вычислений построить на двух графиках следующие зависимости:

на первом U И (I); U Н (I); U Л (I);

на втором Р(I); Р Н (I); (I).

Составить уравнение баланса мощностей для исследуемой цепи и проверить его при максимальном токе.

Вычислить максимальную относительную погрешность измерения тока, напряжения, мощности, записать по одному значению указанных величин с оценкой погрешности.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

Отчет оформляется каждым студентом на отдельном листе или в отдельной тетради. Отчет должен содержать название института, лабораторной работы, формулировку цели работы, схему опыта, перечень применяемых приборов и их характеристики, результаты наблюдений и вычислений: формулы, используемые при вычислениях, графики, выполненные на миллиметровой бумаге (или бумаге в клетку).

В отчете должны быть сведения по оценке точности измеряемых и вычисляемых величин.

В конце отчета делаются выводы по работе, в которых приводится анализ изменения каждой из зависимостей, приведенных на графике. В выводах по потере напряжения в линии дать заключение о пригодности линии для осветительной сети. Дать заключение о правильности применяемых приборов, учитывая, что при правильном применении прибора его стрелка должна показывать измеряемые значения во второй половине шкалы прибора.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Начертите простейшую электрическую цепь и напишите для нее закон Ома, уравнение равновесия напряжений, уравнение баланса мощностей.

2. От каких величин зависит сопротивление проводов?

3. Написать уравнение баланса мощностей для простейшей цепи, дать ему анализ.

4. При каком условии цепь работает в согласованном режиме? Каковы достоинства и недостатки этого режима? Где он применяется?

5. Каковы допустимые значения потери напряжения в линии при осветительной нагрузке?

6. Какими способами можно снизить потери напряжения в линии?

7. Написать формулы энергии и мощности в цепи постоянного тока и указать единицы их измерения.

Касаткин, А.С. Электротехника: Учеб. Для вузов/. А.С. Касаткин, М.В. Немцов.- 9 – е изд., стер.- М.: Издательский центр “Академия”,2005.-544 с. ISBN5-7695-2144-9

Время, отведенное на лабораторную работу

Домашняя подготовка к работе

Выполнение работы в лаборатории

Обработка результатов измерений

Оформление протокола дома

Получение зачета по лабораторной работе

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторной работе по курсу

Источник

Читайте также:  Внутреннее сопротевление источника тока