Примеры решения типовых задач по электротехнике Метод узлового напряжения Расчет цепей переменного тока Пример расчета трехфазной цепи Лабораторная работа

Лабораторные работы по электротехнике Оформление защита

Постоянный ток

Лабораторная работа № 1

Измерение потенциалов точек электрической цепи

1. Цель работы

Научиться измерять потенциалы точек электрической цепи и строить потенциальные диаграммы.

Экспериментально проверить справедливость второго закона Кирхгофа.

2. Теоретические сведения и методические указания

Для расчета тока в замкнутом контуре с несколькими источниками ЭДС применяется второй закон Кирхгофа, который гласит, что алгебраическая сумма ЭДС, входящих в контур, равна алгебраической сумме падений напряжения на сопротивлениях этого контура:

∑ ± Еk = ∑ ± Ik Rk = 0.

Как известно, ЭДС внутри источника направлена от отрицательного зажима к положительному. ЭДС и токи, совпадающие с произвольно выбранным направлением обхода контура, считаются положительными, а ЭДС и токи, направленные в противоположном направлении – отрицательными.

Уравнение второго закона Кирхгофа можно представить в таком виде:

∑Е − ∑IR = 0,

из чего следует, что алгебраическая сумма изменений потенциала при полном обходе контура равна нулю.

Наглядной иллюстрацией второго закона Кирхгофа является потенциальная диаграмма, которая дает возможность определить падение напряжения на отдельных участках электрической цепи.

Для построения потенциальной диаграммы замкнутого контура АВСDEA (рис. 3) необходимо определить потенциалы отдельных точек контура.

Рис. 3. Схема замкнутого контура с двумя источниками ЭДС

Будем считать, что известны величины сопротивлений, величины и направления ЭДС E1 и E2.

Точка А контура соединена с землей («заземлена») и, следовательно, потенциал ее равен нулю (φA = 0).

Произвольно выбираем направления тока I в контуре и направление обхода контура (по часовой стрелке). Начнем обход контура от точки A по выбранному направлению. При этом мы проходим через сопротивление R1 по направлению тока. Так как ток направлен от точки с высшим потенциалом к точке с низшим потенциалом, то потенциал точки B ниже потенциала точки A на величину падения напряжения IR1.

Разность потенциалов φA – φB есть падение напряжения между точками A и B, т. е.

φA – φB = IR1.

так как φA = 0, то потенциал точки B по отношению к земле

φB = – IR1.

При переходе от точки B к точке C мы проходим через источник с ЭДС E1 от отрицательного полюса к положительному. В результате действия сторонних сил источника должно произойти повышение потенциала точки C на величину E1. так как источник ЭДС обладает внутренним сопротивлением r01, то в нем происходит падение напряжения I∙r01, что вызывает некоторое уменьшение потенциала точки C. Следовательно, потенциал точки C по отношению к земле равен:

φC = φB + E1 – I r01 = – IR1+ E1 – I r01.

При переходе от точки C к точке D мы проходим через сопротивление R2 по направлению тока, поэтому потенциал точки D ниже потенциала точки C на величину падения напряжения IR2.

Потенциал точки D по отношению к земле равен:

φD = φC – IR2 = – IR1 + E1 – I r01 – IR2.

При переходе к точке E мы проходим через источник с ЭДС E2 от положительного полюса к отрицательному. Следовательно, должно произойти уменьшение потенциала на величину ЭДС E2. Наличие сопротивления r02 у источника ЭДС вызывает в нем падение напряжения Ir02. Следовательно, потенциал точки E по отношению к земле равен:

φE = φD – E2 – Ir02 = – IR1 + E1 – Ir01 – IR2 – E2 – Ir02.

От точки E через сопротивление R3 мы приходим к точке А по направлению тока. Потенциал точки А ниже потенциала точки E на величину падения напряжения IR3, поэтому:

φA = φE – IR3 = – IR1 + E1 + Ir01 – IR2 – E2 – Ir02 –IR3.

Так как потенциал точки А равен нулю (UA = 0), то

– IR1 + E1 + Ir01 – IR2 – E2 – Ir02 –IR3 = 0,

т. е. мы получили уравнение второго закона Кирхгофа для контура ABCDEA.

Это уравнение можно переписать так:

E1 – E2 = IR1 + IR2 + IR3 + Ir01 + Ir02 =i(R1 + R2 + R3 + r01 + r02).

Откуда ток в контуре:

.

Зная потенциалы точек цепи и сопротивления участков, можно построить потенциальную диаграмму.

При построении потенциальной диаграммы по оси абсцисс откладывают сопротивления между точками цепи, а по оси ординат – потенциалы этих точек. Потенциальная диаграмма для рассмотренной электрической цепи показана на рис. 4.

Рис. 4. Потенциальная диаграмма рассматриваемой электрической цепи

Потенциальная диаграмма может быть построена не только аналитическим путем, но и по опытным данным. Для этого потенциалы точек электрической цепи измеряют вольтметром.

Вольтметр должен быть обязательно магнитоэлектрической системы, так как он дает возможность определить знак потенциала, и желательно с двухсторонней шкалой.

При измерении потенциалов отрицательный зажим вольтметра соединяют с точкой а, соединенной с землей, а положительный зажим поочередно подключают к отдельным точкам контура. Если стрелка вольтметра отклонится вправо, то измеряемый потенциал исследуемой точки считается положительным, если влево – отрицательным.

3. Рабочее задание

1. Ознакомиться с источниками ЭДС, реостатами и приборами, необходимыми для выполнения работы, записать их технические данные.

2. Измерить вольтметром ЭДС каждого источника питания.

3. С помощью моста или омметра установить сопротивления реостатов соответственно R1 = 8 Ом, R2 = 10 Ом, R3 = 12 Ом.

4. Собрать схему № 1 (рис. 5) и предъявить ее для проверки преподавателю.

Рис. 5. Схема № 1 для измерения потенциалов точек электрической цепи

5. Включить рубильник SA. Измерить потенциалы точек ABCDE, ток I в контуре и напряжение между точками C и D. Результаты измерений записать в таблицу № 1.

6. Собрать схему № 2 (рис. 6). После проверки ее преподавателем включить рубильник SA. Измерить потенциалы точек ABCDE, ток в контуре и напряжение между точками C и D. Результаты измерений записать в табл. № 1.

Рис. 6. Схема № 2 для измерений потенциалов точек электрической цепи

7. Собрать схему № 3 (рис. 7). включить рубильник SA. Измерить потенциалы точек ABCDE, ток в контуре и напряжение между точками C и D. Результаты измерений записать в табл. № 1.

Рис. 7. Схема № 3 для измерения потенциалов точек электрической цепи

8. Зная значения ЭДС источников питания и сопротивления реостатов, пренебрегая внутренним сопротивлением источников, вычислить для каждой схемы потенциалы точек ABCDE, ток в контуре и напряжение между точками C и D. Результаты расчетов записать в таблицу 1.

Таблица 1

схе-

мы

Опытные данные

Расчетные данные

UA

UB

UC

UD

UE

I

UCD

UA

UB

UC

UD

UE

I

UCD

B

B

B

B

B

А

B

B

B

B

B

B

А

B

1

2

3

9. По опытным и расчетным данным построить потенциальные диаграммы и сравнить их.

4. Содержание отчета

1. Технические данные оборудования и электроизмерительных приборов, используемых в работе.

2. Схемы исследований (3 схемы).

3. Расчет потенциалов точек электрической цепи, тока, протекающего в ней, и напряжения между точками С и D для трех схем.

4. Таблица с опытными и расчетными данными.

5. Потенциальные диаграммы, построенные в масштабе по опытным и расчетным данным (6 диаграмм).

6. Выводы по работе.

5. Вопросы для самопроверки

1. Какое правило знаков соблюдается при написании уравнений по второму закону Кирхгофа?

2. Какие соединения источников электрической энергии называются согласным и встречным?

3. Что такое потенциал точки электрической цепи?

4. что такое потенциальная диаграмма электрической цепи?

5. Какое соотношение между ЭДС и напряжением на зажимах источника электрической энергии?

6. Как записывается закон Ома для пассивного участка цепи?

7. Как записывается закон Ома для замкнутой цепи?

8. Как практически измерить ЭДС источника, напряжение на его зажимах, потенциалы точек электрической цепи?

Список рекомендуемой литературы

1. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник / Л. А. Бессонов. – 10-е изд. – М.: Гардарики, 2002. – С. 28–39.

2. теоретические основы электротехники: в 3-х т. Учебник для вузов. Т. 1. – 4-е изд. / К. С. Демирчян [и др.]. – СПб.: Питер, 2004. – С. 129–174.

Лабораторная работа № 2 Последовательное, параллельное и смешанное соединение приемников Цель работы Экспериментальным путем проверить основные соотношения электрических величин для цепей постоянного тока с последовательным, параллельным и смешанным соединением приемников электрической энергии.

Лабораторная работа № 3 Опытная проверка принципа наложения

Переменный ток

Лабораторная работа № 4 Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением активного и индуктивного сопротивлений Цель работы Экспериментальным путём определить параметры катушки индуктивности. Исследовать влияние материала и конструкции сердечника на величину параметров катушки индуктивности.

Лабораторная работа № 5 Исследование неразветвленной цепи переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями Цель работы Экспериментальным путем получить резонанс напряжений. Исследовать влияние изменения частоты на ток и напряжения на участках неразветвленной цепи, содержащей R, L и С, а также на параметры цепи.

Лабораторная работа № 6 Исследование разветвленной цепи переменного тока с индуктивным и емкостным сопротивлением Цель работы Экспериментальным путем получить резонанс токов. Исследовать влияние изменения частоты на токи и проводимости разветвленной цепи с индуктивным и емкостным сопротивлениями.

Лабораторная работа № 7 Исследование трехфазной цепи при соединении приемников звездой Цель работы Научиться включать приемники электрической энергии звездой. Экспериментальным путем исследовать режимы работы трех- и четырехпроводной трехфазных цепей при равномерной и неравномерной нагрузках фаз.

Лабораторная работа № 8 Исследование трехфазной цепи при соединении приемников треугольником Научиться соединять приемники электрической энергии треугольником. Экспериментальным путём исследовать режимы работы трехфазной цепи, в которой приёмники соединены треугольником, при равномерной и неравномерной нагрузке фаз.


эзотерический магазин
русские сериалы через торрент бесплатно
Расчет цепей постоянного тока