Лабораторная работа на тему «Разветвленная электрическая цепь постоянного тока»

1. Изучить разные методы (алгоритмы) расчета сложных электрических цепей (по законам Кирхгофа, метод контурных токов, метод наложения, метод узловых потенциалов иметод эквивалентного генератора).

2. Нарисовать в отчете схему электрической цепи (рис. 1). Затем в соответствии свариантом задания (табл. 1, табл. 2) провести изменение схемы:

• исключить из схемы отсутствующие источники ЭДС (помечены словом “нет” в табл.2) и разорвать цепь подключения источников ЭДС;
• исключить источники ЭДС, замкнув накоротко цепь их подключения при Е = 0;

• изменить полярность подключения источников ЭДС при отрицательном значении их ЭДС;

• исключить из схемы элементы сопротивления, имеющие бесконечное значение сопротивления (табл. 1), разорвав соответствующие ветви;з
• амкнуть точки подключения сопротивлений при R = 0. Таблица 1

Полученный вариант схемы нарисовать в отчете по лабораторной работе.

Если в полученной схеме имеются последовательно включенные сопротивления, то их необходимо заменить одним с эквивалентным значением сопротивления и полученныйокончательный вариант схемы зарисовать в отчете, указав на схеме около позиционногообозначения элементов заданные сопротивления элементов (резисторов) и ЭДС источниковпитания.

Настоящая схема используется в лабораторной работе для расчета и исследованияэлектрической цепи разными методами анализа.

3. Провести расчет полученной электрической цепи на основе законов Кирхгофа,метода контурных токов и метода узловых потенциалов.

Вычисленные значения токов и падений напряжений во всех ветвях исследуемойэлектрической цепи записать в отчете по лабораторной работе (табл. 3).

Полученные результаты преобразования схемы электрической цепи и значениярезультатов вычислений по п. 1 — п. 3 перед проведением лабораторной работы согласовать иобсудить с преподавателем.

Таблица 2

Задание 1. На лабораторном стенде или в среде САПР собрать исследуемуюэлектрическую цепь на основе полученной после преобразований в соответствии с вариантом работы схемы, предварительно подобрав резисторы с заданным сопротивлением и источникиЭДС.

С помощью цифрового вольтметра провести измерение ЭДС источников Еj и паденийнапряжений на всех сопротивлениях цепи u_Rk, а с помощью цифрового амперметра провестиизмерение токов во всех ветвях электрической цепи i_Rk.

Полученные значения результатов измерений занести в табл. 3 отчета по лабораторнойработе. Провести сопоставление расчетных значений и результатов измерений и сделатьвывод о соответствии полученных значений.

Если полученные значения результатов в значительной степени не соответствуют другдругу, то необходимо провести проверку проведенного анализа, результатов вычислений иизмерений.

Таблица 3

Задание 2. Провести проверку баланса активной мощности в исследуемойэлектрической цепи.

Для этого в соответствии с выражениями (7), (8) теоретической части работы определить мощности P_Ej и P_Rj – вырабатываемые всеми источниками электрическойэнергии и выделяемые на всех сопротивлениях, соответственно, и сравнить их. Для расчетовиспользовать результаты измерений токов и напряжений (табл. 3).

После чего в соответствии с выражением (8) сделать вывод о выполнении (невыполнении) баланса активной мощности в исследуемой электрической цепи.

Полученные значения результатов занести в отчет.

По результатам проведенных исследований сделать выводы:

• о соответствии расчетных и экспериментальных значений результатов (задание 1) ио возможных причинах несоответствия;
• о возможности использования для исследований метода холостого хода и короткогозамыкания — эквивалентного генератора;
• о справедливости условия передачи максимальной мощности в нагрузку

Контрольная работа

1. Дайте определение электрического тока. Какой ток называется постоянным, переменным и пульсирующим? Какое направление электрического тока принимают заположительное?
2. Какие понятия определяет сопротивление электрической цепи? Что понимают подсопротивлением как элементом электрической цепи?
3. Охарактеризуйте законы Ома для участков однородной и неоднородной цепи.
4. Дайте определения первому и второму законам Кирхгофа. Какой баланс они устанавливают?
5. Что называется вольтамперной характеристикой и временной диаграммойэлектрической цепи? Чем отличаются линейные и нелинейные электрические цепи, цепипостоянного и переменного электрического тока?
6. Что Вы понимаете под эквивалентным сопротивление электрической цепи иэквивалентными источниками электрической энергии.
7. Напишите выражения и поясните их вывод для замены последовательного и параллельного соединения сопротивлений эквивалентным сопротивлением.
8. Напишите выражения и поясните их вывод для эквивалентного преобразования соединения в виде треугольника в соединение типа “звезда” и обратно.
9. Расскажите про эквивалентную замену последовательно включенных источниковЭДС.
10. Расскажите про эквивалентную замену источников ЭДС источниками тока.
11. Какие алгоритмы и методы расчета электрических цепей Вы знаете? Что понимают под “расчетом электрических цепей”?
12. Поясните алгоритм использования для расчета электрических цепей законов Кирхгофа. Какие узлы и контуры называются независимыми?
13. Поясните метод контурных токов и его использование для расчета электрических цепей.
14. Почему при расчете электрических цепей с использованием законов Кирхгофа иметода контурных токов не рассматриваются ветви и контуры, содержащие источники тока?
15. Расскажите про метод наложения и методику его использования для расчетаэлектрических цепей.
16. Поясните название “частичные токи”. Как они определяются прииспользовании метода наложения?