Исследование электрической цепи производится на установке постоянного тока, состоящей из трех ветвей с двумя источниками напряжения. В качестве первого источника Е 1, Rвн 1 используется выпрямитель. Второй источник Е 2, Rвн 2 - аккумуляторная батарея. При этом ЭДС источника Е 1 больше ЭДС Е 2 батареи. На рис.6 приведена принципиальная схема электрической установки. Все резисторы проволочные. Измерительные приборы – вольтметр V и амперметры А 1 , А, А 2 - магнитоэлектрической системы. С помощью приборов измеряются падения напряжения на участках цепи и токи в ветвях. Ток короткого замыкания Iкз измеряется переносным амперметром электромагнитной системы с пределом измерения 2А.
Стенд позволяет исследовать различные режимы работы источника электрической энергии Е 2, Rвн 2 .
Сборка электрической цепи осуществляется путем последовательного подключения с каждой ветвью амперметров и установкой переключателей П1, В, П2 в соответствующие положения. Изменение сопротивления второй ветви осуществляется ступенчато переключателем П.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с устройством стенда, записать технические характеристики приборов и оборудования.
2. Собрать электрическую цепь по схеме (рис.6) и вместе с лаборантом проверить правильность сборки.
Рис.6
3. Включить стенд, измерить ЭДС и напряжения источников при нагрузке. Данные измерений занести в таблицу 1. Измерение ЭДС Е 1 и Е 2 производится вольтметром V при нулевом положении переключателей П1 и П2 (опыт 1). Измерение напряжения U 1 на зажимах первого источника производится при подключении его в цепь с резисторами R 1 и R (П1 в положении “1”, В – вкл., П2 – “0”). Для уменьшения погрешности определения Rвн, изменяя переключателем П величину сопротивления R, добиться максимального значения тока в цепи. Измеренное значение I 1 занести в таблицу (опыт 2). Измерение U 2 и I 2(опыт 3) производится аналогично измерению U 1 и I 1 (П1 в положении “0”, В – вкл., П2 – “2”).
4. Исследовать режимы работы аккумуляторной батареи при различной нагрузке. Подключить все ветви схемы (П1 в положении “1”, В – вкл., П2 – “2”).
Во всех случаях ЭДС источника E 1 >Uав = UR. Ток совпадает по направлению с E 1. Увеличивая с помощью переключателя П сопротивление резистора R, добиться режима, при котором Uав >E 2. Аккумулятор при этом заряжается, ток I 2 направлен встречно E 2 , идет потребление энергии.
Измерить токи во всех ветвях и напряжения на резисторах R, R 1, R 2; результаты измерений занести в таблицу 2 (опыт 1).
Изменяя сопротивление R, добиться условия Uав = E 2 , при этом ток
I 2 = 0. Это режим холостого хода батареи E 2. Результаты измерений занести в таблицу 2.
Продолжая уменьшать сопротивление R, выполнить условие Uав< E 2. При этом аккумулятор разряжается, ток I 2 совпадает по направлению с E 2 . Данные измерений занести в таблицу 2.
Таблица 1
| Измерено | Вычислено | ||
| E 1, В | U 1, В | I 1, А | Rвн 1, Ом |
| E 2, В | U 2, В | I 2, А | Rвн 2, Ом |
Таблица 2
| № | Опыт | Измерено | Вычислено | |||||||
| I 1 ,А | I 2 ,А | I, А | UR, B | UR 1, B | UR 2, B | R, Ом | R 1, Ом | R 2, Ом | ||
| Uав > E 2 | ||||||||||
| Uав = E 2 | ||||||||||
| Uав < E 2 |
Таблица 3
| Измерено | Вычислено | |
| Uавхх, В | Iкз, А | Rвхав, Ом |
5. Рассматривая остальную цепь (рис.6) относительно ветви с резистором R как активный двухполюсник (рис.7), опытным путем найдем параметры этого двухполюсника (эквивалентного генератора):
а) из опыта холостого хода (рис.8) определить Еэкв = Uавхх;
б) из опыта короткого замыкания (рис.9) определить Iкз , для измерения которого использовать переносной амперметр на 2А вместо амперметра А (рис.6). Данные занести в таблицу 3.
6. По данным опытов 2 и 3 (п.3, табл.1) вычислить внутренние сопротивления источников питания установки по формулам:
Uк = Ек – Rвн кIк; Rвн к = 
,
где к = 1 для подсчета Rвн 1 и к = 2 для подсчета Rвн 2.
По данным опытов п.4 рассчитать сопротивления R 1, R 2 и R. Результаты занести в таблицу 2.
7. По экспериментально определенным значениям E 1, E 2, Rвн 1, Rвн 2, R 1, R 2 , R для одного из опытов п.4 (по указанию преподавателя) рассчитать токи по уравнениям Кирхгофа. Сравнить расчетные и экспериментальные результаты. Составить и проверить выполнение баланса мощностей.
8. Для этого же опыта (по п.7) построить потенциальную диаграмму для контура, заданного преподавателем.
Рис.7 Рис.8 Рис.9
9. По данным опыта п.5 рассчитать входное сопротивление двухполюсника Rвхав = 
, результаты записать в таблицу 3 и начертить схему эквивалентного генератора с указанием полученных параметров для элементов схемы; для сопротивления R, полученного в указанном преподавателем опыте (п.7), рассчитать ток I по методу эквивалентного генератора, сравнить его с полученным в данном опыте.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие электрические цепи называются линейными?
2. Сформулируйте законы Кирхгофа. Что отражают они физически?
3. Сколько уравнений составляется по первому закону Кирхгофа и сколько по второму?
4. Понятие независимого контура. Чему равно число независимых контуров в любой цепи?
5. Понятия: узел, ветвь, электрическая цепь.
6. Что такое потенциальная диаграмма, как она строится?
7. Каковы особенности режимов работы аккумуляторной батареи?
8. Метод наложения, его достоинства и недостатки.
9. Сущность метода эквивалентного генератора и способы определения параметров активного двухполюсника.
10. Сущность методов контурных токов и напряжения двух узлов.
11. Режимы работы источника питания.
12. Покажите, что условием максимальной передачи мощности от источника к приемнику электрической энергии является равенство Rвн= Rн.
Список литературы
1. Электротехника / Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1985. – С. 10-21, 28-40.
2. Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983.
3. Иванов А. А. Электротехника: Лабораторные работы. – Киев: Вища школа, 1982. – С. 5-6, 28-30, 31-40.
4. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая школа, 1984. – С. 10-42.
