Источник питания постоянного тока характеризуется двумя основными параметрами: внутренним сопротивлением Rвн и электродвижущей силой (Э.Д.С.) Е. Схема замещения источника постоянного тока представлена на рис. 2.1.
В настоящей работе исследование источника постоянного тока производится на модели, принципиальная схема которой предоставлена на рис. 2.2. На модели Э.Д.С. источника постоянного тока представляется напряжением распределительной сети постоянного тока, а внутреннее сопротивление – сопротивлением реостата Rвн.
Напряжение на зажимах источника постоянного тока равно:
U = E - I·Rвн (2.1)
причем эд.с. не зависит от тока нагрузки.
График зависимости напряжения источника постоянного тока U от тока нагрузки I называется внешней характеристикой источника.
Падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника постоянного тока:
ΔU = I·Rвн (2.2)
Потери мощности на внутреннем сопротивлении источника постоянного тока:
ΔР = I2·Rвн, (2.3)
или
ΔР = Р1 - Р2, (2.4)
где Р1 = EI – мощность, развиваемая источником постоянного тока;
Р2 = UI – мощность, выделяемая в нагрузке источника постоянного тока (в лабораторной работе она измеряется ваттметром).
Коэффициент полезного действия источника постоянного тока:
100%. (2.5)
Рис. 2.1. Схема замещения источника
постоянного тока
Рис. 2.2. Модель источника
постоянного тока
Описание лабораторного оборудования
Автоматический выключатель с выводами клемм напряжения, штепсельный разъем и реостаты смонтированы на стенде. Измерительные приборы – вольтметр, амперметр и ваттметр – настольного типа. В качестве нагрузки используются реостаты R1 и R2.
Объем и методика проведения исследования
Объем исследований включает монтаж электрической цепи, подключаемой к распределительной сети постоянного тока и измерение тока, напряжения, мощности при различных сопротивлениях реостатов нагрузки.
Принципиальная схема установки с электроизмерительными приборами приведена на рис. 2.3.
Порядок выполнения работы
5.1.1. Ознакомиться с оборудованием и приборами экспериментальной установки. Выбрать приборы по роду тока и ориентировочным значениям измеряемых величин, исходя из номинальных параметров элементов лабораторного стенда.
5.1.2. Произвести монтаж электрической цепи по принципиальной схеме рис. 2.3.
5.1.3. Определить цену деления вольтметра, амперметра и ваттметра.
5.1.4. Получить разрешение на подключение цепи к распределительной сети постоянного напряжения.
5.1.5. Установить максимальное сопротивление реостатов R1 и R2, а затем вынуть штепсельный разъем Х и измерить величины, приведенные в таблице 3. Эти измерения соответствуют опыту холостого хода.
5.1.6. Установить штепсельный разъем на место и, изменяя сопротивление реостатов R1 и R2 семь раз (в последнем положении реостаты R1 и R2 должны быть полностью выведены, т.е. их сопротивление равно нулю, что соответствует опыту короткого замыкания), измерить величины, приведенные в таблице 3.1.
5.1.7. Представить полученные результаты экспериментальных исследований преподавателю и получить разрешение на демонтаж электрической цепи.
5.1.8. Обработать результаты исследований и оформить отчет.
Рис. 2.3. Принципиальная схема лабораторной установки
Таблица 3.
Результаты экспериментальных исследований
и результаты расчета
| №№ опытов | Результаты измерений | Результаты вычислений | |||||||||
| I | U | P2 | P1 | ΔP | ΔU | η | E | ||||
| Дел. | А | Дел. | В | Дел. | В | Вт | Вт | В | % | В | |
| 1. | |||||||||||
| 2. | |||||||||||
| 3. | |||||||||||
| 4. | |||||||||||
| 5. | |||||||||||
| 6. | |||||||||||
| 7. | |||||||||||
| 8. | |||||||||||
| 9. |
Контрольные вопросы
6.1. Охарактеризуйте режимы работы источника постоянного тока: номинальный, согласованный, режим холостого хода и режим короткого замыкания.
6.2. Формулы мощности, развиваемой источником постоянного тока; мощности отдаваемой в нагрузку, т.е. полезной мощности.
6.3. Формула потерь мощности в источнике постоянного тока и формула падения напряжения в источнике.
6.4. Уравнение внешней характеристики источника постоянного тока.
6.5. Формула коэффициента полезного действия источника постоянного тока.
6.6. Найти максимум функции
Р2 = EI - I2Rвн
6.7. Как определить цену деления вольтметра, амперметра и ваттметра?
6.8. Как определить опытным путем ЭДС источника?
Порядок оформления отчета
7.1. Сформулировать цель и задачи работы.
7.2. Представить принципиальную схему исследуемой цепи.
7.3. Представить в табличной форме результаты экспериментальных исследований и результаты расчета.
7.4. Представить графики зависимостей U(I), P1(I), P2(I), ΔP(I), η(I), E(I), ΔU(I), указать на графике характерные точки (холостого хода, короткого замыкания и согласованного режима).
7.5. Представить анализ графиков и выводы по работе.
