ТОЕ лабы
.pdf4.10Подтвердите расчетом значения потенциалов, полученные измерением
(табл. 1.3).
4.11На рис. 1.5 показана цепь зарядки аккумуляторной батареи U=20 B, E=12,5 B, R=4,8 Ом, R0=0,2 Ом.
Определите зарядный ток и напряжение на зажимах батареи :
Рисунок 1.5
4.12 На рис. 1.6 изображен участок цепи, где Е1 = 20 B, I1 = 2 A, R1 = 5 Ом,
Е2 = 30 B, I2 = 3 A, R2 = 4 Ом, Е3 = 16 B, I3 = 4 A, R3 = 2 Ом. Вычислить потенциалы указанных на схемах точек и построить потенциальную диаграмму для заданного участка цепи.
Рисунок 1.6
Лабораторная работа 2 СЛОЖНАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы - опытное изучение распределения тока и напряжения в сложной цепи, усвоение расчета цепей методом уравнений Кирхгофа и методом эквивалентного генератора,
1 Домашняя подготовка:
11
1.1Изучить материал 1, §§ 1.7,1.8, 1.25, 1.26 или 2 §§ 1.6, 2.9, 2.10, усвоить формулировки, смысл и запись уравнений Кирхгофа, правила их составления. Усвоить расчетный метод на основе использования уравнений Кирхгофа, а также расчет цепей методом эквивалентного генератора.
1.2Заготовить бланк отчета, который должен содержать:
1.2.1 Таблицу 2.1 сопротивлений резисторов.
Таблица |
2.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
|
R3 |
R4 |
R5 |
R6 |
R7 |
200 |
|
300 |
400 |
500 |
100 |
100 |
1.2.2Схему и таблицы из разд. 2 "Порядок выполнения работы", а также схему рис. 1.1 из лабораторной работы 1.
1.2.3Систему уравнений Кирхгофа, записанных в общем виде для цепи на
рис. 2.1.
1.2.4Решение задачи: определить методом эквивалентного генератора ток I в цепи на рис. 2.1, где э. д. с. в вольтах и сопротивления в омах указаны на схеме.
Рисунок 2.1 2 Порядок выполнения работы:
2.1 Определение параметров источников.
2.1.1 Собрать цепь по схеме на рис. 1.1 из работы 1.
Использовать вольтметр на 50 В и миллиамперметр на 300 мА магнитоэлектрической системы.
12
2.1.2Измерить э. д. с. 1-го источника, как показание вольтметра при разомкнутом SA . Регулятор напряжения источника должен быть в положении максимума.
2.1.3Установить с помощью резистора R1 ток I в пределах 200-250 мА. Это значение тока и показание вольтметра U использовать для вычисления внутреннего сопротивления по формуле
R 0 |
= |
E − U |
|
I |
|||
|
|
2.1.4 Измеренные значения E и вычисленное значение R0 записать в табл. 2.2.
Таблица 2.2 - Параметры источников энергии:
№ |
Обозначение на стенде |
Э.д.с. (В) |
Внутр. сопр.(Ом) |
||
источ. |
|||||
|
|
|
|
||
1 |
« 0 – 30 V» |
Е1 = |
R01 = |
||
2 |
« 0 –6,3 V» |
Е2 = |
R02 |
= |
|
3 |
|
Е3 = |
R03 |
= |
2.1.5 Повторить пп 2.1.2 - 2.1.4 для источника « 0 –6,3 V» и для мостовой схемы выпрямления. На выпрямительную схему подавать напряжение с зажимов
~220 В.
2.2 Опытное изучение законов Кирхгофа. 2.2.1 Собрать цепь но схеме на рис. 2.2.
В качестве РA использовать магнитоэлектрический прибор на 300 мА. Для измерения напряжения вольтметр (на схеме не показан) с пределами 3-30-60-150 В с нулем в середине шкалы.
2.2.2После проверки схемы руководителем занятий подать в цепь напряжение
иустановить с помощью соответствующих ручек максимальные значения EI и Е2. Максимум ЕЗ обеспечивается подачей на входные зажимы выпрямителя ~ U=220 B.
Резистор R1 должен быть в положении между МАХ и 0,5МАХ, что определяется по показанию РА при замкнутом SA.
13
|
Рисунок 2.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2.2.3 Измерить и записать в табл. 2.3 напряжения на активных и пассивных |
||||||||||||
участках цепи. Показание РА записать в графу |
Iвж таблицы 2.4. |
|
|
|
|||||||||
|
Таблица 2.3 - Напряжение на участках цепи (в вольтах) |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uаб |
|
Uбв |
Uвг |
Uгд |
Uде |
Uеа |
|
Uдж |
Uжа |
|
Uвж |
Uав |
Uвд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. Зажим "+" вольтметра всегда должен присоединяться к точке, соответствующей первой букве в индексе напряжения. При отклонении стрелки вольтметра вправо напряжение следует считать положительным, влево - отрицательным,
2.2.4 Вычислить и записать в табл. 2.4 токи в ветвях. Токи (кроме Iвж) определить по закону Ома, зная напряжение на резисторах (табл. 2.3) и их сопротивление (табл. 2.1). Ток Iвж определяется непосредственным измерением (п. 2.2.3).
Таблица 2.4 - Токи в ветвях цепи на рис.2.2 ( в амперах)
Iбв |
Iвж |
Iвг |
Iде |
Iдж |
Iжд |
|
|
|
|
|
|
2.2.5По данным табл. 2.4 проверить справедливость 1-го закона Кирхгофа для трех узлов исследуемой цепи.
2.2.6По данным табл. 2.3 проверить справедливость 2-го закона Кирхгофа для одного из контуров (по указанию преподавателя), записанного в форме 1, § 1.7.
Примечание. Вычисления по п.2.2.5 и 2.2.6 привести в отчете.
14
2.3 Опытная проверка метода эквивалентного генератора.
2.3.1Вычислить по данным таблиц 2.3 и 2.4 значение R1.
2.3.2Измерить напряжение Uвж при холостом ходе, т.е. при разомкнутом клю-
че SA.
2.3.3Измерить ток короткого замыкания ветви вж. Для этого нужно замкнуть SA и вывести до нуля сопротивление резистора. Признаком R1=0 является максимальное значение Iвж.
2.3.4Вычислить входное (эквивалентное) сопротивление цепи относительно
точек вж
R э = Uвж х.х Iвжк.з
2.3.5 Вычислить ток ветви вж по методу эквивалентного генератора
Iвж = |
Uвж х.х |
|
Rэ + R1 |
||
|
2.3.6Полученное значение Iвж сравнить с измеренным в п.2.2.3 (табл. 2.4)
2.3.7Результаты, полученные в пп. 2.2.1-2.2.5, записать в табл. 2.5.
Таблица 2.5 |
- К методу эквивалентного генератора: |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
Uвж х.х |
Iвж к.з |
|
Rэ |
Iвж |
Ом |
|
В |
мА |
|
Ом |
мА |
|
|
|
|
|
|
|
3 Контрольные вопросы в задачи:
3.1Объясните методику составления уравнений по I-му закону Кирхгофа для пени на рис. 2.2 (правило знаков, число уравнений). Проверьте их справедливость для измеренных значений тока (табл. 2.4).
3.2Сформулируйте 2-й закон Кирхгофа, записанный в виде åRкIк = åЕк
[1,§1.7]. Проверьте его справедливость для различных контуров цепи на рис.2.2, используя данные таблиц 2.1, 2.2 и 2.4.
15
3.3 Сформулируйте 2-й закон Кирхгофа, записанный в виде åUк = 0
[1,§1.7]. Проверьте его справедливость для различных контуров цепи на рис. 2.2, используя данные таблицы 2.3.
3.4Вычислите напряжение между точками а и в, в и д, ж и е двумя способами: пользуясь уравнениями в форме п.3.2 и в форме п.3.3.
3.5Запишите основную формулу для расчета Iвж методом эквивалентного генератора. Объясните путь (не делая вычислений) определения входящих в нее величин расчетным путем.
3.6Объясните способ проверки метода эквивалентного генератора, примененный в данной работе.
3.7Метод эквивалентного генератора в литературе иногда называют методом холостого хода и короткого замыкания. Чем это объясняется?
3.8Не производя вычислений, объясните методику расчета методом эквивалентного генератора тока в любой другой ветви, кроме Iвж, изобразив для этого промежуточные схемы и записав соответствующие уравнения.
3.9Составить систему уравнений Кирхгофа для цепи на рис. 2.3. Определить
токи в ветвях, если E1=30 B; E2 =25 B; Е3=11 В; R1=5 Ом; R2=10 Ом; R3 = 8 Ом.
Рисунок 2.3
3.10Вычислить ток в одной из ветвей (по указанию преподавателя) в цепи на рис. 2.3 методом эквивалентного генератора.
3.11Вычислить ток в резисторе R1 цепи на рис.2.4 методом эквивалентного генератора E1 = E4 = 48 Ом; J = 3 A; R1 =100 Ом; R2=4 Ом; R3 = R4 = 8 Ом.
16
3.12 Вычислить ток I в цепи на pис. 2.5 методом эквивалентного генератора Е=2 В; J=3 A; R=4 Ом.
Рисунок 2.4 |
Рисунок 2.5 |
Лабораторная работа 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ (ЛЭП)
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы - опытное изучение энергетических показателей двухпроводной ЛЭП в различных режимах ее работы при передаче по ней энергии постоянным током.
1 Домашняя работа:
1.1Изучить основы теории передачи электроэнергии постоянным током по двухпроводной ЛЭП, пользуясь учебниками 1 §§ 1.27,1.28, 2 § 2.11.
1.2Решить задачу. Решение задачи и схему замещения рассчитываемой цепи привести в бланке отчета.
Дано: сопротивление обоих проводов двухпроводной ЛЭП Rл = 20 м, напряжение в начале линий U1 =240 В, сопротивление нагрузки Rн = 22 Ом. Вычислить: мощность, потребляемую нагрузкой P2, напряжение в конце линии U2, потерю
мощности в проводах линии P, КПД линии.
1.3 Познакомиться со схемой модели линии электропередачи (рис. 3.1), уяснить для себя назначение всех приборов и элементов схемы, разобрав содержание разд. 2 "Описание модели ЛЭП".
17
1.4 Начертить в бланке отчета схему модели (рис.3.1), а также таблицы для внесения в них результатов измерения и расчета физических величин, характеризующих работу ЛЭП (см. разд. 3 "Порядок выполнения работы").
2 Схема замещения ЛЭП и соотношения, характеризующие ее работу. Лабораторная модель ЛЭП.
2.1 Схема замещения ЛЭП показана на рис. 3.1
Рисунок 3.1
На схеме обозначение Rл - суммарное сопротивление проводов линии; Rн - сопротивление нагрузки;
U1 и U2 - напряжение в начале и в конце линии соответственно; I - ток в линии и в нагрузке.
2.3 Для характеристики работы линии используются также следующие величины:
DUл - падение напряжения в проводах ЛЭП; Р2 - мощность в нагрузке;
P1- мощность, набирающая в линию от источника энергии;
DPл - потери мощности выделяются в виде тепла в проводах.
|
2.4 Величины, указанные в п.2.2 и 2.3 связаны между собой следующими со- |
|||||||||||||||||
отношениями: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
I = |
|
|
U1 |
|
; U2 = U1 |
- DUл ; DUл = IR л ; P1 = U1I; |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
Rн + R л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
DP |
= R |
л |
I2; |
P = U |
2 |
I |
или P |
= P - DP ; h = |
P1 |
×100%. |
||||||||
|
||||||||||||||||||
|
л |
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
1 |
л |
P2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Для к. п. д. |
существуют и другие формулы, в частности |
||||||||||||||||
h = |
U2 |
; |
|
h = |
Rн |
|
|
; |
h =1 - |
R л |
×100%. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
U1 |
|
|
|
Rн + R л |
|
|
U1 |
|
|
|
18
2.5Схема цепи, которая служит лабораторной моделью для экспериментального исследования ЛЭП, показана на рис. 3.2.
2.6Rл на лабораторном стенде - это последовательно соединенные резисторы R6 и R7 по 100 Ом каждый.
Rн - два последовательно соединенных регулируемых резистора R и R1 с сопротивлением 0-330 Ом у каждого.
2.7PV1 - вольтметр с верхним пределом 60 В для измерения напряжения U1, PV2 - вольтметр с пределом 50 В - для измерения U2, РА - миллиамперметр с пределом 300 мА для измерения тока линии и нагрузки.
Рисунок 3.2 3 Порядок выполнения работы:
3.1 Исследование работы линии на переменную нагрузку при неизменном напряжении в начале линии:
3.1.1Собрать цепь по схеме на рис. 3.2 с учетом п.п. 2.6 и 2.7. Представить схему для проверки.
3.1.2Установить регулятор напряжения в нулевое положение, резисторы Rн в положение максимального сопротивления, ключ SА в разомкнутое состояние (режим холостого хода линии).
3.1.3Включить блок питания и установить по вольтметру PV1 напряжение V1=50 В. Записать в таблицу 3.1 значения I = 0 и U2 (должно быть U2 = U1).
3.1.4Замкнуть ключ SA, снова отрегулировать U1=50 B и записать показания РA и PV2 во вторую строку таблицы 3.1.
3.1.5.Поддерживая U1=50 B и уменьшая Rн до нуля, снять и записать показания РА и РV2. Рекомендуется устанавливать такие значения тока, при которых U2 принимает значения 50, 35, 25, 15 и 0.
19
Таблица 3.1 - Исследование работы линии на переменную нагрузку при U1=50 B (пост.) и при Rл=200 Ом (пост).
№ |
Измерено |
|
|
Вычислено |
|
|
|||
I |
U2 |
P1 |
P2 |
∆Pл |
∆Uл |
Rн |
η |
||
n/n |
|||||||||
А |
В |
Вт |
Вт |
Вт |
В |
Ом |
% |
||
|
|||||||||
1 |
0 |
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2 Исследование влияния сопротивления проводов линии на энергетические показатели ее работы:
3.2.1В схеме, на рис. 3.1 Rл и Rн поменять местами, т.е. в качестве Rл включить последовательно два резистора с регулируемым сопротивлением, а в качестве Rн - два соединенных последовательно резистора по 100 Ом.
3.2.2После проверки схемы руководителем занятий установить резисторы Rл
ирегулятор напряжения в нулевое положение, включить питание, установить U1=50 В, записать значения I и U2 в таблицу 3.2.
|
Таблица 3.2 - Исследование работы линии с переменным ее сопротивлением |
||||||||||
|
|
|
U1= 50 В, |
Rн |
=200 Ом: |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
Измерено |
|
|
|
|
Вычислено |
|
|
||
|
I |
U2 |
|
∆Uл |
|
Rл |
P1 |
P2 |
∆Pл |
η |
|
n/n |
|
|
|
||||||||
|
А |
В |
|
В |
|
Ом |
Вт |
Вт |
Вт |
% |
|
|
|
|
|
||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2.3 Изменяя Rл от 0 до максимального значения, измерить и записать 4 - 5 значений тока и напряжения U2. При снятии показаний РА и PV2 необходимо каждый раз устанавливать U1=50 В.
20