Порядок выполнения работы по заданию первого уровня сложности.

1. Подберите необходимую электроизмерительную аппаратуру, проверьте наличие соединительных проводов и выберите на стенде элементы исследуемой цепи – источники ЭДС Е₁ и Е₂ и сопротивления R₁-R₅ (рисунок 1.1).

Маркировка сопротивлений на рисунке 1.1 относится к схеме, на которой они изображены, а не к стенду, на котором находятся. В качестве Е₁ и Е₂ могут быть выбраны любые источники ЭДС, в качестве R₁-R₅ – любые сопротивления номиналом до 200 Ом.

2. Нанесите на схему значения выбранных сопротивлений, ЭДС источников и укажите условно-положительные направления токов.

3. Соберите исследуемую цепь, используя для монтажа соединительные провода и гнезда размножения.

4. Собранную лабораторную установку представьте преподавателю и согласуйте с ним выбор контура для построения потенциальной диаграммы.

5. Постройте диаграмму распределения потенциала вдоль заданного контура, придерживаясь следующих рекомендаций.

5.1. В первой строке таблицы 1.1 Журнала запишите буквенные обозначения точек рассматриваемого контура.

Точка, с которой будет начат обход, является, в то же время, и завершающей, то есть ее обозначение следует записать в начале и в конце ряда букв. В качестве точки, имеющей нулевой потенциал, может использоваться любая точка контура, но для удобства подключения вольтметра целесообразно выбрать узел a или d. При выборе малого контура исследуемой цепи некоторые ячейки первой строки таблицы 1.1 Журнала останутся свободными.

5.2. Во второй строке таблицы 1.1 Журнала запишите значения суммарного сопротивления элементов цепи, входящих в исследуемый контур и заключенных между первой и последующими точками контура.

5.3. Подключив общий (нулевой) вывод вольтметра к точке, потенциал которой принят равным нулю, поочередно подключайте второй вывод к остальным точкам контура и заносите показания прибора в соответствующие ячейки третьей строки таблицы 1.1 Журнала.

Если при подключении вольтметра его стрелка отклоняется влево, следует записать в ячейке таблицы знак "минус", затем поменять местами выводы вольтметра, снять показания, записав после знака "минус" значение напряжения, и вернуть выводы вольтметра к исходному подключению.

5.4. Отградуируйте оси потенциальной диаграммы с учетом полученных диапазонов изменения сопротивления и потенциала и постройте диаграмму (рисунок 1.2 Журнала).

6. Проверьте соблюдение первого правила Кирхгофа, для чего придерживайтесь следующих рекомендаций.

6.1. Запишите в Журнале выражение, составленное по первому правилу Кирхгофа, с учетом указанных на схеме направлений токов ветвей.

6.2. Измерьте токи ветвей, принимая во внимание принятые направления этих токов, и занесите результаты измерений в таблицу 1.2 Журнала.

6.3. В составленное ранее выражение подставьте значения токов ветвей с учетом знаков, полученных при измерении.

7. Проверьте соблюдение второго правила Кирхгофа, для чего придерживайтесь следующих рекомендаций.

7.1. Дополните буквенные обозначения напряжений заданного контура, приведенные в первой строке таблицы 1.2 Журнала, подстрочными индексами в соответствии с принятой на схеме маркировкой точек.

7.2. Для напряжений, приведенных в первой строке таблицы 1.2 Журнала, запишите выражение, составленное по второму правилу Кирхгофа для заданного контура исследуемой цепи.

7.3. Измерьте напряжения контура, подключая общий (нулевой) вывод вольтметра к точке, обозначенной второй буквой индекса напряжения.

Если при подключении вольтметра его стрелка отклоняется влево, следует записать в ячейке таблицы знак "минус", затем поменять местами выводы вольтметра, произвести измерение и записать после знака "минус" показываемое вольтметром значение напряжения.

7.4. В составленное ранее выражение подставьте значения токов ветвей с учетом знаков, полученных при измерении.

8. Проверьте соблюдение принципа наложения, для чего придерживайтесь следующих рекомендаций.

8.1. Включите амперметр в ветвь с исследуемым током.

8.2. Замените первый источник ЭДС короткозамкнутой перемычкой (рисунок 1.2.а), снимите показания амперметра и занесите значение первой составляющей тока в таблицу 1.3 Журнала.

П омните, что отключение источника ЭДС при помощи установленного на стенде тумблера, приводит к разрыву цепи!

8.3. Восстановите подключение первого источника ЭДС и замените короткозамкнутой перемычкой второй источник ЭДС (рисунок 1.2.б), показания амперметра занесите в таблицу 1.3 Журнала.

8.4. В соответствии с принципом наложения суммируйте полученные составляющие тока первой ветви и убедитесь в том, что его значение совпадает со значением, полученным во втором опыте.

9. Проверьте соблюдение принципа взаимности, для чего придерживайтесь следующих рекомендаций.

9.1. Включите амперметры в первую и третью ветви исследуемой цепи.

9.2. Замените источник ЭДС, установленный в третьей ветви, короткозамкнутой перемычкой (рисунок 1.3.а), снимите показания амперметров и занесите значения токов ветвей и ЭДС работающего источника в таблицу 1.4 Журнала.

9.3. Восстановите подключение источника ЭДС третьей ветви и замените короткозамкнутой перемычкой источник ЭДС первой ветви (рисунок 1.3.б), показания амперметров и значение ЭДС работающего источника занесите в таблицу 1.4 Журнала.

9 .4. Вычислите значения входных и взаимных проводимостей первой и третьей ветвей, заполните в таблицу 1.4 Журнала.

10. Подпишите оформленный отчет и предъявите его преподавателю.

Задание второго уровня сложности: начертить схему электрической цепи, содержащей четыре узла, шесть ветвей с одним резистивным элементом в каждой и два источника ЭДС, установленные в разных ветвях, собрать цепь по разработанной схеме и исследовать ее на предмет соблюдения основных электротехнических соотношений.

Содержание работы по заданию второго уровня сложности.

Работа предусматривает выполнение четырех опытов, в ходе которых должны быть проверены основные электротехнические соотношения. Схемы опытов и методика их проведения должны быть разработаны учащимся самостоятельно.

Вопросы и задания для самопроверки.

1. Дайте определения понятиям "электрическая цепь", "электрическая схема", "ветвь электрической цепи", "узел электрической цепи", "разветвленная электрическая цепь", "линейная электрическая цепь", "нелинейная электрическая цепь".

2. Дайте определения понятиям "источник электрической энергии", "идеальный источник ЭДС", "идеальный источник тока", "потребитель электрической энергии".

3. Какие существуют схемы замещения реальных источников электрической энергии постоянного тока?

4. Что такое внутреннее сопротивление источника электрической энергии и как оно учитывается при составлении эквивалентных схем замещения?

5. Как определить параметры схем замещения источника электрической энергии постоянного тока?

6. Сформулируйте первое правило Кирхгофа.

7. По какому правилу присваивается знак составляющим алгебраической суммы токов, сходящихся в узле электрической цепи?

8. Сформулируйте второе правило Кирхгофа.

9. По какому правилу присваивается знак составляющим алгебраической суммы напряжений замкнутого контура электрической цепи?

10. Как определить количество уравнений, составляемых для расчета токов цепи по первому и второму правилам Кирхгофа?

11. Как определить количество уравнений, составляемых для расчета токов цепи методом контурных токов?

12. Как определить количество уравнений, составляемых для расчета токов цепи методом узловых потенциалов?

13. В каких случаях метод контурных токов оказывается более рациональным, чем метод узловых потенциалов? В каких случаях наоборот?

14. Сформулируйте принцип наложения.

15. По какому правилу присваивается знак составляющим тока ветви, обусловленным отдельными ЭДС цепи?

16. Сформулируйте теорему взаимности.

17. При какой постановке задачи оказывается рациональным ее решение с использованием принципа наложения и теоремы взаимности?

18. Каким образом могут быть определены входная и взаимная проводимости ветвей электрической цепи?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ОТ АКТИВНОГО ДВУХПОЛЮСНИКА В НАГРУЗКУ

Цель работы: научиться экспериментально определять параметры активного двухполюсника, исследовать влияние этих параметров на передаваемую в нагрузку мощность и условия передачи максимальной мощности.

Электроизмерительные приборы, используемые в работе:

амперметр электромагнитный (0-5А);

вольтметр электромагнитный (0-150В);

ваттметр ферродинамический с пределом измерения токовой цепи не менее 5А, цепи напряжения – не менее 150В.

Содержание работы.

Работа состоит из двух этапов: подготовительного и основного.

На подготовительном этапе должны быть проведены опыты холостого хода и короткого замыкания, в ходе которых определяются параметры схемы замещения активного двухполюсника: напряжение холостого хода и входное сопротивление.

Основной этап исследования предполагает измерение и вычисление мощностей: вырабатываемой эквивалентным генератором, передаваемой в нагрузку и теряемой во входном сопротивлении эквивалентного генератора. Распределение этих мощностей характеризует эффективность передачи электроэнергии, поэтому результаты проводимого исследования служат основой для анализа условий передачи электроэнергии от источника потребителю.