Основные теоретические положения
Активным двухполюсником называется двухполюсник, содержащий источники энергии.
В исследуемой электрической цепи, приведенной на рис. 4.1, мощность нагрузки Рн равна разности мощностей источников и сумм мощностей потерь во всех ветвях активного двухполюсника :
. (4.1)
КПД активного двухполюсника:
. (4.2)
Замена активного двухполюсника эквивалентным генератором позволяет упростить расчеты режимов схемы. ЭДС эквивалентного генератора ЕЭ равна напряжению на разомкнутых зажимах активного двухполюсника Uab xx:
. (4.3)
Внутреннее сопротивление источника ЭДС определяется по формуле
, (4.4)
где ЕЭ - ЭДС эквивалентного генератора; U - напряжение на зажимах источника при его работе на внешнюю цепь с током I.
Внутреннее сопротивление эквивалентного генератора равно входному сопротивлению пассивного двухполюсника, который получается из активного двухполюсника после исключения из него всех источников энергии.
. (4.5)
Значения напряжения Uab xx и сопротивления Rвх аb можно определить экспериментально из опытов холостого хода и короткого замыкания активного двухполюсника. Напряжение измеряется при размыкании ветви нагрузки (Rн = ∞). При замыкании накоротко сопротивления нагрузки (Rн = 0) измеряется ток короткого замыкания нагрузочной ветви Iкз.
Входное сопротивление определится по формуле
. (4.6)
В схеме эквивалентного генератора ток в нагрузке составит:
. (4.7)
Мощность нагрузки равна:
. (4.8)
Мощность, развиваемая источником (эквивалентным генератором), определится по формуле
. (4.9)
КПД эквивалентного генератора
. (4.10)
Выбор сопротивления нагрузки Rн, равного внутреннему сопротивлению генератора Rн = Rвн, называется согласованием нагрузки и генератора. В согласованном режиме мощность нагрузки максимальная и определяется по формуле
, (4.11)
но КПД передачи энергии при этом составляет только .
Задание для самостоятельной подготовки
Для цепи с эквивалентным генератором выведите формулы, связывающие величины Uab, Iн, Pист, Pн, с сопротивлением нагрузки Rн, и постройте графики данных зависимостей.
Порядок выполнения работы
1. Измерьте по очереди величины ЭДС источников Е1 и Е2 в режиме холостого хода. Подключив к каждому из источников ЭДС нагрузку и измерив напряжение и ток на нагрузке, рассчитайте внутреннее сопротивление каждого источника. Замерьте омметром величину сопротивления R4 на универсальном стенде №1. Рассчитайте по опытным данным входное сопротивление активного двухполюсника, схема которого изображена на рис. 4.1. Результаты исследования занесите в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Генератор 1
| Генератор 2
|
R4,
Ом
|
Rвх ab ,
Ом
| E1, Oм
| I, mA
| Uн, B
| R01, Ом
| E2, Oм
| I, mA
| Uн, B
| R02, Ом
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Соберите электрическую цепь по схеме рис. 4.1. Исследуйте зависимости напряжений и токов в цепи от сопротивления нагрузки Rн. В качестве нагрузки возьмите мост сопротивлений. Выполните не менее восьми опытов, включая опыты холостого хода и короткого замыкания. Результаты измерений занесите в табл. 4.2.
По результатам опытов холостого хода и короткого замыкания определите параметры эквивалентного генератора EЭ и Rвн.
Таблица 4.2
№ опыта
| Измерено
| Вычислено
| Uab,
B
| U12,
B
| I1, mA
| I2, mA
| Iн, mA
| Rн, Ом
|
| , Вт
| Pн, Вт
|
| 1.ХХ
.
.
.
8. КЗ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Постройте совмещенные графики зависимостей Uab, Рист, Pн, = f (Iн), а также Uab, Iн, Pн, = f (Rн /Rвн ab). По графикам Pн= f (Iн) и Pн= f (Rн /Rвн ab) определите Rн и RH / Rвн ab, при которых мощность нагрузки максимальна.
4. Установите на стенде величины EЭ и Rвн и соберите цепь по схеме рис. 4.2.
Исследуйте зависимость тока в цепи и напряжения Uab oт сопротивления нагрузки Rн. Выполните не менее восьми опытов, включая опыты холостого хода и короткого замыкания. Результаты измерений занесите в табл. 4.3.
Постройте совмещенные графики зависимостей Uab, Рист, Pн, = f (Iн), а также Uab, Iн, Pн, = f (Rн / Rвн ab). По графикам Pн = f (Iн) и Pн = f (Rн / Rвн ab) определите Rн и Rн / Rвн ab, при которых мощность нагрузки максимальна.
Рис. 4.1. Активный двухполюсник
| Рис. 4.2. Эквивалентный генератор
|
Таблица 4.3
№ опыта
| Измерено
| Вычислено
| Uab,
B
| Iн,
mA
| Rн,
Ом
|
| Pист,
Вт
| Pн,
Вт
|
| 1.ХХ
.
.
.
8. КЗ
|
|
|
|
|
|
|
| | | | | | | | | |
Литература: [3, § 2.27 - 2.29].
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Электрические измерения / Под ред. А.В. Фремке, Е.М. Душина. - Л.: Энергия, 1980. –392 с.
2. Теоретические основы электротехники / Под ред. П.А. Ионкина. - T. I. - М.: Высш. шк., 1976. – 514 с.
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи/ Л. А. Бессонов. - М.: Гардарики, 2000. – 638 с.
Составители
Виктор Николаевич Матвеев
Татьяна Макаровна Черникова
Линейные электрические цепи постоянного тока
Методические указания к лабораторным работам
по курсу «Теоретические основы электротехники» для студентов
специальности 100400 (140211) «Электроснабжение»
Печатается в авторской редакции
Рецензент Т. Ю. Романенко
Подписано в печать 29.05.2006. Формат 60×80/16.
Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 1,6.
Тираж 106 экз. Заказ
ГУ КузГТУ, 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Типография ГУ КузГТУ, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4 а.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|