ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторная работа выполняется на универсальном лабора­торном стенде. Лицевая панель стенда показана на рис. 1. Она содержит блок генераторов с наборным полем (1), блок мультиметров (2), модель однородной длинной линии (3), коннектор (4), блок однофазного источника питания (5), монитор компьютера (6). В нише стенда расположен набор мини блоков (7), соединительные провода и перемычки (8).

Рис. 1. Лицевая панель стенда.

Однофазный источник (рис. 2) питается от трёхпроводной однофазной сети (фаза, ноль и земля). В нём смонтированы устройство защитного отключения (УЗО) и автомат для защиты от перегрузки по току (1), блок розеток (2) для подключения внешних измерительных приборов и осциллографа. При включенном выключателе (1) горит индикатор (3).

Рис. 2. Однофазный источник питания.

Блок генераторов с наборным полем (рис. 3), предназначен для формирования однофазных сигналов различной формы, регулируемых по амплитуде и частоте, формирования трёхфазного напряжения и постоянных напряжений для питания исследуемых схем. Он содержит наборное поле (1) для сборки электрических схем с использованием набора мини блоков. Включение блока производится тумблером «СЕТЬ» (2).

Рис. 3. Блок генераторов с наборным полем.

Синусоидальное, прямоугольное или импульсное напряжения на выходе генератора задается переключателем «ФОРМА» (3). Амплитуда выходного напряжения устанавливается ручкой «АМПЛИТУДА» (4) в пределах от 0 до 12 В. Диапазон регулирования частоты генератора напряжений специальной формы – от 0,2 Гц до 200 кГц. Частота устанавливается ручкой потенциометра (5). При горящем состоянии светодиода частота меняется по декадам. При мигающем состоянии светодиода, частота меняется с минимально возможным шагом. Переключение между режимами производится путем нажатия на ручку потенциометра.

Источник постоянных напряжений (6) предназначен для получения стабилизированных напряжений +15 В, -15 В и регулируемого напряжения от 0 до 13 В.

Трехфазный генератор (7) представляет собой симметричный трехфазный источник питания с действующим значением фазного напряжения 8 В.

На лицевой панели блока указаны номинальные напряжение и ток каждого источника напряжения, а также диапазоны изменения регулируемых выходных величин. Все источники напряжений имеют общую точку «^», не соединённую с заземлённым корпусом блока. Источники защищены от перегрузок и внешних коротких замыканий самовосстанавливающимися предохранителями с номинальным током 0,2 А. О срабатывании предохранителя свидетельствует индикатор «I >».

Наборная панель, расположенная справа от генератора напряжений служит для расположения на ней мини блоков в соответствии со схемой данного опыта. Гнёзда на этой панели соединены в узлы, как показано на ней линями. Поэтому часть соединений выполняется автоматически при установке мини блоков в гнёзда панели. Остальные соединения выполняются проводами и перемычками.

Мини блоки (рис. 4) представляют собой отдельные элементы электрических цепей (резисторы, конденсаторы, индуктивности диоды, транзисторы и т.п.), помещённые в прозрачные корпуса, имеющие штыри для соединения с гнёздами наборной панели.

Рис. 4. Набор мини блоков: 1 – резисторы; 2 - конденсаторы; 3 – потенциометр; 4 – лампа сигнальная; 5 – индуктивности; 6 - стабилитрон; 7 – микропереключатель; 8 - транзистор; 9 - диоды; 10 - амперметр; 11 – фильтр обратного чередования фаз; 12-14 - трансформатор; 15 - интегратор.

Некоторые мини блоки содержат несколько элементов, соединённых между собой или более сложные функциональные блоки. На этикетках мини блоков изображены условные обозначения элементов или упрощённые электрические схемы их соединения, показано расположение выводов и приведены основные технические характеристики. В табл. 1 приведены характеристики одноэлементных мини блоков, а ниже дано описание некоторых более сложных мини блоков.

Таблица 1

Мини блоки «Амперметр» (6 шт.) (рис. 4.10) позволяют подключать амперметр в различные ветви исследуемой электрической цепи без разборки схемы. Эти мини блоки устанавливаются в наборную панель в тех местах схемы, где требуется измерять токи. В крышку мини блока встроено гнездо коаксиального разъёмного соединителя, а к мультиметру подсоединяется кабель (рис. 5) с соответствующим штырём.

Рис. 5. Кабель для соединения мини блока «Амперметр» с мультиметром.

Блок мультметров (рис. 6) предназначен для измерения напряжений, токов, сопротивлений, а также для проверки диодов и транзисторов. В блоке установлены 4 серийно выпускаемых мультиметра. В блоке установлен источник питания мультиметров от сети с выключателями и предохранителями на 1 А. На лицевую панель блока вынесены также восемь предохранителей для защиты токовых цепей мультиметров.

Рис. 6. Блок мультиметров.

До подключения мультметра к цепи необходимо выполнить следующие операции:

· выбор измеряемой величины: V= (измерение постоянного напряжения), V~ (измерение действующего значения переменного напряжения), A= (измерение постоянного тока), A~ (измерение действующего значения переменного тока), или W;

· выбор диапазона измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

· правильное подсоединение зажимов мультиметра к исследуемой цепи.

ЗАДАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание 1. Исследовать неразветвленную электрическую цепь с одним источником энергии. Электрическая схема цепи приведена на рис. 7, монтажная схема – на рис. 8.

Рис. 7. Электрическая схема (задание 1).

Рис. 8. Монтажная схема.

Внимание. Исследуемые схемы смонтированы на наборном поле и подключены к измерительным приборам. При выполнении эксперимента не допускается самостоятельное изменение монтажной схемы.

Исследуемая схема содержит нерегулируемый источник питания Е с внутренним сопротивлением (на монтажной схеме это сопротивление не показано), постоянное сопротивление R (номинальное значение 470 Ом), ключ К, замыкание которого разрешает прохождение электрического тока, и переменное сопротивление (потенциометр) Переменное сопротивление изменяется от 0 Ом (ручка потенциометра повернута до упора против часовой стрелки) до 1000 Ом (ручка повернута до упора по часовой стрелке).

К контрольной точке подключен мультиметр (второй справа), измеряющий напряжение источника .

К контрольной точке подключен мультиметр (третий справа), измеряющий напряжение на нагрузке .

Амперметр (первый справа мультиметр) подключен к миниблоку «Амперметр».

1. Убедиться, что стенд обесточен, все сетевые выключатели находятся в положении «выключено», ключ К разомкнут (тумблер ключа в правом положении) и ручка потенциометра повернута до упора по часовой стрелке

2. Включить однофазный источник (рис. 2,1), сетевой тумблер блока генераторов (рис. 3,2) и сетевые тумблеры мультиметров.

3. Измерить напряжение на холостом ходу (при разомкнутом ключе) и занести показание в первую строку таблицы 1.

4. Замкнуть ключ K. Установить ручкой потенциометрам «рекомендуемое» напряжение В (строка №2). При установке допускается отклонение от рекомендуемого напряжения не более, чем на В. Занести реальное значение в графу [B], «установленное». Измерить ток и занести в строку №2 таблицы.

5. Последовательно устанавливая рекомендуемые напряжения, заполнить всю таблицу. Так как внутреннее сопротивление источника питания мало, то напряжение изменяется незначительно при изменении нагрузки. В этих условиях рекомендуется не измерять напряжение для строк №2 – 8, а ограничиться лишь напряжением при максимальном токе нагрузки (строка №9).

6. Разомкнуть ключ K и выключить тумблер «СЕТЬ» блока генераторов.

7. Вычислить мощность в нагрузке (правая строка таблицы 1).

8. Рассчитать внутреннее сопротивление источника , составив уравнение по 2-му закону Кирхгофа для контура I (рис. 7). Значение Е взять из первой строки таблицы 1, а ток и напряжение взять из 9 строки. Занести в таблицу 3 рассчитанное значение .

Таблица 1

Измерено	Вычислено
№	Ключ К	I [A]	[B],	[B], «рекомендуемое»	[B], «установленное»	[мВт]
	разомкнут		E=
	замкнут		Не измерять
	замкнут
	замкнут
	замкнут
	замкнут
	замкнут
	замкнут
	замкнут

9. Построить по точкам (таблица 1):

- внешнюю характеристику источника питания с внутренним сопротивлением . Построение провести по двум точкам. Если значения Е и близки, то допускается построение внешней характеристики в виде горизонтальной прямой, проходящей через точку Е;

- характеристику с искусственно увеличенным внутренним сопротивлением

- зависимость (при построении зависимости использовать расчетные значения из строк №2 – 8).

Все зависимости должны быть построены на одном графике (рис. 9) с единым масштабом по оси тока.

Внимание. При построении точки графика соединить плавной кривой таким образом, чтобы просматривалась точка максимума мощности. Определить по графику максимальную мощность Значение мощности может быть немного больше максимального из значений в таблице 1.

Рис. 9. Характеристики источника Е.

1. Опустить из точки максимальной мощности вертикальную прямую до пересечения с осью токов и определить по графику значение тока в точке пересечения. Отметить точку пересечения вертикальной прямой с графиком и определить графически напряжение в этой точке. Найденные по графикам значения соответствуют согласованному режиму работы. Занести , , в таблицу 2.

Таблица 2

[мВт]	[A]	[B]

11. Определить по результатам опытов и занести в табл. 3:

Таблица 3

[B]		[Ом]	[Ом]

а) ЭДС источника взять из первой строки таблицы 1. Искусственно увеличенное внутреннее сопротивление источника вычислить как где Ом.

б). Сопротивление резистора нагрузки соответствует режиму максимальной мощности (согласованный режим). Оно вычисляется как

в). КПД источника при согласованном режиме работы рассчитать по формуле

г). Рассчитать и занести в таблицу 4 значения мощности источника и сумму мощностей потребителей при согласованном режиме работы. Мощности рассчитать по формулам:

Таблица 4

[Вт]	[Вт]

После выполнения всех расчетов результаты показать препода­вателю.

Задание 2. Исследовать разветвленную электрическую цепь с тремя источниками энергии , и . Электрическая схема цепи приведена на рис. 10, монтажная схема на рис. 11.

Номинальные значения резисторов и источников приведены в таблице 5.

Таблица 5

		, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом

Примечание.Внутренние сопротивления источников и на монтажной схеме (рис. 11) не показаны.

Рис. 10. Электрическая схема (задание 2).

Рис. 11. Монтажная схема (задание 2).

Порядок выполнения задания.

1. Отсоединить штекер провода источника питания +15 В от точки предыдущей схемы и соединить его с точкой исследуемой схемы. Предъявить схему для проверки преподавателю.

1. Установить ручку регулятора источника в произвольное положение. Подключить щуп мультиметра (крайнего справа) к амперметру А1 (рис. 11).

2. Включить тумблер «СЕТЬ» блока генераторов. Измерить ток , результат занести в таблицу 6.

3. Перенести щуп мультиметра (крайнего справа) на амперметр А2 (рис. 11). Измерить ток , результат занести в таблицу 6.

4. Используя данные таблиц 5 и 6 провести вычисления всех параметров таблицы 6.

Таблица 6

Измерено	Вычислено
[А]	[А]	[A]	[В]	[Вт]	[Вт]

Методические указания:

- ток вычислить, применяя 1-й закон Кирхгофа для узла а, рис. 10;

- ЭДС регулируемого источника вычислить из второго закона Кирхгофа для левого контура схемы, рис. 10;

- Составить уравнение баланса мощности для схемы, рис. 10, численные значения и занести в таблицу 6.

После выполнения всех расчетов результаты показать препода­вателю и, получив его разрешение, выключить питание стенда.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется внешней характеристикой источника? Запишите уравнение внешней характеристики.

2. Как практически измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника?

3. Как с помощью внешней характеристики источника определить его ЭДС и внутреннее сопротивление?

4. Что такое согласованный режим работы источника? Чему равен КПД в таком режиме?

5. Выведите зависимость КПД источника с внутренним сопротивлением от сопротивления нагрузки

6. Выведите зависимость КПД источника с внутренним сопротивлением от тока нагрузки

7. Можно ли рассчитать КПД по внешней характеристике источника? Что для этого должно быть задано?

8. По какому принципу элементы электрической цепи подразделяются на источники и потребители энергии?

9. Дайте определение активного и пассивного двухполюсников.

10. Дайте определение режимов работы источника (холостой ход, короткое замыкание, номинальный, согласованный).

11. Покажите, что измерения, приведенные в таблице 3, отражают согласованный режим работы схемы.

12. Почему можно считать, что напряжение в первой строке таблицы 1 равно ЭДС источника Е?

13. Измените направление тока в схеме (рис. 10) на противоположное и запишите уравнение баланса мощности.

14. Измените направления токов и в схеме (рис. 10) на противоположное и запишите уравнение баланса мощности.

15. Как с помощью мультиметра измерить ток?

16. Как с помощью мультиметра измерить напряжение и сопротивление участка цепи?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: