Лабораторная работа №2
Исследование электрических цепей методом наложения и методом эквивалентного генератора
Цель работы:
1. Экспериментальное исследование электрических цепей методом наложения.
2. Экспериментальное исследование электрических цепей методом эквивалентного генератора напряжения.
3. Экспериментальное исследование электрических цепей методом эквивалентного генератора тока.
Задание на подготовку к лабораторной работе:
1.Ознакомиться с руководством к лабораторной работе;
2. Выполнить предварительный расчет согласно варианту задания (таблица 1):
2.1. Рассчитать токи в ветвях заданной цепи методом наложения.
2.2. Рассчитать ток в ветви с элементом R3 заданной цепи методом эквивалентного генератора напряжения.
2.3. Рассчитать ток в ветви с элементом R3 заданной цепи методом эквивалентного генератора тока.
Описание схемы исследований
Исследования проводятся на ПЭВМ в среде Electronics Workbench. Схемы исследований содержат источники постоянного тока и напряжения, резисторы, вольтметр и амперметры.
Задание на исследование
1. Исследовать методом наложения распределение токов в ветвях электрической цепи постоянного тока.
2. Определить методом эквивалентного генератора напряжения ток в заданной ветви электрической цепи постоянного тока.
3. Определить ток в заданной ветви электрической цепи постоянного тока методом эквивалентного генератора тока.
Таблица 1-Варианты заданий для предварительного расчета и исследований
| Вариант № | Е1, В | Е2, В | J, мА | R1, Ом | R2, Ом | R3, Ом |
Порядок проведения исследований
а) Исследование электрической цепи методом наложения
1.Собрать схему электрической цепи (рисунок 1). При сборке схемы амперметры и вольтметр подсоединить с соблюдением «полярности»
Рисунок 1
2.Установить заданные согласно варианту значения ЭДС и тока источников энергии, величины элементов схемы. Для чего к нужному элементу подводится курсор и двойным нажатием левой кнопки «мышки» вызывается окно (с именем элемента), в котором устанавливается требуемое значение параметра и нажимается кнопка «Accept».
3. В схеме (рисунок 1) установить все ключи в положение 1 (при необходимости нажать на клавиатуре клавиши 1, 2 и 3)
4. После завершения установки всех параметров схемы кнопку 
- «0-1», расположенную в правом верхнем углу экрана перевести в положение 1-«Включено». По завершении автоматических расчетов (несколько секунд) кнопку перевести в положение 0-«Выключено». Показания амперметров и вольтметра занести в таблицу 2.
Таблица 2-Расчетные и экспериментальны данные исследования цепи методом наложения
| № п.п. | Подключены источники | I1, мА | I2, мА | I3, мА | I4, мА | U3, В | |||||
| расч | эксп | расч | эксп | расч | эксп | расч | эксп | расч | эксп | ||
| Е1, Е2, J | |||||||||||
| только E1 | |||||||||||
| только E2 | |||||||||||
| только J | |||||||||||
| Алгебраическая сумма «частичных» токов и напряжений |
5. Переключателями 2 и 3 отключить источники Е2 и J. Для этого ключи 2 и 3 перевести в положение 0 (нажать на клавиатуре клавиши 2 и 3). Кнопку (0-1) перевести в положение «1». По завершении автоматических расчетов кнопку (0-1) перевести в положение «0». Показания амперметров и вольтметра занести в таблицу расчетных и экспериментальных данных (таблица 2). Переключатели 2 и 3 перевести в положение 1 (исходное положение)
6. Переключателями 1 и 3 отключить источники Е1 и J (нажать на клавиатуре клавиши 1 и 3 при этом ключи переводятся в положение 0). Кнопку (0-1) перевести в положение «1». По завершении автоматических расчетов кнопку (0-1) перевести в положение «0».Показания амперметров и вольтметра занести в таблицу расчетных и экспериментальных данных (таблица 2). Переключатели 1 и 3 перевести в положение1
7. Переключателями 1 и 2 отключить источники Е1 и Е2 (нажать на клавиатуре клавиши 1 и 2 при этом ключи переводятся в положение 2). Кнопку (0-1) перевести в положение «1». По завершении автоматических расчетов кнопку (0-1) перевести в положение «0».Показания амперметров и вольтметра занести в таблицу расчетных и экспериментальных данных (таблица 2). Переключатели 1 и 2 перевести в положение1
8. Определить алгебраическую сумму «частичных» токов в каждой ветви исследуемой схемы (сложить токи п. 2-4 табл.2) и сравнить с результатами измерений п.1 табл. 2. Сделать выводы.
9. Сравнить результаты предварительных расчетов первичных параметров с результатами исследований. Сделать выводы.
б) Экспериментальное исследование электрических цепей методом эквивалентного генератора
1.Собрать схему электрической цепи (рисунок 2). Для этого необходимо в схеме (рисунок1) удалить элемент R3 и добавить ключ К.
2. Для определения параметра эквивалентного генератора напряжения Еэ= Uхх в схеме (рисунок 2) установить режим холостого хода: переключатель «К» перевести в положение 0 (нажать на клавиатуре клавишу К).
Рисунок 2
3. После завершения установки всех параметров схемы кнопку (0-1) перевести в положение «1». По завершении автоматических расчетов кнопку (0-1) перевести в положение «0». Показания вольтметра U3=Еэ занести в таблицу расчетных и экспериментальных данных.
Таблица 3- Расчетные и экспериментальны данные
| Метод исследования | U3 , В | I3, мА | Rэ, Ом | Iн, мА | |
| Метод эквивалентного генератора напряжения | расчет | ||||
| эксперимент | |||||
| Метод эквивалентного генератора тока | расчет | ||||
| эксперимент |
4. Для определения величины Jэ (параметр эквивалентного генератора тока) в схеме (рис.2) установить режим короткого замыкания: переключатель «К» перевести в положение 1 (нажать на клавиатуре клавишу К). Кнопку (0-1) перевести в положение «(1)». По завершении автоматических расчетов кнопку (0-1) перевести в положение «(0)». Показания амперметра I3=Iкз=Jэ занести в таблицу расчетных и экспериментальных данных.
5. Для определения величины Rэ (параметр эквивалентного генератора) в схеме (рис.2) переключатель «К» и ключи 1, 2, 3 перевести в положение 0 (схема преобразована в пассивный двухполюсник). Вместо вольтметра (рисунок 2) подсоединить мультиметр 
и подготовить его для измерения сопротивления. Для этого к его изображению подвести курсор и двойным нажатием левой кнопки «мыши» активизировать и нажать кнопку «
». Кнопку (0-1) перевести в положение «(1)». По завершении автоматических расчетов кнопку (0-1) перевести в положение «(0)». Показания мультиметра, соответствующие Rэ, занести в таблицу 3 расчетных и экспериментальных данных.
Сопротивление Rэ определить, используя результаты опыта холостого хода и короткого замыкания 
. Результаты измерений Rэ сравнить.
6. Для определения тока нагрузки Iн=I3 в схеме (рисунок 1) методом эквивалентного генератора напряжения собрать схему электрической цепи (рисунок 3).
| 
|
| Рисунок 3 | Рисунок 4 |
Кнопку (0-1) перевести в положение «(1)». По завершении автоматических расчетов кнопку (0-1) перевести в положение «(0)». Показания амперметра Iн занести в таблицу расчетных и экспериментальных данных.
7. Для определения тока I3 в схеме (рисунок 1) методом эквивалентного генератора тока собрать схему электрической цепи (рисунок 4).
Кнопку (0-1) перевести в положение «(1)». По завершении автоматических расчетов кнопку (0-1) перевести в положение «(0)». Показания амперметра Iн занести в таблицу расчетных и экспериментальных данных.
8. Сравнить результаты предварительных расчетов тока I3 и Iн с результатами исследований. Сделать выводы.
Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- наименование работы;
- цель исследований;
- программу (задание) исследований;
- схемы исследований, выполненные по требованиям ГОСТов;
- заполненные таблицы расчетных и экспериментальных данных, расчетные формулы и подробный расчет всех требуемых параметров;
- выводы по результатам исследований.
Контрольные вопросы:
1. Сформулируйте принцип суперпозиции.
2. Поясните алгоритм расчета электрической цепи методом наложения.
3. Что такое ветвь электрической цепи?
4. Что понимают под схемой замещения электрической цепи?
5. Сформулируйте закон Ома для замкнутой одноконтурной цепи.
6. Сформулируйте обобщенный закон Ома.
7. Поясните алгоритм расчета электрической цепи методом эквивалентного генератора напряжения.
8. Поясните алгоритм расчета электрической цепи методом эквивалентного генератора тока.