1. Цель работы: экспериментальное определение тока в ветвях линейной цепи постоянного тока методом эквивалентного источника э.д.с.
2. Основные теоретические положения.
Метод эквивалентного генератора является одним из основных методов расчета тока в сложных электрических цепях.
Наиболее широкое применение он находит в тех случаях, когда целью поставленной задачи является определение тока в одной из ветвей электрической цепи.
Метод основан на замене части электрической цепи, к которой подключена данная ветвь, эквивалентным источником э.д.с. [1]
Параметры источника определяются из следующих условий:
Величина э.д.с. должна быть равна напряжению активного двухполюсника на выводах разомкнутой ветви, а внутреннее сопротивление должно равняться входному сопротивлению пассивной электрической цепи относительно выводов выделенной ветви. При найденных значениях э.д.с. и внутреннего сопротивления эквивалентного генератора ток в заданной ветви рассчитывается по формуле, 
где Еэ – э.д.с. эквивалентного источника;
Ro – внутреннее сопротивление эквивалентного источника;
R – сопротивление исследуемой ветви.
3. Описание лабораторной установки.
Экспериментальное исследование по определению тока в ветвях электрической цепи методом эквивалентного генератора проводится на экспериментальном рабочем стенде, на лицевой панели которого установлены все элементы исследуемой цепи, источник и измерительные приборы.
Перечень элементов и измерительных приборов, рекомендуемых для выполнения измерительного исследования, рекомендуется преподавателем.
4. Порядок выполнения работы.
4.1. Используя универсальный измерительный прибор, определить сопротивления элементов электрической цепи и выходное напряжение (э.д.с. источника). Помнить, что положение регуляторов резисторов с переменной величиной сопротивления должны оставаться в ходе выполнения дальнейшей программы работы, (за исключением отдельных случаев, которые оговорены ниже), без изменения.
Данные по измерению сопротивлений заносятся в таблицу по форме I.
Форма I.
| R1, Ом | R2, Ом | R3, Ом | R4, Ом | R5, Ом | R7, Ом |
4.2. Экспериментальное определение тока в заданной ветви электрической цепи методом эквивалентного генератора.
Схема электрической цепи для определения тока в ветви с сопротивлением R2 приведена на рис.4. Следует отметить, что в качестве исследуемой может быть выбрана любая ветвь, содержащая регулируемый резистор (R1, R2, R3).
4.2.1. Определение э.д.с. ЕЭКВ эквивалентного источника.
Величина э.д.с. эквивалентного источника определяется измерением напряжения на выводах выделенной ветви с сопротивлением R2, в точках a и b при положении ключа К в позиции 1 и разомкнутом ключе К1.
4.2.2. Экспериментальное определение внутреннего сопротивления эквивалентного источника.
Внутреннее сопротивление источника R0 определяется путем измерения сопротивления цепи (рис.4.2.2) относительно зажимов “а в” при установке ключа К в положении 2 и разомкнутом ключе К1.
 | |||||
| |||||
Полученные данные по пункту 4.2.2. заносятся в таблицу по форме 2.
Форма2.
| Измерено | Вычислено | ||
| Eэ, B | R0, Ом | Еэ, В | R0, Ом |
4.3. Экспериментальная зависимость 
I2 = f(R2)
Для получения зависимости I2 = f(R2) необходимо провести 5 – 6 опытов, постепенно уменьшая сопротивление R2 (рис.4.) от R2max до R2min и каждый раз измеряя его сопротивление и падение напряжения на нем с помощью универсального вольтметра.
Опыт проводится в следующем порядке:
1) Установив движок резистора в одно из положений и разомкнув ключ К1, ключ К в положение 2, измеряют его сопротивление (Прибор включен в режим омметра.).
2) Затем прибор переводят в режим измерения напряжения и, замкнув ключ К1, ключ К в положение 1, измеряют падение напряжения (Сопротивление резистора R2 при измерении напряжения не меняется).
3) Данные заносятся в таблицу по форме 3.
Форма3.
| Величина | Номер опыта | |||||
| R2, Ом | ||||||
| U2, В | ||||||
I2 = 
| ||||||
| I2расч , А |
5. Содержание отчета.
5.1. Цель работы.
5.2. Таблицы данных электроизмерительных приборов.
5.3. Схема электрической цепи.
5.4.Таблицы наблюдаемых и вычисленных величин.
5.5 Основные расчетные формулы. Расчет внутреннего сопротивления э.д.с. эквивалентного источника тока в заданной ветви. Сравнить полученные расчетные
значения этих величин с их значением из опыта по пунктам 4.2.1 и 4.2.2.
5.6. Опытная и расчетная зависимость I2 = f(R2).
Литература:
[1] 5-17, стр. 239; [2] 7-5, стр. 173, 7-9, стр. 180.
Лабораторная работа № 3
Исследование электрических цепей синусоидального тока.
1. Цель работы – экспериментальное исследование цепей однофазного переменного тока при различных соединениях элементов.
2. Основные теоретические положения.
Любое электрическое устройство при определенных условиях можно представить в виде электрической цепи, включающей идеализированные элементы R, L, C.
На рис.5 представлена цепь, состоящая из последовательного резистора R, катушки индуктивности L, Rk и конденсатора С при синусоидальном напряжении на входных зажимах и ее векторная диаграмма.
На рис.6 и 7 представлены другие примеры простейших цепей переменного тока и их векторные диаграммы. Основные расчетные формулы для этих цепей рекомендуется изучить самостоятельно.
|
|
|
| |||||
| |||||
|
| |||
|
Для любой сложной цепи с постоянными параметрами при синусоидальном напряжении общий входной ток будет синусоидальным и сдвинут по фазе, в общем случае, по отношению к напряжению на угол j. Рассматривая всю цепь в целом, как двухполюсник, можно охарактеризовать ее некоторыми зквивалентными параметрами и представить эквивалентной цепью (рис.8.)
Эквивалентные параметры цепей, представленных на рис.9 и 10, можно определить по показаниям приборов:
Zэ = 
- полное сопротивление цепи,
где I = 
или I= 
,
Ur1 – измеренное напряжение на известном по величине резисторе R1 (рис.9) или Ur4 - на резисторе R4 (рис.10),
U – напряжение на входе цепи,
Rэ = ZЭ×cosj - эквивалентное активное сопротивление цепи,
j - измеренный угол сдвига по фазе между U и I,
Xэ = 
- эквивалентное реактивное сопротивление цепи.
Применяют два вида эквивалентных схем пассивных двухполюсников: последовательная схема и параллельная. Существует связь между сопротивлениями последовательной эквивалентной схемы и проводимостями параллельной эквивалентной схемы.
3. Описание лабораторной установки.
Экспериментальное исследование цепей переменного тока в лаборатории проводятся на универсальном лабораторном стенде, на лицевой панели которого расположены все элементы исследуемой цепи, источник синусоидального напряжения и измерительные приборы.
4. Порядок выполнения работы.
4.1. Исследование цепи при последовательном соединении элементов.
Перечень исследуемых элементов цепи (R, L, C), ориентировочное значение параметров элементов и частота источника задаются преподавателем.
Экспериментальные исследования цепи проводятся по схеме (рис.9.)
Последовательно с сопротивлением R1 поочередно включаются в цепь либо катушка индуктивности, либо конденсатор, либо катушка и конденсатор, соединенные последовательно.
Напряжения измеряются вольтметром V.
Рис. 9
Угол сдвига по фазе между током в цепи (базовый сигнал) и напряжениями измеряется фазометром.
Измерения проводятся для случаев:
- последовательное соединение R, L;
- последовательное соединение R, C;
- последовательное соединение R,L,C.
Результаты измерений заносятся в таблицу по форме 4.
U d0 =… В, R1=… Ом, f = … Гц
Форма 4.
| Измерение | Расчет | |||||||||||
| Цепь | Ток, А | Напряж, В | L Г | С мкф | XL ом | Xc ом | Zэ Ом | φ град | ||||
| I | Uab | Ubo | Udb | Uab | Uda | |||||||
| R, L | ||||||||||||
| R, C | ||||||||||||
| R, L, C |
По результатам измерений необходимо определить индуктивность катушки и емкость конденсатора, их сопротивления, эквивалентные сопротивления цепи, а также построить топографические векторные диаграммы и треугольники сопротивлений для всех случаев.
4.2. Исследование цепи при смешанном соединении элементов.
Экспериментальное исследование проводится по схеме, рис.10.
Поочередно подключаются ветви с L или С параллельно R3.
Напряжения на всех участках и углы сдвига по фазе между токами и напряжением на зажимах цепи (базовый сигнал) измеряется аналогично измерениям по пункту 4.1.
Результаты измерений и расчетов вносятся в таблицу по форме 5.
U d0 =… В, R1=…, R2=…, R3=…, R4=… ом, f = …Гц. Форма 5.
| Измерения | Расчет | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Цепь | Ток, А | Напряж, В | L Г | С мкф | XL ом | Xc ом | Zэ Ом | φэ град | |||||||||||||||||||||||||||||||
| I | Uco | Uac | Ubc | Udc | Uda | Udb | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| R1,R3, L | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| R2,R3, C | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| R1,R2,R3, L, C | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
При оформлении отчета необходимо:
- по результатам измерений определить эквивалентные входные сопротивления цепи;
- по известным параметрам рассчитать токи и напряжения в цепи, построить векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму напряжений;
- сравнить измеренные значения токов, напряжений и углов сдвига по фазе с их значениями из диаграмм.
5. Содержание отчета.
5.1. Цель работы.
5.2. Основные расчетные формулы.
5.3. Таблица применяемых приборов и элементов цепи.
5.4. Таблицы, векторные диаграммы в порядке выполнения экспериментов.
5.5. Выводы с анализом результатов по пунктам 4.1. и 4.2.
Литература:
[1] Гл. 4, §§ (4-4), (4-5), стр. 171-177;
§ (4-8), (4-9), (4-10), стр. 184-190.
[2] Гл. 3, § (3-2), стр. 56-60; § (3-4), стр. 61-62;
§ (3-5), стр. 62-64.
Гл. 5, §§ (5-1), (5-2), стр. 76-86; § (6-3), стр. 102-108.
Лабораторная работа № 4