Экспериментальный и расчетный анализ

Таблица 1.4

Данные табл. 1.1: Е1=________, RE1=__________.
Сопротивление нагрузки - RH	Ом	0.1	50	150	200	500	50000
Показание вольтметра - UV1	B
Показание амперметра - IА1	A
Расчёт мощности нагрузки РН  = UV1×IА1	Вт

Расчёт схемы производится нажатием кнопки пуск , которая находится в правом верхнем углу диалогового окна программы. Программа выполнит расчет 1-ого опыта, близкого к режиму короткого замыкания R_H=0.1 Ом. Запишите показания вольтметра V1 и амперметра А1, рассчитайте мощность нагрузки - Р_Н Затем, изменив величину R_H, проводите опыт 2 и.т.д. Проведя все опыты, заполнив табл. 1.4 и переходите к построению графиков.

Построение внешней характеристики источника проведем, используя табл. 1.4. Изменяем сопротивление нагрузки от R_H= 0.1 Ом (режим короткого замыкания) до R_H=50 кОм (режим холостого хода), в соответствии с данными таблицы, записываем показания амперметра и вольтметра в соответствующие графы.

По данным измерений построите внешнюю характеристику источника:

U_V1 = f(I_А1).

По характеристике определить значение внутреннего сопротивления . И величину ЭДС сравните их с заданными значениями.

По данным расчета постройте график Р_Н = f(R_H). По графику определите значение сопротивления, при котором мощность Р_Н  максимальная.

1.4.3. Исследование сложной линейной цепи постоянного тока (схема рис. 1.10) Методы: наложения, законы Кирхгофа, узловых потенциалов.

Перед выполнением моделирования цепи необходимо выполнить расчёты одного из варианта задания по пункту 1.2 и проверить преподавателем и занести их в соответствующие графы таблиц 1.2 и 1.3.

Сборку схемы рис. 1.10 осуществляем в порядке соответствующем п.1.3 работы. Собранная для исследований экспериментальная схема приведена на рис.1.20.

Рис. 1.20. Схема исследования сложной цепи постоянного тока

 

 

 

Рис.1.21 Панель параметров источника тока

Схема рис.1.15 содержит два новых элемента: источник тока и заземление , которые расположены на панели источников (рис.1.13) и выводится нажатием кнопок с пиктограммами источника -  (DC Current Source) и заземления -  (Ground Properties). Параметры и название источника задаются на панели параметров источника тока показанной на рис 1.21. Панель открывается после двойного нажатия левой кнопки мыши, наведённой на источник тока схемы рис. 1.20. Выбором вкладки  устанавливаем с клавиатуры, заданную в таб. 1.1 величину источника тока. При выборе вкладки  можно установить название источника тока, например IK. Заземление присоединено к узлу 3 и показывает, что его потенциал принят за нулевой.

На рис.1.21 показана панель с параметрами источника.

Итак, схема собрана (рис.1.20) параметры схемы соответствующие варианту задания (таблица 1.1) выставлены. Обратите особое внимание на полярность включения амперметров и вольтметров: через плюс амперметра втекает ток, направление которого указано на исходной схеме рис.1.10.

Вольтметры измеряют разность потенциалов между 2-мя точками (узлами).

На схеме, чтобы пронумеровать узлы необходимо курсор мыши подвести к этому узлу и дважды нажать на левую кнопку мыши. Откроется панель с параметрами узла (Connector Properties). При выборе вкладки  (рис.1.22) можно установить номер узла.

 

Рис.1.22 Панель параметров узла

2.4.3.1. Исследование цепи методом наложения.

Моделирование по программе EWB

1. от двух источников

Расчёт схемы (рис.1.20) производится нажатием кнопки пуск .

Вольтметры покажут напряжения на участках цепи:

V1 – разность потенциалов между узлами 1 и 3: U₁₃ = φ₁ – φ₃ = φ₁ = U_R1 = I₁×R₁;

V2 – разность потенциалов между узлами 2 и 4: U₁₂ = φ₁ – φ₂ = U_R2 = I₂×R₂;

V3 – разность потенциалов между узлами 3 и 1: U₂₄ = φ₂ – φ₄ = φ₄ = U_R3 = I₃×R₃

Учтём заземление φ₃ = φ₄ = 0.

А амперметры покажут токи в ветвях.

AE1– ток в ветви источника тока I_Е1;

A1 – ток I₁ в ветви 1 резистора R₁;

A2 – ток I₂ в ветви 2 резистора R₂;

A3 – ток I₃ в ветви 3 резистора R₃.

Результаты показаний приборов занести в соответствующие места табл. 1.2.

2. от одного источника ЭДС

В исходной схеме рис. 1.20 значение тока источника положить равной нулю (вместо источника тока в схеме остаётся его внутреннее сопротивление). Провести расчёт схемы нажатием кнопки пуск .

Результаты показаний приборов занести в соответствующие места табл. 1.2.

3. от одного источника тока.

В исходной схеме рис. 1.20 восстановить значение тока источника и положить равной нулю величину источника ЭДС (вместо источника ЭДС в схеме остаётся его внутреннее сопротивление). Провести расчёт схемы нажатием кнопки пуск .

Результаты показаний приборов занести в соответствующие места табл. 1.2.

Обработка результатов моделирования:

- для исследуемой цепи (рис. 1.10) составить полную систему уравнений по законам Кирхгофа и провести проверку моделирования по законам Кирхгофа для первого опыта (от двух источников).

- методом узловых потенциалов составить полную систему уравнений для исследуемой цепи и рассчитать показания приборов (рис. 1.20).

- по результатам моделирования данные табл. 1.2 провести проверку метода наложения.

По результатам расчетов сделать выводы.

2.4.3.2.   Определение параметров эквивалентного генератора - E _ЭГ и R _ЭГ относительно зажимов заданного  резистора.

В схеме рис. 1.20 восстановить заданную величину источником ЭДС – Е₁.

Установить величину резистора R₁ = 50 мОм (соответствует разрыву в данном месте цепи) и вольтметром V1 измерить величину напряжения на разомкнутых зажимах сопротивления U_V1 = U_XX (режим холостого хода). Напряжение эквивалентного генератора U_XX.= E_ЭГ.

Установить величину резистора R₁ = 0.1 Ом (соответствует короткому замыкания в данном месте цепи) и амперметром А1 измерить величину тока в исследуемой ветви I_A1 = I_КЗ (ток короткого замыкания).

По результатам моделирования рассчитываем значение входного сопротивления R_BX.= U_XX / I_КЗ.

Установить величину резистора  =68 Ом и амперметром А1 измерить величину тока в исследуемой ветви I_A1.

Результаты измерений и расчета занести в соответствующие места табл. 1.3.

По результатам расчетов сделать выводы.

Содержание отчета

1. Расчеты контрольных заданий по вариантам.

2. Цель работы.

3. Опытное определение параметров источника ЭДС.

3.1. Схемы рис. 1.11, табл. 1.4.

3.2. Расчетные формулы для определения параметров источника ЭДС - Е₁ и  по результатам измерений.

3.3. Внешняя характеристика источника - U_V1 = f(I_А1). По характеристике определение значение внутреннего сопротивления R_E1 и величины ЭДС. Сравните их с заданными значениями.

График Р_Н = f(R_H). По графику определение величины сопротивления, при котором мощность Р_Н  максимальная.

4. Исследование линейной цепи методом наложения.

4.1. Схема рис. 1.10, табл. 1.2.

4.2. Схемы и формулы для определения токов ветвей и их составляющих. (Внутреннее сопротивление источника тока можно не учитывать.).

5. Исследование линейной цепи методом узловых потенциалов.

5.1. Уравнения метода узловых потенциалов для определения токов в схеме рис. 1.10.

5.2. Определение потенциалов узлов и токов ветвей и сопоставление полученных результатов с опытными и расчетными данными.

6. Исследование линейной цепи методом эквивалентного генератора.

6.1. Схемы и формулы для определения  и .

6.2. Табл. 1.3.

7. Анализ подученных результатов и выводы по лабораторной работе.

1.6. Контрольные вопросы и задания

1. Какие элементы содержит электрическая цепь и для чего эти элементы предназначены?

2. Как строится схема замещения электрической цепи?

3. Изложите основные сведения об источниках напряжения и тока и их эквивалентности?

4. Нарисуйте внешние характеристики идеальных источников напряжения и тока.

5. Как записывается закон Ома для ветви с последовательным соединением ЭДС и резисторов?

6. Сформулируйте законы Кирхгофа.

7. Как выбираются знаки у составляющих, которые входят в первый и второй законы Кирхгофа?

8. Сколько уравнений необходимо составить по первому и второму законам Кирхгофа для определения токов в цепи?

9. Изложите суть метода расчета цепей по законам Кирхгофа.

10. Изложите суть метода узловых напряжений для расчета цепей.

11. Изложите суть метода наложения для расчета цепей.

12. Можно ли применять принцип наложения для определения напряжений на ветвях цепи?

13. Изложите суть метода эквивалентного генератора для расчета цепей.

14. При каком значении сопротивления нагрузки в нем выделяется максимальная мощность?

15. Как экспериментально определить параметры эквивалентного генератора?

16. Как экспериментально определить эквивалентные параметры источников ЭДС и тока?

17. Составить систему уравнений по законам Кирхгофа для схемы рис. 1.10.

18. Записать закон Ома для ветвей схемы рис. 1.10.

19. Составить систему уравнений методом контурных токов для схемы рис. 1.10.

20. Составить систему уравнений методом узловых потенциалов для схемы рис. 1.10.

21. Определить входное сопротивление цепи относительно зажимов резистора R₁.

22. Определить входное сопротивление цепи относительно зажимов резистора R₂.

23. Определить входное сопротивление цепи относительно зажимов резистора R₃.

23. Определить напряжение холостого хода относительно зажимов резистора R₁.

23. Определить напряжение холостого хода относительно зажимов резистора R₂.

23. Определить напряжение холостого хода относительно зажимов резистора R₃.