Лабораторная работа №-2 исследование режимов работы активного двухполюсника цепи постоянного тока

Цель работы: исследовать режимы работы активного двухполюсника, подключенного к пассивному двухполюснику. Снять зависимости, оценивающие эффективность передачи энергии.

1. Объект и средства исследования

Объектом исследования служит электрическая цепь постоянного тока, состоящая из активного двухполюсника, подключенного к пассивному двухполюснику. Активный двухполюсник представлен эквивалентным генератором с ЭДС Е_эк и внутренним сопротивлением R_вн, а пассивный двухполюсник одним резистором с сопротивлением R_n (реостат).

В электрической цепи, представленной на рис.2.1. А – амперметр, Un – вольтметр, В - выключатель. Сопротивление соединительных проводов принимается равным нулю. В качестве источника ЭДС Е_эк в работе используется последовательное соединение фазы трехфазного источника «А – 0» и диода однополупериодного выпрямления V₁ (рис.2.2.)

2. Подготовка к работе

   0. Ознакомиться с режимами работы активного двухполюсника, подключенного к пассиному двухполюснику, обратив внимание на режимы холостого хода, короткого замыкания, согласованный и номинальный.

   1. При значении ЭДС Е_эк=90 В по выбранному из табл.2.1. значению R_вн и задаваемым значениям сопротивления R_n рассчитать ток в цепи I , напряжение на приемнике U_n, мощность приемника P_n мощность источника ЭДС P_и и коэффициент полезного действия ή. Результаты расчета для 7 значений R_n записать в табл.2.2.

Таблица 2.1.

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Rвн, Ом	30	35	25	45	40	50	20	42	48	33	26	31

Таблица 2.2.

Задано	Вычислено
Rn, Ом	I, А	Un, В	Pn, Вт	Pи, Вт	ή
0
…
100
∞

0. По результатам вычислений построить совмещенные графики зависимостей Е_эк, U_n, P_n, P_и, ή и R_n/ R_вн от тока I.

1. На полученных графиках показать режимы холостого хода, короткого замыкания и согласованный режим работы. Каким образом можно получить эти режимы экспериментально?

2. определить для заданного варианта мощность приемника в согласованном режиме и показать, что она соответствует максимальной активной мощности пассивного двухполюсника. В каких электрических цепях используют согласованный режим работы?

*2.6. Построить вольт-амперные характеристики эквивалентного генератора в случае, когда R_n>> R_вн (источник ЭДС) и когда R_вн>> R_n (источник тока). Записать математически внешнюю характеристику реального источника электрической энергии.

3. Рабочее задание

   0. Собрать схему (см.рис.2.1. и 2.2.) с заданным вариантом R_вн.

   1. Определить ЭДС источника Е_эк.

   2. Регулируя сопротивление реостата R_n, получить режимы, рассчитанные в п.2.2., исследуя при этом режимы холостого хода, короткого замыкания и согласованный, а также два режима при R_n<R_согл и два режима при R_n>R_согл. Результаты измерений тока I и напряжения приёмника U_n записать в табл.2.3.

Таблица 2.3.

Измерено			Вычислено
Еэк, В	I, А	Un, В	Rn, Ом	Rвн, Ом	Pn, Вт	Pи, Вт	ή

0. Построить совмещенные графики зависимостей Е_эк, U_n, P_n, P_и, ή от тока I. Проанализировать характерные режимы работы активного двухполюсника, сравнить опытные и расчетные данные.

*3.5. Экспериментально исследовать внешние характеристики источников ЭДС и тока с учетом ограничений, наложенных в п.2.6.*

Контрольные вопросы

1. Как оценивается эффективность передачи энергии электрической цепи?

2. почему вольтметром можно измерить ЭДС источника в режиме холостого хода цепи?

3. Каково уравнение баланса мощностей электрической цепи, состоящей из источника электроэнергии и приемника?

4. В каком режиме источник электроэнергии развивает наибольшую мощность?

5. Что такое потери мощности и энергии в источнике питания и электрических сетях?

6. Почему выгодно передавать энергию на большие расстояния при высоком напряжении?

7. Как определить необходимое сечение проводов линии электропередачи?

Программа обработки экспериментальных данных

Ввод данных:

I: Х  ПА, U_n: Х  ПВ, E_экв: Х  ПС

Вывод результатов:

R_n: П  Х1, R_вн: П  Х2, P_n: П  Х3, P_и: П  Х4, ή: П  Х5.

Текст программы:

П  ХВ П  ХА ÷ Х  П; П  ХС П  ХВ - П  ХА ÷ Х  П2

П  ХА Fx² П  Х1 x Х  П3 П  ХС П  ХА x Х  П4 П  Х3

П  Х4 ÷ Х  П5 С/П

Контрольный пример:

I = 1 А, U_n = 40 В, E_экв = 80 В.

R_n = 40 Ом, R_вн = 40 Ом, P_n = 40 Вт, P_и = 80 Вт, ή = 0,5.

Примечание: программа не позволяет рассчитать данные в режиме холостого хода.

Расчетные формулы:

U_n = E_экв - R_вн* I - напряжение на приемнике;

I = E_экв/( R_вн+ R_n) - ток в цепи;

P_n = R_n* I² = R_n* E_экв²/( R_вн+ R_n)² - мощность приемника;

P_и = E_экв* I = E_экв²/( R_вн+ R_n) - мощность источника ЭДС;

- коэффициент полезного действия;

R_n = U_n/I - сопротивление потребителя;

R_вн = (E_экв - U_n)/I - внутреннее сопротивление источника.

Библиографический список

1. Электротехника / Под ред. В.Г.Герасимова, М.; Высш.шк., 1985, С. 11-16, 35-40.

2. Борисов Ю.М. и др. Электротехника, М.: Энергоатомиздат, 1985, С. 11-17, 24-41.