66

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине “Теоретические основы электротехники”

для студентов специальностей:

100200 «Электроэнергетические системы и сети»,

100400 «Электроснабжение»,

200100 «Материалы и компоненты твердотельной электроники»,

200400 «Промышленная электроника»

Ставрополь 2004

Методические указания к выполнению лабораторных работ составлены в соответствии с требованиями ГОСВПО, рабочих учебных планов специальностей: 100200, 100400, 200100, 200400 и программ дисциплины «Теоретические основы электротехники». Часть 1.

Предназначены для студентов всех форм обучения.

Составители: В.М. Кожевников, Ю.А. Ларионов, Т.Ф.Морозова,

И.Ю. Чуенкова, студенты Д.В.Коротков, С.С.Новик

Рецензент: Гринь А.И.

Содержание:

Лабораторная работа №1

• Цель и содержание………………………………………………………4

• Теоретическое обоснование…………………………………………….4

• Аппаратура и материалы………………………………………………..14

• Указания по технике безопасности…………………………………….17

• Методика и порядок выполнения работы……………………………...18

• Содержание отчета и его форма………………………………………..28

• Контрольные вопросы и защита работы……………………………….30

Лабораторная работа №2

• Цель и содержание………………………………………………………34

• Теоретическое обоснование……………………………………………..34

• Аппаратура и материалы…………………………………………………43

• Указания по технике безопасности……………………………………...46

• Методика и порядок выполнения работы……………………………….47

• Содержание отчета и его форма …………………………………….......55

• Контрольные вопросы и защита работы………………………………...58

• Литература…………………………………………………………….…..62

Лабораторная работа №1

«Экспериментальная проверка законов Кирхгофа

в резистивных цепях»

Цель и содержание

Цель работы: Экспериментально изучить законы Кирхгофа для резистивных цепей, содержащих источники напряжения и тока. Убедиться в справедливости принципа наложения для линейных резистивных цепей.

Для достижения цели необходимо:

1. Исследовать внешние характеристики реальных источников напряжения и тока.

2. Экспериментально исследовать токораспределение в разветвленной резистивной цепи.

3. Исследовать разветвленную цепь методом наложения.

Теоретическое обоснование

1. Источники ЭДС и тока

Условные обозначения на схемах идеального источника ЭДС (источника напряжения) и идеального источника тока показаны на рисунке 1.

а) б)

Рисунок 1 – Условные обозначения идеальных источников:

а) ЭДС; б) тока

Идеальным источником ЭДС или источником напряжения называется источник постоянного или переменного напряжения, имеющий внутреннее сопротивление R_i = 0. Напряжение на его зажимах не изменяется при подключении к нему любого сопротивления нагрузки. При сопротивлении нагрузки R_H = 0, подключенной к зажимам идеального источника ЭДС, в нагрузку потечет бесконечно большой ток.

Идеальный источник тока – это такой источник постоянного или переменного тока, который имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление. При любом сопротивлении нагрузки R_H, подключенной к источнику тока, ток в нагрузке не зависит от ее сопротивления, т. е. остается постоянным.

Любой реальный источник энергии имеет внутреннее сопротивление R_i конечной величины. Поэтому реальный источник может быть изображен в виде схемы идеального источника ЭДС и последовательно включенного R_i (рисунок 2,а) или схемы идеального источника тока и параллельно включенного сопротивления R_i (рисунок 2,б). Схемы на рисунке 2 эквивалентны.

Р

а) б)

исунок 2 – Условное обозначение реальных источников, имеющих

внутреннее сопротивление

Реальные источники допустимо считать идеальными, если их характеристики отличаются от идеальных не более чем на 10%. Реальный источник (рисунок 2,а) является практически идеальным источником напряжения в тех случаях, когда сопротивление нагрузки R_H превышает внутреннее сопротивление R_i на порядок. Аналогично, источником тока, близким к идеальному, является всякий реальный источник, схема замещения которого соответствует показанной на рисунке 2 б, а сопротивление нагрузки на порядок меньше внутреннего сопротивления R_i. Таким образом, на рисунке 2 при источник является практически идеальным источником тока, а при − идеальным источником напряжения.

Для определения параметров эквивалентных схем реальных источников собирают цепь, схема которой показана на рисунке 3. С помощью магазина резисторов R_M сопротивление можно изменять в широких пределах.

Если R_M разомкнуть (или установить его сопротивление достаточно большим), то ток в цепи будет близким к нулю, т. к. входное сопротивление электронного вольтметра велико, и током его входной цепи можно пренебречь. В этом случае вольтметр показывает напряжение холостого хода U_xx, численно равное ЭДС источника Е. Если сопротивление R_M уменьшать, то ток в цепи начнет возрастать, падение напряжения на внутреннем сопротивлении увеличится, а на нагрузке уменьшится: . Если сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, то напряжениеU_xx = E будет распределяться поровну между R_i и R_M. Таким образом, сопротивление нагрузки, падение напряжения на которой составляет 0,5Е, равно внутреннему сопротивлению источника. Если подключить R_M, при котором U = 0,5U_xx не представляется возможным, то в этом случае внутреннее сопротивление

,

где U – напряжение на R_M.

Чем напряжение U ближе к 0,5 U_xx, тем выше точность измерения.

Внешней или нагрузочной характеристикой источника называют зависимость напряжения на зажимах источника от его тока. Внешняя характеристика реального источника может быть приближенно представлена прямой линией, проведенной через точки (U = 0, J = J_k) и (J = 0, U = U_xx).