«Исследование метода эквивалентного генератора»

Цель работы: Исследование метода эквивалентного генератора, режимов согласования нагрузки и коэффициент полезного действия электрической цепи.

Задание к лабораторной работе

1. Для схемы (рис.1) постройте характеристику эквивалентного источника напряжения и характеристику нагрузки для сопротивлений R_Н = 100 Ом, 33 Ом и 10 Ом. Для этого измерьте величины ЭДС, тока короткого замыкания I_K, тока нагрузки I_Н и выходного напряжения U₁₂ источника.

Рис. 1

2. Измеряя напряжение и ток источника (рис. 1), установите, когда имеется согласование источника напряжения и нагрузки. Измерения должны быть выполнены в режимах холостого хода, короткого замыкания и различных по величине нагрузок.

3. Для цепи с параллельным соединением источников напряжения (рис.2), используя в качестве Е₁ нерегулируемый источник напряжения, а в качестве Е₂ – регулируемый, выполните следующие измерения при одинаковых и неодинаковых ЭДС источников, при работе на холостом ходу и под нагрузкой.

Рис. 2

Измеряемые величины при холостом ходе: уравнительный ток I₀, и выходное напряжение U₁₂ (ЭДС).

Измеряемые величины при работе под нагрузкой: токи ветвей с источниками I₁ и I₂, ток нагрузки I_Н, и выходное напряжение U₁₂.

Проверьте величину всех измеренных параметров расчетом.

4. Для схемы (рис. 3) определите КПД простой резистивной цепи. Резисторы R₁ и R₂ имитируют потери в линии электропередачи.

Рис. 3

Порядок выполнения лабораторной работы

Соберите цепь по схеме (рис. 1). Поскольку используемый источник питания стабилизирован (что означает равенство нулю его собственного внутреннего сопротивления), для цели данного эксперимента он должен быть дополнен сопротивлением R_ВН =22 Ома.

Для определения ЭДС источника E необходимо измерить напряжение на разомкнутых выводах 1 и 2 (режим холостого хода, R_Н = , U₁₂ = E).

Для измерения тока короткого замыкания I_K между выводами 1 и 2 должна быть включена перемычка (режим короткого замыкания, R_Н = 0, I_H = I_K).

Результаты измерений занесите в табл. 1 и перенесите их также на график (рис. 4) для построения характеристики I_Н = f(U) и характеристики нагрузки U = R_HI_H.

Таблица 1

RН, Ом	х.х.)	100	33	10	0 (к.з.)
U12, В	Е =				0
IН, мА	0				IK =……..

Рис. 4

2. Для определения режима согласования источника и нагрузки по напряжению, току и мощности следует измерить напряжение U_Н и ток I_Н при значениях сопротивления нагрузки R_Н, указанных в табл. 2. Они могут быть набраны с использованием последовательного и параллельного соединения резисторов.

Таблица 2

RН, Ом	0	6,9 (1022)	13,2 (2233)	22	33	43 (10+33)	55 (22+33)	65 (22+33+10)	
UН, В
IН, мА
Р, мВт

Мощность источника напряжения рассчитывается по формуле Р = UI или измеряется непосредственно виртуальным ваттметром.

Занесите все величины в табл. 2 и перенесите на график (рис. 5) для построения кривых Р = f(R_Н), I_Н = f(R_Н) и U_Н = f(R_Н).

Рис. 5

3. Соберите цепь по схеме (рис. 2) для определения параметров эквивалентного генератора при параллельном соединении источников напряжения (ЭДС). Измерьте точное значение ЭДС нерегулируемого источника напряжения 15 В и установите точно такое же значение напряжения на регулируемом источнике. Сделайте все измерения при одинаковых ЭДС и занесите результаты в табл. 3.

Установите ЭДС E₂ = 12 В, выполните измерения при неодинаковых ЭДС источников и занесите результаты в табл. 3.

По известным параметрам: E₁, E₂, R_ВН1, R_ВН2, R_Н рассчитайте эквивалентную ЭДС, уравнительный ток I₀, ток I_Н и напряжение U₁₂ на нагрузке, токи источников I₁ и I₂. Сравните результаты расчета и эксперимента.

Таблица 3

Опыт	Измеряемая или расчетная величина	Измерено	Рассчитано	Погрешность, %
Холостой ход Е1 = Е2 = ….В	EЭ, В I0, мА
Нагрузка RH =100 Ом Е1 = Е2 = …..В	U12, В IН, мА I1, мА I2, мА
Холостой ход Е1 = ……….В Е2 = ……….В	EЭ, В I0, мА
Нагрузка RH =100 Ом Е1 = ……….В Е2 = ……….В	U12, В IН, мА I1, мА I2, мА

ПРИМЕЧАНИЕ: Токи I₁ и I₂, можно определить из уравнений 2-го закона Кирхгофа:

R_ВН1 I₁ + U₁₂ = Е_1,

R_ВН2 I₂ + U₁₂ = Е_2.

4. Соберите цепь по схеме (рис. 3). Определим коэффициент полезного действия электрической цепи.

По измеренным величинам тока и напряжения найдите мощность, используя формулу P = U I, а затем определите КПД по формуле

 = P_ВЫХ  P_ВХ.

Результаты занесите в табл. 4.

Таблица 4

	E	Iн	Uн	Pист	Pнагр	КПД
измерения
расчет

Содержание отчета:

1. Цель работы.

2. Схемы рис.1, рис.2, рис. 3.

3. Расчетная часть работы.

4. Таблица 1 – таблица 4.

5. Графики зависимостей I_Н = f(U), U = R_HI_H, Р = f(R_Н), I_Н = f(R_Н) и U_Н = f(R_Н).

6. Выводы.

Контрольные вопросы к защите лабораторной работы:

1.Сформулируйте определение эквивалентного генератора.

2.Сформулируйте определение нагрузки электрической цепи.

3.Нарисуйте характеристику эквивалентного источника напряжения и характеристику нагрузки.

4.Особенности использования методов холостого хода и короткого замыкания при определении параметров эквивалентного генератора.

5.Нарисуйте схему замещения эквивалентного генератора.

6.Понятие согласования источника напряжения и нагрузки.

7.Определение КПД электрической цепи.