Исследование разветвленной линейной электрической цепи постоянного тока

Лабораторная работа

Исследование разветвленной линейной электрической цепи постоянного тока

Цель: Экспериментальная проверка законов Кирхгофа и основных свойств линейных цепей постоянного тока.

Описание установки:

Лабораторная работа выполняется на стенде ЛСЭ-2 с использованием: регулируемых источников постоянного напряжения БП-15; блока нагрузок (три потенциометра по 220 Ом; 50 Вт); тестера и электронного вольтметра.

Принципиальная схема цепи

Монтажная схема цепи

Проверка законов Кирхгофа

I-й закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма токов ветвей в любом узле электрической цепи равна нулю ?Ik = 0.

Пользуясь переключателем в блоке контроля, измерили токи I1, I2, I3. Определили истинное направление токов. Данные опыта занесли в табл. 1.1.

Таблица 1

ИзмереноВычисленоI1, мАI2, мАI3, мАåIk, мА165-3251700

åIk= I1+I2+I31+I2+I3= 0

-й закон Кирхгофа.

Алгебраическая сумма падений напряжений в контуре равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре

Отключили тестер от блока контроля тока, установив вместо него перемычку с помощью проводника. Считая потенциал одного узла электрической цепи равным нулю, измерили потенциалы всех других узлов электронным вольтметром. Данные измерения занесли в табл. 1.2. Произведя соответствующие расчеты, проверили выполнение второго закона Кирхгофа для внешнего и любого другого контура.

Таблица 2

ИзмереноВычисленоjd, Вjm, Вjf, Вjn, Вå Ek, Вå IkRk, В0-10,793,1315,12525

По данным измерений и известным значениям R 1, R 2 построили потенциальную диаграмму для внешнего контура.

R1 = 20 Ом

R2 = 40 Ом

?d = 0 В

?m = -10,79 В

?f = 3,13 В

?n = 15,1 В

Проверка принципа наложения

Принцип наложения гласит: ток в любой ветви электрической цепи, находящейся под воздействием нескольких источников электрической энергии, равен алгебраической сумме частичных токов, вызываемых каждым источником в отдельности.

Проверка принципа наложения. Переключили тестер в режим измерения постоянного тока с пределом измерения 100 ? 500 мА и подключили его к блоку контроля тока, устранив перемычку. Поочередно исключая источники Е1 и Е2 из схемы, замыкая накоротко участки с ЭДС путем переноса концов проводников m-m' и n-n' из точек m и n в точку d, измерили частичные токи Ik? и Ik ??, создаваемые источниками Е 1 и Е 2 в отдельности.

Результаты опыта записали в табл. 3. Рассчитали реальные токи по методу наложения и убедились в выполнении первого закона Кирхгофа.

Таблица 3

ИзмереноВычисленоI1, мAI1», мAI2, мAI2», мAI3, мAI3», мAåIkåIk»E110527,5-50127,5E250280225555Ik= Ik+Ik»155307,5175

Проверка теоремы об эквивалентном генераторе

Теорема об эквивалентном генераторе гласит: любая сложная линейная цепь по отношению к заданной ветви может быть представлена активным двухполюсником с эквивалентной ЭДС Eэ и внутренним сопротивлением Rвн, причем ЭДС Eэ равна напряжению на зажимах разомкнутой ветви (напряжению холостого хода), а сопротивление Rвн равно входному сопротивлению двухполюсника со стороны зажимов, к которым подключена указанная ветвь.

Рассматривая электрическую цепь относительно зажимов третьей ветви, как активный двухполюсник - эквивалентный генератор с параметрами Е э и Rвн, определили эти параметры из опытов холостого хода (ХХ) и короткого замыкание (КЗ).

Опыт короткого замыкания. Включили тестер в третью ветвь с помощью переключателя блока контроля. Замкнув накоротко проводником сопротивление R 3 измерили ток короткого замыкания Iкз в третьей ветви.

Опыт холостого хода. Отключили тестер от блока контроля, установив на его месте перемычку. Разомкнули проводник в-в' и измерили напряжение холостого хода U xx на зажимах третьей ветви, подключив электронный вольтметр к узлам f, d.

Данные опыта занесли в табл. 4. Вычислили внутреннее сопротивление Rвн и ток по методу эквивалентного генератора I 3.

Таблица 4

ИзмереноВычисленоUхх=Е, ВIкз, мАRвн, ОмI3, мА6.980.2330.34173

Rвн=Uхх/Iкз Rвн=6.98/0.23=30.34 Ом

I3=E/(Rвн+R3) I3=173 А

Вывод

эквивалентный генератор кирхгоф погрешность

Исследование разветвленной линейной электрической цепи постоянного тока выполнялось:

.Сборкой электрической цепи стенда «ЛСЭ-2», изображенной на рисунке (1)

.Проверкой первого закона Кирхгофа, данные проверки можно посмотреть в таблице (1)

.Проверкой второго закона Кирхгофа, так же данные можно увидеть в таблице (2)

.Составление потенциальной диаграммы, это рисунок (2)

.Данные для составления диаграммы были взяты из таблицы (1,2) - потенциалы и методического указания - напряжение.

.Проверка принципа наложения, данные были занесены в таблицу (1,3)

.Проверка теоремы об эквивалентном генераторе, данные представлены в таблице (4)

В результате исследования цепи мы научились применять на практике законы Кирхгофа и основные свойства линейных цепей постоянного тока.

Если взять данные, приведённые в таблице (1) за точные, то абсолютная погрешность метода эквивалентного генератора, это таблица (4), по сравнению с этими данными для тока I3 составляет 1,384 мА. Данная погрешность может быть вызвана человеческим фактором или собственной погрешностью приборов.