Исследование режимов работы и методов расчета линейных

Российский Государственный Университет нефти и газа
имени И.М. Губкина
Кафедра «Теоретической электротехники и электрификации
нефтяной и газовой промышленности»
РЕПИНА Ю.В., ФЕДОРИШИН В.В., МЕДВЕДЕВА Н.В.
Исследование режимов работы и методов расчета линейных
цепей постоянного тока с одним и двумя источниками питания.
Лабораторная работа №1
Москва
2013
1.Цель работы:
 ознакомление с приемами и погрешностями измерения токов,
напряжений и сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра.
 Закрепление на практике навыков расчета линейных электрических
цепей с одним и с двумя источниками питания.
 Изучение и анализ различных режимов работы источника ЭДС.
 Исследование мостовой цепи постоянного тока с резистивным
датчиком.
2. Основы теории.
3.Домашнее задание.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
Проработать литературу по данному разделу.
Подготовить бланк отчета, в котором дать перечень пунктов
лабораторного задания. К каждому пункту начертить
электрическую схему для проведения исследований и таблицы
для записей экспериментальных и расчетных данных.
Записать формулы, по которым проводятся расчеты полученных
экспериментальных данных.
Ответить на контрольные вопросы.
4.Порядок выполнения лабораторной работы.
Лабораторная работа состоит из трёх частей:
Часть 1.
Снять внешнюю характеристику источника постоянной
ЭДС E U=f (I).
4.1.1. Экспериментальным путем исследовать следующие режимы
работы источника ЭДС E:
 Режим короткого замыкания: Rпр= R1=0, Iкз=E/Rвн, Uкз=0
 Промежуточные режимы: любые три значения R1 в диапазоне
0 < R1< Rсогл.
 Согласованный режим: R1 =Rвн , Iсогл.= Iкз/2, Uсогл.=E/2,
Pmax,η=50%
 Промежуточные режимы: любые три значения R1 в диапазоне
Rсогл.< R1< Rmax
 Промежуточный режим: R1= Rmax
4.1.2. Экспериментальным путем исследовать влияние изменения
внутреннего сопротивления Rвн источника ЭДС E на его внешнюю
характеристику.
2
 Снять внешнюю характеристику источника ЭДС E U=f (I) при
R'вн= R19,( см. рис. 15).
 Снять внешнюю характеристику источника ЭДС E U=f (I)
при R''вн= R19+ R20,(см. рис. 16).
Часть 2.
Экспериментальным путем исследовать мостовую цепь постоянного
тока с резистивным датчиком.
4.2. Снять экспериментальную зависимость Uвых=f (R1)
Часть 3.
Экспериментальным путем исследовать линейную электрическую
цепь с двумя источниками питания.
4.3. Снять экспериментальную зависимость Uвых=f (E2)
5. Лабораторное задание.
5.1. Снять внешнюю характеристику источника ЭДС Е с внутренним
сопротивлением R'вн= R19=2.4 КОм.
Для этого собрать схему, представленную на рис. 14, где исследуемый
источник ЭДС (E, R19) и приёмник электрической энергии R1 включены
последовательно.
Монтажная схема рис.14 должна соответствовать принципиальной
схеме исследования рис. 15.
После проверки электрической схемы преподавателем включить
исследуемую цепь под напряжение. Цепь питается от регулируемого
источника постоянного напряжения, расположенного в блоке 10, напряжение
питания устанавливается с помощью переключателя SA70.
Перед включением питания необходимо убедиться, что ручка
регулятора источника питания лабораторного трансформатора (ЛАТРа)
находится в крайнем правом положении и тумблер переключения пределов
регулирования напряжения ЛАТРа SA70 – в положении «100←0».
Подача питания произвести последовательно следующим образом:
 Установить автоматический выключатель (QF1,QF2,QF3),
расположенный слева внизу стенда, в верхнее положение.
3
U
 При помощи
приборов L1.
Задатчика
выбрать
профиль
отображения
 Установить в верхнее положение тумблеры в следующей
последовательности: SA3 в блоке 3, SA7, а затем SA11 в блоке 4.
Значение ЭДС E устанавливаются согласно таблице 1.
Таблица 1.
№ стенда
1
2
3
4
5
6
E,В
30
28
26
24
22
20
Рис. 14. Схема экспериментального исследования режимов работы источника
ЭДС E с внутренним сопротивлением.
pA11
SA7
I
R19

U
Е
pV31
pV11
R1
+
4
Рис. 15.Принципиальная схема исследования режимов работы источника ЭДС E с
внутренним сопротивлением.
Изменяя величину сопротивления приемника R1 от 0 до R1max снять показания
приборов pA11,pV31, pV11 для девяти исследуемых режимов.
5.1.1. Короткое замыкание: R1=0. Для этого рукоятку регулятора сопротивления
R1 в блоке 8 перевести в нулевое (крайне левое) положение.
5.1.2. Промежуточные режимы: с помощью переключателя R1 выставить любые
три значения в диапазоне 0 < R1< Rсогл.
5.1.3. Согласованный режим: для этого выставить значение R1=R19 ,при этом
ток Iсогл.= Iкз/2, Uсогл.=E/2
5.1.4. Промежуточные режимы: с помощью переключателя R1 выставить любые
три значения в диапазоне Rсогл.< R1< R1max
5.1.5. Промежуточный режим: R1= R1max.Для этого рукоятку регулятора
сопротивления R1 перевести в крайне правое положение.
После проведения опытов занести полученные результаты в таблицу 2 и 3.
5.2. Снять внешнюю характеристику источника ЭДС Е с внутренним
сопротивлением R''вн= R19+R20=9,2 КОм .
Для этого собрать рабочую схему, используя мнемоническую схему
(рис. 14)
, которая должна соответствовать принципиальной схеме
исследования (рис. 16),где исследуемый источник ЭДС (E, R''вн) и приёмник
электрической энергии (Rпр= R1) включены последовательно.
Провести опыты, аналогично п.5.1., и занести полученные показания
приборов в таблицу 3 для R''вн= R19+R20.
pА21
SA7

U
Е
R19
pV31
R20
pV21
R1
+
5
Рис.16 . Схема экспериментального исследования режимов работы источника
ЭДС E с внутренним сопротивлением Rвн= R19+R20.
pA21
SA7
R19
I
6
Таблица 2.
№
Режимы работы цепи
R1
Измерено
E
I
U
Вычислено
E
R19
R1
Pпр
Pист
ΔP
η
Примечание
2
Режим короткого замыкания, Iкз=E/Rвн
Uкз=0
Промежуточный режим
3
Промежуточный режим
4
Промежуточный режим
5
6
Согласованный режим
R1=Rвн
Ic=Iкз/2
Uc=E/2
Промежуточный режим
7
Промежуточный режим
8
Промежуточный режим
9
R1=Rmax
1
Ом В А
0
В
B
Ом Ом
5.1.6. Провести расчет Ixx и Uxx для режима холостого тока.
Вт
Вт
Вт
Таблица 3.
№
Режимы работы цепи
R1
Измерено
E
2
Режим короткого замыкания, Iкз=E/Rвн
Uкз=0
Промежуточный режим
3
Промежуточный режим
4
Промежуточный режим
5
6
Согласованный режим
R1=Rвн
Ic=Iкз/2
Uc=E/2
Промежуточный режим
7
Промежуточный режим
8
Промежуточный режим
9
R1=Rmax
1
I
U
Ом В А В
0
Вычислено
E
B
R19+
R20
R1
Ом
Ом
Pпр Pист
ΔP
η
Примечание
Вт Вт
Вт
2
5.3. Экспериментальным путем исследовать
постоянного тока с резистивным датчиком.
SA7
R20

R
R22
R24
U
Е
цепь
I
pA11
R20=6,8 кОм
R22=10 кОм
R23=6,8 кОм
мостовую
pV11
А
В
pA21
+
pV21
R1
R
R23
Рисунок 17. Схема измерительного моста.
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Изучить схему измерительного моста по рисунку 17.
2. Для выполнения лабораторной работы собрать схему, предъявить
схему преподавателю для проверки.
3. Перед включением стенда убедится, что все переключатели
находятся в начальном положении (выключены).
4. Включить стенд тумблерами QF1, QF2, QF3.
5. При помощи Задатчика выбрать профиль отображения приборов
L1.
6. Напряжение на выходе ЛАТРа TV2 устанавливается таким, чтобы
стабилитрон VD8 (блок 4) вошел в режим стабилизации
(приблизительно 16 В на вольтметре PV11). Рекомендуется
устанавливать ЛАТР TV2 в положение «20», не более.
Подключить питание ЛАТРа TV2 (тумблер переключения
пределов регулирования напряжения ЛАТРа SA70 в блоке 10 в
положение «100←0В»)
7. Тумблер SA3 в блоке 3 устанавливается в верхнее положение –
включено, тумблер SA11 в блоке 4 устанавливается в верхнее
положение SA11.2.
8. Подключить питание измерительного моста тумблер SA7 в блоке
4 (верхнее положение).
9. Установить значение сопротивления резистора R1Error! No
bookmark name given. таким образом, чтобы приборы амперметр
РА21 и вольтметр PV21показывали 0. При этом тумблер SA13
должен находится в положении 2 (НАГР).
Записать значение
R1 = _______кОм.
10. Снять экспериментальные данные, ступенчато изменяя
сопротивление R1 от 0 кОм до 10 кОм с шагом 1 кОм. SA13
должен находится в положении 2 (НАГР). Данные измерений по
приборам занести в таблицу 4.
11. Снять экспериментальные данные при определенных значениях
сопротивления резистора R1 согласно номеру стенда.
Для этого:
 переключателем SA13 устанавливается режим холостого хода и
вольтметром PV21 измеряется напряжение UХ.Х.;
 переключателем SА13 устанавливается режим короткого замыкания
и амперметром РА21 измеряется ток IК.З.;
 переключателем SА13 устанавливается режим нагрузки и
вольтметром PV21 и амперметром РА21 измеряются ток IН и
напряжение UН;
Данные измерений по приборам PV21 и PА21 занести в таблицу 5.
12. Выключить стенд.
Таблица 4.
№
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
R1, кОм
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
UPV11, B
Измерено
IPA11, А
UPV21, B
IPA21, А
Таблица 5.
№
стенда
Для всех
стендов
1
2
3
4
5
6
R1 ,
кОм
UХХ (PV21),
В
IКЗ (PA21),
А
IН (PA21),
А
UН (PV21),
В
0
4
5
6
7
8
10
2
5.4.
Экспериментальным
путем
исследовать
электрическую цепь с двумя источниками питания.
R20=6,8 кОм
R22=10 кОм
R23=6,8 кОм
R21=0,2 кОм
Е1=16 В
SA7
I
R20
R
pA11

R22
R24
U
Е1
линейную
pV11
А
В
pA21
+
pV21
R21
R
R23
Е2
Рисунок 18. Схема измерительного моста
Для выполнения лабораторной работы собрать схему по рисунку
18, предъявить схему преподавателю для проверки.
2. Включить стенд тумблерами QF1, QF2, QF3.
3. Напряжение на выходе ЛАТРа TV2 устанавливается таким, чтобы
стабилитрон VD8 (блок 4) вошел в режим стабилизации
(приблизительно 16 В на вольтметре PV11). Рекомендуется
устанавливать ЛАТР TV2 в положение «20», не более.
Подключить питание ЛАТРа TV2 (тумблер переключения
пределов регулирования напряжения ЛАТРа TV2 SA70 в блоке 10
в положение «100←0В»)
13. Тумблер SA3 в блоке 3 устанавливается в верхнее положение –
включено, тумблер SA11 в блоке 4 устанавливается в нижнее
положение SA11.1.
4. Подключить питание измерительного моста тумблер SA7 в блоке
4 (верхнее положение).
5. Снять экспериментальную зависимость UАВ = f(Е2), ступенчато
изменяя ЭДС Е2 от 0В до 10В с шагом 1В (тумблер SA12 в блоке
4). SA13 должен находится в положении 2 (НАГР) Данные
измерений по приборам занести в таблицу 6.
6. Выключить стенд в следующем порядке:
 перевести тумблер SA7 в нижнее положение;
 перевести тумблер SA3 в нижнее положение;
 перевести переключатели ЛАТРа TV2 в начальное положение,
для этого левый переключатель SA71 с шагом «10В» в крайнее
правое положение «0В» правый переключатель SA72 с шагом
«1÷2В» в крайнее левое положение «0В», тумблер SA70 в
нижнее положение «100←0В»
1.
3
 выключить стенд автоматическими выключателями QF1, QF2,
QF3 (в нижнее положение);
 переключатель SA12 (Е2) установить в крайнее левое
положение «0»
 переключатель SA13 в положение 3 (ХХ);
Убедится, что все остальные переключатели в начальном состоянии.
Таблица 6.
UPV11, B
IPA11,A
UPV21, B
IPA21,A
Е2, В
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Оформление отчета
Все таблицы должны содержать аккуратно записанные исходные
данные.
Составить уравнение для равновесия измерительного моста (UAB=0) и
рассчитать значение сопротивления резистора R1, сравнить с
полученным при выполнении лабораторной работы.
Построить в масштабе зависимости UАВ=f(R1), IВX=f(R1) IАВ=f(R1) по
данным таблицы №1.
Рассчитать величину сопротивления резистора R24 по данным таблицы
№1, определить его среднее арифметическое значение.
Любым методом рассчитать величины тока IН и напряжение UН при
заданных значениях сопротивления резистора R1 по данным таблицы
№2 и сопоставить с экспериментальными данными.
Любым методом рассчитать величины тока IКЗ и напряжение UХХ при
заданных значениях сопротивления резистора R1 по данным таблицы
№2 и сопоставить с экспериментальными данными.
Построить в масштабе зависимость UАВ =f(Е2) по данным таблицы №6.
Любым методом рассчитать величины тока I, протекающего через
сопротивление R24 и напряжение UAB при заданном значении ЭДС Е2
по данным таблицы №3 для одного из опытов и сопоставить с
экспериментальными данными. Значение ЭДС берется согласно
номеру стенда.
4
5