Разработка физической модели замкнутой цепи постоянного тока

Лабораторная работа №2. «Цепи постоянного тока»

Цель работы

Целью работы является изучение схемы измерения напряжения, тока, мощности тока, электрических сопротивлений элементов электрических цепей постоянного и однофазного синусоидального тока. Овладеть методикой измерения токов и напряжений в разветвленных цепях постоянного тока. Экспериментально проверить законы Кирхгофа в разветвленной цепи постоянного тока. Определить внутреннее сопротивление реального источника постоянного тока.

Оборудование (материалы)

При выполнении лабораторной работе использовали следующие оборудования: лабораторный стенд «Электрические цепи и основы электроники», измерительный комплект К-505, мультиметры НУ, набор резисторов, катушек индуктивности, соединительные провода.

Общие сведения из теории

Цепью постоянного тока называется совокупность различных устройств и соединяющих их проводников (или элементов электропроводящей среды), образующих путь для движения электрических зарядов (электронов и ионов), в которой при установившемся режиме величины и направления токов и напряжений неизменны (U_i(t)=const; I_i(t)=const). Простейший пример такой цепи приведен на рисунке 2.1.

Рис. 2.1- Простая цепь постоянного тока

Цепи постоянного тока применяются в электротехнических устройствах на транспорте, в технологических процессах гальванотехники и составляют основу электронных систем обработки информации (электросвязь, вычислительная техника).

При расчете электрических цепей используются следующие понятия и характеристики.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) – зависимость протекающего тока от напряжения, приложенного к выводам элемента цепи.

Схема замещения – схема электрической цепи, в которой реальные элементы заменены элементами с упрощенным математическим описанием их свойств, а количество используемых УГО минимально (рисунок 2.2).

Активные элементы – все источники электрической энергии и приемники, в которых возможно возникновение ЭДС.

Пассивные элементы – приемники электрической энергии, в которых не возникает ЭДС.

Линейные элементы – элементы цепи, у которых ВАХ имеет пропорциональную зависимость.

Нелинейные элементы – элементы цепи, у которых ВАХ имеет зависимость, отличающуюся от линейной (рисунок 2.2, е).

Электрический ключ – нелинейный элемент цепи, который служит для соединения или размыкания и имеет или сопротивление равное 0, или равное ∞ (рисунок 2.2, ж).

Резистивный элемент – элемент цепи, в котором электрическая энергия преобразуется в тепло.

Емкостной элемент – элемент цепи, в котором электрическая энергия существует в виде электрического поля (рисунок 2.2, з).

Индуктивный элемент – элемент цепи, в котором электрическая энергия существует в виде магнитного поля (рисунок 2.2, и).

Идеальный источник ЭДС – источник электрической энергии, у которого при любом токе напряжение на выводах остается неизменным (рисунок 2.2, а).

Идеальный источник тока – источник электрической энергии с неизменным значением тока (рисунок 2.2, б).

Реальный источник ЭДС – источник электрической энергии, который эквивалентен последовательному соединению идеального источника ЭДС с резистивным элементом (рисунок 2.2 в, 2.2 г).

Ток короткого замыкания – максимально возможный ток в цепи, который имеет место при R _Н = 0.

Основные виды соединений элементов – соединения элементов цепи, которые используются в расчетах в качестве стандартных. К ним относятся соединения последовательные, параллельные, треугольником, звездой и мостовые.

Рис. 2.2- Примеры условно графических обозначений схем замещения для электрических цепей.

Условные графические обозначения (УГО) в принципиальных электрических схемах наиболее типичных источников и потребителей (приемников) электрической энергии постоянного тока.

Закон Ома для замкнутой цепи говорит о том что. Величина тока в замкнутой цепи, которая состоит из источника тока обладающего внутренним сопротивлением, а также внешним нагрузочным сопротивлением.

Будет равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внешнего и внутреннего сопротивлений.

где R – внешнее сопротивление, Ом;

r - внутреннее сопротивление, Ом;

I - Сила тока в цепи, А;

E - Электродвижущая сила источника, В.

Для расчета энергетических параметров сложных цепей с несколькими источниками энергии (рисунок 2.3) необходимо кроме закона Ома применять законы Кирхгофа.

Рис. 2.3 - Схема электрической цепи с двумя параллельно соединенными источниками энергии.

При расчетах разветвленных цепей с одним источником электрический энергии можно использовать метод эквивалентных преобразований. Рассмотрим рисунок 2.4.

Рис. 2.4 - Эквивалентные преобразования в электрических цепях.

Эквивалентным будет называться такое преобразование, когда токи через точки соединения преобразуемой части схемы (I₁ – I₄) и потенциалы в этих точках ( – ), после преобразования останутся равными токам и потенциалам, которые были до преобразования.

Выполнение работы

Разработка физической модели замкнутой цепи постоянного тока

Рисунок 2.5 – Схема замещения.

Для физической модели замкнутой цепи будем использовать стабилизированный источник питания постоянного тока(I_н=1 А, U_н=0,12 В).

Для моделирования внутреннего сопротивления выберем резистор, принимаем равным 10 Ом.

Для моделирования изменений нагрузки будем использовать набор резисторов R₂=100, 47, 33, 22, 10, 4,7, 2,2 Ом.

Моделируемая схема замещения приведена на рисунке 2.1, а принципиальная схема модели на рисунке 2.2.

Рисунок 2.6 – Принципиальная схема модели.

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 66; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!