ВЛАСТИВОСТІ ЛІНІЙНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ

 

2.1 Мета роботи

 

Експериментальна перевірка властивостей лінійних електричних кіл. В роботі перевіряють принцип накладання, взаємності, компенсації, визначають параметри еквівалентного джерела електричної енергії, яким можна замінити будь-який лінійний активний двополюсник, досліджують залежність потужності, що виділяється в опорі навантаження при зміні його величини.

 

2.2 Пiдготовка до виконання лабораторної роботи

 

2.2.1 Прочитати відповідний розділ у конспекті лекцій та літературі [1, с. 89–115].

2.2.2 Зобразити схеми електричних кіл, що досліджуються (рис.2.1–2.3), розрахувати елементи еквівалентного джерела струму (напруги), яким можна замінити з боку вузлів 2, 3 схему, наведену на рис.2.1. При цьому опір R_B вважати навантаженням цього активного двополюсника.

Для макетів з номерами 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 сxeму змiнити еквівалентним джерелом напруги за теоремою Тевенена. Для макетів з номерами 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 схему замінити джерелом струму за теоремою Нортона. Значення опорів (R₁…R₆) та значення джерела Е1 взяти з табл.1.1, а його внутрішнього опору R_i1 – із розрахунку в лабораторній роботі №1. Слід зауважити, що реальне джерело Е2 і його внутрішній опір R_i2 не входять до складу активного двополюсника. Продумати, як експериментально перевірити теорему Тевенена (Нортона).

2.2.3 В схемі, що зображена на рис.2.1, визначити таке значення змінного опору R_В, при якому в ньому виділяється максимальна потужність. Розрахувати величину цієї потужності.

2.2.4 Продумати, як експериментально перевірити теореми накладання, взаємності, компенсації.

2.2.5 Підготувати таблиці для занесення експериментальних даних та порівняння їх з розрахунками.

2.2.6 Відповісти на контрольні запитання, наведені в кінці методичних вказівок до цієї роботи.

 

2.3 Суть роботи

 

На лабораторному макеті за допомогою перемичок складають схему, яка досліджується, та за допомогою вимірювальних приладів(амперметру та вольтметру) визначають відгуки електричного кола, яке перебуває під впливом джерел електричної енергії, що вмикаються по черзі або одночасно в різні вітки. Порівняння результатів експерименту, а також експериментальних даних з розрахунковими дозволяє перевірити основні властивості електричних кіл.

 

 

 

2.4 Опис лабораторної установки

 

Робота виконується на лабораторній установці, яка описана в роботі №1 (рис.1.1).

 

 

2.5 Порядок виконання роботи

 

2.5.1 Виміряти Е1 та Е2, попередньо встановивши Е2=Е2_max.

2.5.2 Виконати виміри для перевірки принципу накладання. Для цього: встановити значення змінних опорів R_А=R_i1, R_В=R_i2 (використати значення R_i1 і R_i2 згідно з результатами лабораторної роботи №1). Після цього послідовно виміряти напругу між вузлами 4, 5 та струм в опорі R4 для трьох схем, наведених на рис.2.1, рис.2.2, рис.2.3. За результатами цих вимірів переконатися у справедливості теореми накладання.

2.5.3 Виконати виміри, необхідні для перевірки принципу взаємності. Для цього:

– зібрати схему (рис.2.1), виміряти струм в опорі R_В, причому R_В=R_i2;

– зібрати схему (рис.2.2), виміряти струм в опорі R_А, причому R_А=R_i1;

– переконатися в справедливості принципу взаємності.

2.5.4 Визначити експериментально параметри еквівалентного джерела напруги або струму, яким можна замінити схему з боку вузлів 2, 3 (рис.2.1), вважаючи навантаженням опір R_В. Для цього виміряти U₂₃ в режимі холостого ходу та струм між вузлами 2, 3 в режимі короткого замикання. За цими результатами визначити параметри еквівалентного джерела напруги чи струму.

2.5.5 Зібрати схему (рис.2.1) для вимірювання потужності P_н, яка виділяється в змінному опорі R_В. Визначити залежність потужності в опорі навантаження для кожного значення опору R_В як функцію P_н=F(R_B). Для цього виміряти струм () та напругу () на опору R_В. По значенням та розрахувати потужність та величину опору .

 

2.6 Обробка та оформлення результатів вимірів

 

2.6.1 За результатами експерименту п. 2.5.2. перевірити принцип накладання.

2.6.2 За результатами експерименту п. 2.5.3. перевірити принцип взаємності.

2.6.3 Порівняти результати вимірів п. 2.5.4. з відповідними розрахунками п. 2.2.2.

2.6.4 Згідно результатів п. 2.5.5., побудувати графік залежності потужності у навантажені від величини його опору P_н=F(R_B).

2.6.5 Результати обчислення та вимірів занести до таблиці і подати у вигляді звіту.

2.6.6 У висновках пояснити причини розбіжності результатів розрахунку та дослідів.

2.6.7 Змiст звiту:

- схеми кіл, що досліджуються;

- розрахункові та експериментальні дані, зведені до таблиць;

- графік потужності у навантаженні при зміні опору навантаження, який виконується на міліметровому папері у відповідному масштабі;

- висновки та критичну оцінку отриманих результатів.

 

2.7 Контрольні запитання та завдання

 

1. У чому полягає принцип накладання? Для яких кіл він застосовується?

2. Пояснити поняття вхідного опору активного двополюсника. Як перейти від активного двополюсника до пасивного?

3. Для активного двополюсника за результатами вимірювань напруга холостого ходу і струм короткого замикання склали відповідно 10 В і 10 мА. Визначити струм в опорі навантаження 1 кОм, який увімкнений до затискачів двополюсника?

Відповідь: 5 мА.

4. Якщо увімкнути до активного двополюсника опір навантаження 100 Ом, напруга на цьому опорі становитиме 1 В. Визначити вхідний опір активного двополюсника, якщо напруга холостого ходу на його затискачах дорівнює 3 В.

Відповідь: 200 Ом.

5. Сформулювати умову узгодження джерела з навантаженням за потужністю. Яке при цьому буде значення коефіцієнта корисної дії?

6. За яким критерієм здійснюється узгодження джерела з навантаженням: а) для малострумових кіл; б) для потужних енергетичних пристроїв?

7. У чому полягає принцип взаємності? Для яких кіл можна застосувати даний принцип?

8. Сформулювати теорему компенсації. Чим пояснюється можливість заміни ділянки кола джерелом ЕРС?

 

3 ДОСЛІДЖЕННЯ RL- ТА RC- КІЛ ПРИ СИНУСОЇДНІЙ ДІЇ

 

3.1 Мета роботи

 

Експериментальна перевірка основних законів електричних кіл при дії синусоїдної напруги на послідовне та паралельне з‘єднання RL та LC елементів в установленому режимі; оцінка впливу частоти джерела електричної енергії на величини струмів, напруг та на фазові співвідношення у колах, що досліджуються.

 

3.2 Підготовка до виконання лабораторної роботи

 

3.2.1 Вивчити метод комплексних амплітуд у конспекті лекцій та літературі [1, с. 119–203].

3.2.2 Згідно з табл.3.1 і рис.3.1 зобразити схеми RL- та RC- кіл. Номер варіанта співпадає з номерами бригади. Продумати спосіб з'єднання елементів лабораторного макету для отримання потрібних схем (рис.3.2). Вигляд передньої панелі лабораторного макета наведено на рис.3.1.

3.2.3 Вважаючи початкову фазу джерела ЕРС нульовою (тобто ), а параметри елементів – згідно з табл.3.1, розрахувати для частотиf₁комплексні опори, комплексні діючі значення струмів та напруг для заданих в табл.3.1 і відповідно зображених на рис.3.1 однієї схеми з послідовним та однієї схеми з паралельним з'єднанням елементів.