ДОСЛІДЖЕНИЯ АКТИВНОГО ДВОПОЛЮСНИКА

Мета роботи

Виконанням цієї роботи передбачається експериментальне та теоретичне дослідження активного двополюсника, перевірка теоре­ми про активний двополюсник, виявлення умов передачі електрич­ної енергії від активного двополюсника пасивному.

Підготовка до роботи

При підготовці до роботи студенти мають скласти протокол звіту, ознайомитись з методичними вказівками, робочим завданням та відповісти на такі запитання:

1. Що називається двополюсником?

2. Що являє собою пасивний двополюсник і які ви знаєте йо­го заступні схеми?

3. Що являє собою активний двополюсник і які ви знаєте йо­го заступні схеми?

4. Які двополюсники вважаються еквівалентними?

5. Наведіть формулювання теореми про еквівалентний генера­тор.

6. Як дослідним шляхом визначаються параметри еквівалент­ного генератора?

7. Яким чином визначаються вхідні, параметри активного дво­полюсника, що не припускає режимів неробочого ходу (НХ) та ко­роткого замикання (КЗ)?

8. Як розрахувати вхідний опір, величину і напрямок дії еквівалентної ЕРС активного двополюсника?

9. Як змінюється потужність навантаження активного двопо­люсника, якщо величина його опору зростає від 0 до ¥ ?

Робоче завдання

1. Скласти електричне коло, зображене на рис.5.1.

 

Рис. 5.1 Монтажна (а) та принципіальна (б) схеми.

2. Провести досліди неробочого ходу та короткого замикан­ня, за результатами яких вирахувати параметри еквівалентного генератора Еег, Rег, Jег. Визначити напрямок дії Еег та Jег. Результати вимірів та розрахунків занести в таблицю 5.1.

Таблиця .5.1

Дослід	Розрахунок
Uнх	Ік	Rег	Еег	Jег

 

3. Підключити до затискачів аb опір Rн і зафіксувати показ приладів для 8-10 його значень в межах від 0.2 Rег до 4 Rег. При цьому слід обов'язково виконати дослід для Rн=Rег, а також для навантаження декілька більшого та декілька меншого внутрішнього опору еквівалентного генератора. За результатами вимірів розра­хувати потужність навантаження.

Результати вимірів та розрахунків занести в таблицю 5.2.

Таблиця 5.2

Rн
Uab
Ін
Рн

 

4. Упевнитись, що виміряна сила струму збігається з розрахованою за формулою

I =

Побудувати навантажувальну характеристику активного двопо-люсника, користуючись результатами дослідів пп. 2 і 3.

Побудувати графік залежності потужності навантаження від величини опору навантаження (за результатами дослідів п.З).

5. Скласти електричне коло для визначення вхідного опору

пасивного двополюсника (рис.5.2). За показами приладів розраху­вати вхідний опір (Rвх) та зіставити його з Rег, розрахованим в дослідах п.2.

Рис. 5.2 Монтажна (а) та принципіальна(б) схеми.

6. Занести в табл.5.3 величини опорів кожної вітки в схемі активного двополюсника, а також ЕРС джерела живлення.

Таблиця 5.3

Е	R1	R2	RЗ

 

7. Розрахувати параметри еквівалентного генератора за ві­домими параметрами елементів, з яких він складений.

8. Зробити висновки по роботі.

Завдання на навчально-дослідну роботу студентів

1. Доведіть, що під час передачі електричної енергії від активного двополюсника до пасивного, найбільша потужність в навантаженні буде виділятись за умов, що внутрішній опір активного двополюсника дорівнює опору навантаження.

2. Чому при більшій відстані між споживачем та джерелом електричної енергії, передачу електричної енергії намагаються здійснювати більш високою напругою?

3. Чи однакові потужності генерують джерело напруги і дже­рело струму в еквівалентних заступних схемах?

Методичні вказівки

Двополюсником називають електротехнічний пристрій з двома затискачами (полюсами). Це може бути електричний апарат чи час­тина електричного кола, які розглядаються стосовно двох затис­качів.

Якщо двополюсник вміщує хоча б одне джерело електричної енергії, його називають активним. Двополюсник, що не вміщує джерел електричної енергії, називають пасивним; пасивним також є двополюсник, що вміщує джерела енергії, дія яких компенсуєть­ся, тобто на розімкнених затискачах двополюсника напруги немає.

Пасивний двополюсник характеризується одним еквівалентним параметром - величиною вхідного опору (рис.5.3).

Заступна схема активного дво­полюсника, окрім вхідного пору, вмішує джерело елек­тричної енергії (рис 5.4).

 

Рис 5.4

Еквівалентними називають двополюсники, що мають однакові

навантажувальні (вольт-амперні) характеристики, тому еквіва-

лентна заміна одного двополюсника іншим не призводить до зміни режиму роботи тієї частини електричного кола, яка не входить в склад двополюсника.

На рис.5.5 наведені вольт-амперні характеристики лінійних пасивного (а) та активного (б) двополюсників.

Рис.5.5

Для визначення вхідного опору пасивного двополюсника шля­хом досліду до його затискачів підключають джерело електричної енергії і за допомогою амперметра та вольтметра визначають, від­повідно, силу вхідного струму та вхідну напругу (як на рис.5.2)

При цьому Rвх= Uвх/Iвх.

Якщо відома схема сполучень елементів пасивного двополюс­ника та їхні параметри, існує можливість аналітичного розрахун­ку вхідного опору (еквівалентного опору відносно вхідних затискачів), користуючись методом еквівалентних перетворень (згортання).

Виконуючи експериментальне дослідження активного двопо­люсника, його еквівалентні параметри Еег та Rег визначаються за двома точками навантажувальної характеристики. При цьому вимі­рюють напругу і силу струму на вихідних затискачах для двох значень опору навантаження, що ілюструє рис.5.5б. Далі розрахо­вують еквівалентні параметри активного двополюсника, користую-

чись такими формулами:

Rег=(U' - U")/(І" - I' );

Еег=Uнх=U'+ I'Rег= U"+ I"Rег;

Jег = Ік = Еег/Rег = U'/Rег+ I' = U"/Rег + І".

Якщо активний двополюсник припускає наявність режимів не­робочого ходу (I=0) та короткого замикання U=0), то параметри еквівалентного генератора напруги і струму розраховують за формулами:

Еег = Uнх ; Jег = Ік ; Rег = Uнх/ Ік

Таким чином, будь-який складний активний двополюсник можна замінити найпростішим активним двополюсником, який називають активним генератором. Це є сутністю теореми про активний двопо­люсник, яка стверджує: активний двополюсник можна замінити ек­вівалентним генератором напруги, що має ЕРС, яка дорівнює нап­рузі неробочого ходу на розімкнених затискачах активного двопо­люсника, та внутрішній опір, сполучений послідовно а ЕРС, вели­чина якого дорівнює вхідному опору пасивного двополюсника.

Останній одержують, виключивши з активного двополюсника внутрішні джерела електричної енергії, залишивши при цьому в вітках їхні внутрішні опори.

Заміна складної ділянки електричного кола досить простою схемою еквівалентного генератора має сенс у випадках, коли не­обхідно розрахувати струм лише однієї вітки складного електрич­ного кола. Силу струму вітки методом еквівалентного генератора рекомендується розраховувати в такій послідовності:

1) вітка, в якій треба визначити струм, виключається в схеми;

2) частину схеми, що залишилась, розглядають як активний двополюсник відносно точок, до яких була підімкнута виключена вітка; 3) розраховують параметри еквівалентного генератора;

4) підключають виключену вітку до схеми еквівалентного ге­нератора і за законом Ома визначають в ній струм.

Передачу енергії від активного двополюсника пасивному (на­вантаженню) слід розглядати по аналогії з процесом передачі електричної енергії від джерела до навантаження через двопровідну лінію. При цьому

 

Список рекомендованої літератури

1. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы элект-ротехники. Т.1.- Л.: Энергоатомиздат, 1981.- 536 с.

2. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. - М.: Знергия, 1975.- 752 с.

3. Бессонов Л.А. Теоретические основи электротехники. Электрические цепи. - М.; Высш. шк., 1978.- 528 с.

4. Сборник задач по теоретическим основам электротехники / Под ред. Л.А.Бессонова. - М. : Вьісш. шк., 1980.- 472 с.

5. Шебес М.Р. Задачник по теории линейных электрических цепей. - М.: Высш. шк., 1982.- 488 с.

 

 

З М І С Т

Рекомендації по підготовці до занять

та правила виконання робіт в лабораторіях

кафедри ТЕ………………………………………………. 3

 

Лабораторна робота №1

“Вступне заняття”…………………………………………..8

 

Лабораторна робота №2

“Закони Ома і Кірхгофа. Потенціальна діаграма електричного кола.”……………………………………….13

 

Лабораторна робота №3

“Метод накладання”………………………………………..20

 

Лабораторна робота №4

“Еквівалентні перетворення сполучень опорів

за схемами “зірка” та “трикутник”…………………………25

 

Лабораторна робота №5

“Дослідження активного двополюсника”…………………30