Понятие трехфазной системы ЭДС Расчет трехфазной цепи переменного тока Квартиры гостиница воронежа. Трехфазные трансформаторы Исследование однофазного трансформатора Электротехника и электроника Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока

Примеры выполнения заданий курсовых и лабораторных работ по электротехнике и электронике

Законы Ома и Кирхгофа

Лабораторная работа № 1 по дисциплине "Электротехника и электроника"

Цель работы: экспериментальная проверка действия законов Ома и Кирхгофа, изучение взаимосвязи параметров измерительных приборов точности измерений.

1. Общие методические указания

Экспериментальная часть лабораторной работы выполняется виртуально с помощью программы Electronics Workbench, которая имитирует реальную радиоэлектронную лабораторию, оборудованную измерительными приборами, работающими в реальном масштабе времени. Версия 4.1 этой находится ИОС «Avanta» (см. меню пункт «Материалы», Инструментальные средства).

Перед выполнением лабораторной работы студенту необходимо ознакомиться с программой Electronics Workbench и изучить материалы занятия №1 "ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. ЗАКОНЫ ОМА И КИРХГОФА ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ЦЕПЕЙ."

Лабораторная работа выполняется в соответствии со своим вариантом.

Отчет по лабораторной работе должен содержать: титульный лист, изложение цели работы, схемы исследуемых цепей, таблицы с результатами измерений и расчетов, выводы о проделанной работе. Страницы текста должны соответствовать формату А4, шрифт Times New Roman – 12 пт, выравнивание ширине, красная строка (отступ) 1,25 см, межстрочный интервал 1,5, автоматический перенос слов.

2. Пример выполнения работы и оформления отчета

2.2. Выполнение работы

Цель работы: экспериментальная проверка действия законов Ома и Кирхгофа, изучение взаимосвязи параметров измерительных приборов точности измерений.

1. В программе Electronics Workbench выберем необходимые радиоэлементы и соберем цепь, схема которой приведена в задании (Схема 1).

Схема 1

 

Установим параметры элементов схемы:

ЭДС источника Е = 50 V;

сопротивление источника Rи = 2 кОм;

сопротивление нагрузки Rн = 20 кОм.

 

1.1. Подключим измерительные приборы в соответствии со схемой 2. Установим параметры измерительных приборов:

сопротивление вольтметров V1 и V2 RV = 250 кОм;

сопротивление амперметра А RА = 0,3 Ом.

 

На экране получим следующую картину:

Рис. 1.1. Схема цепи, собранной в Electronics Workbench

1.2. Проверим выполнение закона Ома для полной цепи (ключ SA2 замкнут, ключ SA1 разомкнут). Для этого нужно вольтметром V1 измерить напряжение Uи на резисторе Rи, V2 – Uн Rн и амперметром А ток I. Результаты измерений мы получили после включения схемы, как показано рис. 1.1: I=2,44мА;

Рассчитаем напряжение на резисторе Rи, Rн и ток в цепи по формуле Ома. Для этого необходимо найти эквивалентное сопротивление цепи:

Rэкв = Rи + Rн = 2 20 = 22 кОм.

Ток в цепи I будет равен:

I = E/Rэкв = 50/22 >» 2,27 мА.

Сравним измеренное и рассчитанное значения тока. Для этого найдем относительную погрешность измерения тока >dI:

где Iизм – значение тока измеренное;

Iрассч – значение тока рассчитанное.

Напряжение на сопротивлении источника Uи:

Uи = IRи = 2,27 мА >× 2 кОм = 4,54 В.

Напряжение на нагрузке Uн:

Uн = IRн = 2,27 мА >× 20 кОм = 45,46 В.

Найдем относительные погрешности измерения напряжений >dUи и dUн:

где Uи изм; Uн изм – напряжения на сопротивлении источника и нагрузке измеренные;

Uи рассч; Uн рассч – напряжения на сопротивлении источника и нагрузке рассчитанные.

 

Внесем все измеренные и рассчитанные токи напряжения в табл. 1.

1.3. В исследуемой цепи разомкнем ключ SA2, тем самым реализуем режим холостого хода. Снимем показания измерительных приборов (рис. 1.2): I=198мкА; Uи=394мВ; Uн=49,6В.

Рис. 1.2. Режим холостого хода

Проверим измерения теоретическими расчетами.

В идеальных условиях ток в цепи режиме холостого хода равен нулю: I=0. Из этого следует, что напряжение на сопротивлении источника тоже будет равно Uи=IRи=0. Напряжение же нагрузке напряжению ЭДС: Uн=Е=50В.

Мы видим, что показания вольтметров V1 и V2 амперметра А отличаются от этих данных. Это происходит из-за неидеальности измерительных приборов, которые имеют собственное сопротивление.

Рассчитаем относительную погрешность измерения напряжения на нагрузке:

Внесем все полученные данные в табл. 1.

1.4. Теперь реализуем режим короткого замыкания. Для этого замкнем ключ SA1. Снимем показания измерительных приборов (см. рис. 1.3): I=49,6мА; Uи=49,5мВ; Uн=0В.

Рис. 1.3. Режим короткого замыкания

 

Проверим измерения теоретическими расчетами. Рассчитаем напряжение на резисторе Rи и ток в цепи.

Ток I в цепи будет равен:

I = E/Rи = 50/2 >» 25 мА.

Сравним измеренное и рассчитанное значения тока. Для этого найдем относительную погрешность измерения тока >dI:

Напряжение на сопротивлении источника Uи:

Uи = IRи = 25 мА >× 2 кОм = 50 В.

Это совпадает с показанием вольтметра. Относительная погрешность измерения напряжения >dUи=0.

Напряжение на нагрузке равно нулю, так как сопротивление нагрузки Rн=0.

Внесем все полученные результаты расчетов и измерений в табл. 1.

 

Таблица 1

Результаты измерений и расчетов напряжений тока в цепи

Uи изм, кОм

Uи рассч,

кОм

dUи,

%

Uн изм, кОм

Uн рассч, кОм

dUн,

%

Iизм,

мА

Iрассч,

мА

dI,

%

Закон Ома для полной цепи

4,84

4,54

6,61

45,2

45,46

-0,57

2,44

2,27

7,49

Режим холостого хода

0,394

0

-

49,6

50

-0,8

0,198

0

-

Режим короткого замыкания

50

50

0

0

0

0

25,2

25

0,8

2. В программе Electronics Workbench выберем необходимые радиоэлементы и соберем резистивную цепь, схема которой приведена в задании (Схема 2).

Схема 2

Установим параметры элементов схемы:

ЭДС первого источника Е1 = 12 V;

ЭДС второго источника Е2 = 15 V;

сопротивление R1 = 1 кОм;

сопротивление R2 = 2 кОм;

сопротивление нагрузки Rн = 3 кОм.

 

2.1. Подключим измерительные приборы в соответствии со схемой резистивной цепи 2. Установим параметры измерительных приборов:

сопротивление вольтметров V1, V2 и V3 RV = 350 кОм;

сопротивление амперметров А1, А2 и А3 RА = 0,2 Ом.

На рис. 2.1 изображена схема, которую мы собрали.

Рис. 2.1. Схема цепи, собранной в Electronics Workbench

На виртуальных измерительных приборах мы видим следующие показания (рис. 2.1): I1=1,38мА, I2=2,20мА, Iн=3,57мА; U1 = 1,37В, U2=4,37В, Uн=10,6В. Запишем их в табл. 2.

2.2. Рассчитаем все токи и напряжения в цепи по формулам законов Ома Кирхгофа.

Сначала определим токи в ветвях. По методу наложения исключим источник эдс Е2 из цепи:

Найдем эквивалентное сопротивление цепи:

Токи в двух параллельных ветвях:

Теперь исключим источник ЭДС Е1:

Рассчитаем токи:

По методу суперпозиции рассчитаем токи в ветвях цепи:

Определим напряжения:

Внесем рассчитанные результаты токов и напряжений в табл. 2.

Для сравнения измеренных и рассчитанных результатов определим относительные погрешности измерений:

Таблица 2

Значения токов и напряжений в исследуемой цепи

I1, мА

I2, мА

Iн, мА

U1, В

U2, В

Uн, В

Измеренные значения

1,38

2,20

3,57

1,37

4,37

10,6

Рассчитанные значения

1,38

2,19

3,54

1,38

4,38

10,62

Относительная погрешность измерений

0

0,46%

-0,84%

-0,72%

-0,29%

-0,19%

2.3. Изменяя величину ЭДС Е1 постараемся добиться того, чтобы ток через резистор R1 стал равным нулю. Это произошло при (см. рис. 2.4)

Е1 = 8,98979 В >» 8,99 В.

Рис. 2.2. Схема цепи, которой ток через резистор R1 стал равен нулю

Вывод

В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Сравнивая измеренные значения токов и напряжений в цепи с рассчитанными по законам Ома Кирхгофа, мы убедились том, что они реально действуют.

2. Значения измеренных токов и напряжений в цепи отличаются от рассчитанных по причине неидеальности измерительных приборов, которые имеют свое собственное сопротивление.

3. В нашем случае в схеме 2 оба источника отдают энергию нагрузку.

4. При подключении к цепи двух источников, один из них может не отдавать свою энергию, а забирать от другого в зависимости величины напряжения на этом источнике. Например, нашем случае это напряжение составило 8,99 В.

Постоянный ток широко используется во многих отраслях техники. Его применяют в устройствах связи, приборах, электрооборудовании мобильных агрегатов и др. Совокупность источников, приемников электрической энергии и соединяющих их проводов называют электрической цепью.

Источник ЭДС и источник тока При преобразовании любого вида энергии в электрическую энергию в источниках происходит за счет электродвижущей силы (ЭДС). Электродвижущая сила  характеризует действие сторонних (неэлектрических) сил в источниках постоянного или переменного тока.

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС

В электроэнергетике используют в основном переменный ток. В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным током заключается в возможности просто и с минимальными потерями преобразовывать напряжение при передаче энергии. Генераторы и двигатели переменного тока имеют более простое устройство, надежней в работе и проще в эксплуатации по сравнению с машинами постоянного тока.

Резистор в цепи синусоидального тока


Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора