Материал: 33_Rezhimy_post_i_sin_toka_v_LETs_2014
2.12. Расчетно-экспериментальная работа 1 «Исследование и расчет цепей постоянного тока»
2.12.1.Цель работы
1)Освоение методики измерения тока, напряжения, потенциалов.
2)Опытная проверка законов Кирхгофа и принципа наложения.
3)Расчет токов в ветвях заданной электрической цепи методами контурных токов, узловых потенциалов, эквивалентного источника.
4)Построение потенциальной диаграммы.
5)Составление баланса мощностей.
6) Сравнение результатов опыта и расчета.
2.12.2. Особенности выполнения работы
Проверка методов расчета цепей постоянного тока состоит в измерении токов, напряжений, потенциалов и сравнении их с результатами расчетов. На первом занятии необходимо освоить методику измерения ЭДС, тока, напряжения, потенциалов и провести измерения по программе из задания на расчетноэкспериментальную работу (РЭР) в одной из схем (рис.2.32).
На последующих занятиях экспериментальные данные (значения тока, напряжения, потенциалов) сравнивают с результатами расчетов, полученных различными методами. Поскольку макеты установок находятся в лаборатории в течение всего времени выполнения РЭР, при необходимости эксперимент можно повторить и уточнить данные опыта.
2.12.3. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка содержит:
–панель, на которой установлены приборы магнитоэлектрической системы: три миллиамперметра и вольтметр, резисторы с сопротивлениями r1, r2, r4, r5;
–два источника постоянной регулируемой ЭДС;
–два магазина сопротивлений – r3 и r6 ;
–ключ S, соединительные провода.
60
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
5 |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
r1 |
|
|
|
|
|
S |
|
|
r2 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
E1 |
|
|
|
|
|
|
r6 |
|
r3 |
|
|
E2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I4 |
|
|
I3 |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
I5 |
- |
|
|
|
|
I |
|
|
A3 |
|
I2 |
|
- |
|
||
|
|
|
|
|
|
1 |
r |
|
r |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
- |
|
|
|
|
|||
|
|
|
- |
A1 |
+ |
|
|
|
|
5 |
|
+ A2 |
- |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
4 |
|
61 |
|
+ |
|
|
|
|
r1 |
|
|
|
S |
|
r2 |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
r3 |
|
|
E2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I3 |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
I1 |
|
|
A3 |
|
I2 |
r6 |
- |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
r4 |
|
r5 |
I5 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
||||||||
|
|
- |
A1 |
+ |
|
|
|
|
|
|
+ A2 |
- |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
1 |
|
в
|
1 + |
A1 - |
|
r1 |
2 |
r2 |
- |
A2 |
+ 4 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
+ |
|
I |
1 |
A3 |
I3 |
I2 |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
E1 |
|
|
|
|
|
|
E2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
r6 |
|
|
r3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
||
I5 |
- |
r4 |
|
I4 |
S |
|
r5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
3 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
+ |
A1 - 6 |
r1 |
|
+ I1
E1
- |
r4 |
|
|
|
5 |
2 |
r2 |
- |
A2 |
+ 1 |
|
||||
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A3 |
I3 |
I2 |
|
+ |
- |
|
|
E2 |
|
|
|
|
||
r3 |
|
|
r6 |
- |
|
|
|
||
|
I4 |
|
|
|
S |
r5 |
|
I5 |
|
|
|
3 |
4 |
г
Рис. 2.32. Варианты схем для расчетно-экспериментальной работы
61
62
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
5 |
|
|
|
A1 - |
I6 |
r1 |
r6 |
r2 |
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
r1 |
|
|
r2 |
|
|
1 |
+ |
|
|
2 |
|
- |
A2 |
+ |
4 |
||
|
+ |
|
S |
|
|
+ |
+ |
|
|
|
|
+ |
|
I2 |
|
+ |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
|
A3 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I3 |
|
|
|
|||||
|
E1 |
|
r6 |
|
|
r3 |
|
|
E2 |
|
E1 |
|
|
- |
|
|
|
E2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
I3 |
|
+ |
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
r3 |
|
|
|
- |
|
I5 |
- |
|
I4 I1 |
|
A3 |
|
I2 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
r |
|
r |
|
|
I4 |
|
|
r4 |
S |
|
|
|
I5 |
|
||||||
|
- |
|
+ |
4 |
- |
5 |
+ A2 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
A1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
4 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
6 |
|
|
5 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
д |
е |
|
|
6 |
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
I6 |
r |
1 |
r6 |
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
+ |
A1 - |
|
|
2 |
2 |
- |
A2 |
+ |
5 |
|
|
|
I1 |
|
r1 |
|
r2 |
I2 |
I4 |
|
|
|
|
|
||||||||
+ |
|
|
S |
|
|
+ |
|
|
|
|
+ |
|
I2 |
|
+ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
I1 |
|
|
A3 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I3 |
|
|
|
||||||
E1 |
|
|
|
|
r3 |
|
|
r6 |
|
|
E1 |
|
|
|
- |
|
|
|
E2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
I3 |
+ |
|
|
E2 |
|
- |
|
|
|
|
r3 |
|
|
|
- |
|
|
- |
|
|
|
A3 |
|
I2 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
r4 |
r5 |
|
I5 |
I4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I5 |
|
|||||
- |
A1 |
+ |
|
- |
+ |
A2 |
- |
|
|
|
|
S |
r5 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
5 |
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж |
з |
Рис. 2.32, лист 2
62
Схема исследуемой цепи, величины r1, r2, r4, r5, rА1, rА2, rА3 приведены на панели. Значения r3, r6, E1, Е2 задаются преподавателем. Сопротивления источников питания в расчетах принимают равными нулю, поскольку их величины на несколько порядков меньше, чем сопротивления r1 ÷ r6, которые равны десяткам ом. Вольтметр можно считать идеальным ( rv = ∞ ), так как его сопротивление на несколько порядков больше, чем r1 ÷ r6 .
2.12.4.Опытная часть
1)Измерить Е1 и Е2, значения ЭДС занести в табл. 2.3.
Измерение ЭДС. Зажимы «+» и «–» вольтметра присоединяются соответственно к зажимам «+» и «–» источника питания. Поскольку сопротивление вольтметра на несколько порядков больше сопротивления источника, величину ЭДС можно принять равной показанию вольтметра.
2) Собрать схему, изображенную на макете. Заполнить табл. 2.3 (значения r3 и r6 задает преподаватель). При замкнутом ключе S измерить токи от действия обеих ЭДС, полученные значения занести в табл. 2.4 и 2.6.
Определение направления тока. Если стрелка амперметра отклонилась вправо от нулевого деления, то положительное направление тока – от зажима «+» амперметра к зажиму «–» (рис. 2.33, а). Если стрелка амперметра отклонилась влево от нулевого деления, положительное направление тока – от зажима «–» к зажиму «+» (рис. 2.33, б).
0 0
+ |
А |
- |
+ |
А |
- |
|
|
||||
|
I |
|
|
I |
|
|
а |
|
|
б |
|
Рис. 2.33. Определение направления тока по показанию амперметра
3) Приняв потенциал одного из узлов схемы равным нулю, измерить потенциалы указанных точек и занести их значения в табл. 2.5.
63
Измерение потенциалов. Величина потенциала определяется с точностью до произвольной постоянной, поэтому потенциал одной из точек схемы можно принять равным нулю, потенциалы остальных точек определяются относительно потенциала этой (базисной) точки, к которой присоединяется зажим «–» вольтметра.
Зажим вольтметра «+» присоединяется поочередно к точкам схемы, потенциалы которых необходимо измерить. Если стрелка отклоняется вправо от нулевого деления, потенциал точки положительный, влево – отрицательный.
4) Измерить и занести в табл. 2.6 значения токов от действия ЭДС Е1 . Источник питания Е2 должен быть выключен, а его внутреннее сопротив-
ление должно быть сохранено. Внутренние сопротивления источников питания приняты равными нулю, поэтому провода, идущие от схемы к Е2 , следует присоединить к одной клемме источника питания.
5)Измерить и занести в табл. 2.6 значения токов от действия ЭДС Е2.
6)Включив в схему Е1 и Е2, измерить ток I3 при r3 = 0, затем разомкнуть ключ S и измерить напряжение между точками 2 и 3. Полученные значения занести в табл. 2.7.
Измерение напряжения. Для измерения напряжения Uab зажим вольтметра «+» присоединяется к точке a, «–» – к точке b (рис. 2.34). Если стрелка отклонилась вправо от нулевого деления, Uab – положительное, влево – отрицательное.
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uab |
|
|
|
Uab |
|
|
|
а |
|
|
b |
а |
|
|
b |
+ |
V |
- |
Uab > 0 |
+ |
V |
- |
Uab < 0 |
|
|
|
|
||||
|
а |
|
|
|
б |
|
|
Рис. 2.34. Определение направления напряжения по показанию вольтметра
2.12.5.Расчетная часть
1)Составить уравнения по первому и второму законам Кирхгофа. Убе-
64