Исследование источников

 

Цель работы: изучить нагрузочные характеристики источников, ознакомиться с зависимыми источниками.

 

Домашнее задание

1. Изучить по [2.1], [2.2] нагрузочные характеристики источников.

2. Подготовить бланк отчета (см. раздел 7).

3. Подготовить ответы на вопросы самопроверки.

4. Сделать предварительный расчет: рассчитать ток (I), напряжение на зажимах источника (U) и КПД (η).

Известно, что в цепи с ЭДС (величину ЭДС смотретьпо номеру в журнале в вольтах) R_i = 320 Ом; сопротивление потребителя R = 0, 80, 160, 320, 640, 1280, 5120, ∞ Ом.

Данные расчета занести в таблицу 2.1. По данным построить графики зависимости η = f(R). При построении кривых наибольшее значение всех величин отложить по вертикали на одной высоте.

 

Таблица 2.1 – Расчетные данные

 

R, Ом	I, мА	U, В	η
∞

 

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение источника напряжения.

2. Дайте определение источника тока.

3. Дайте схематичное изображение источников напряжения и тока.

4. Дайте определение зависимого и независимого источников.

5. Дайте схематичное изображение зависимого источника ИНУТ.

6. На какую величину отличается ЭДС источника от напряжения на его зажимах?

7. Дайте определение режимов холостого хода, короткого замыкания и согласованного режима.

8. Запишите закон Ома для замкнутого контура.

9. Как измерить ЭДС источника?

10. Запишите формулу для расчета КПД.

 

Приборы и оборудование

1. Лабораторный стенд ЛКТЦ.

2. Соединительные провода (8 шт).

 

Порядок выполнения работы

1. Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам самопроверки.

2. Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.

2.1 Ознакомление с элементами, из которых собираются исследуемые цепи (рисунок 2.1, рисунок 2.2): генератором на блоке Г3, вольтметрами V2 и V3, источником напряжения Е₁, источником тока (I), магазином сопротивлений (R_м), регулятором Е- VАR, переключателем П₁ ("незав.", "завис.").

2.2 Для работы источника Е₁ необходимо подать питание на плату активных элементов. Для этого надо соединить гнезда "ВЫХОД" на блоке Г3 с гнездами "ОТ ГЕНЕРАТОРА", находящимися в верхней части блока активных элементов (верхнее гнездо генератора с верхним гнездом "ОТ ГЕНЕРАТОРА", а нижнее соответственно с нижним). Регулятор выходного напряжения на блоке Г3 повернуть до упора против часовой стрелки.

2.3 Собрать электрическую цепь по схеме (рисунок 2.1). В качестве источника взять источник напряжения Е₁, в качестве нагрузочного сопротивления – магазин R_м. R_ш2 включается в цепь для расчета I= . Пригласить преподавателя проверить собранную цепь.

Рисунок 2.1 – Схема для исследования источника напряжения

 

2.4 Включить на блоке питания стенда тумблеры "СЕТЬ", "ГЕНЕРАТОР", V2, V3. Установить на блоке Г2 переключатель формы в третью позицию по часовой стрелке, что соответствует гармоническому сигналу ().

2.5 Указатель пределов РV1, РV3 поставить в позицию 10 В.

3 Изучение нагрузочных характеристик источника. Для этого:

3.1 Регулятор выходного напряжения на блоке Г3 установить в положение наибольшего напряжения, т.е. повернуть до отказа по часовой стрелке.

3.2 Проверить работу регулятора(Е = VАR)и убедится, что поворотом регулятора можно изменять выходное напряжение в широких пределах. Установить регулятор в положение наибольшего напряжения по вольтметру V3 (R_м=2560 Ом).

3.3 Измерить ЭДС Е₁. Для этого отключить магазин R_м от клеммы источника. Показание вольтметра V3 в режиме холостого хода равно ЭДС источника. Снова подключить R_м.

3.4 Изменяя сопротивление магазина, добиться согласованного режима работы. Этот режим получается, когда показания V3 равны половине найденного значения ЭДС . В этом случае внешнее сопротивление (R_м) будет равно внутреннему сопротивлению R _i: R_м= R_i. Полученное значение Е и R_i занести в таблицу 2.2.

 

Таблица 2.2– Опытные и расчетные данные при исследовании источника напряжения

 

Задано	Из опыта	Вычисления
Rм, Ом		E=; Ri=	Imax=; Рmax=
U3, B	U2, мВ	мА		U/ Umax	Р мВт	Р/Рmax	η
Rм=∞ (отключено)

 

3.5 Установить на магазине R_м величины сопротивлений, в соответствии с заданными в таблице 2.2. Результаты измерений U₂ и U₃ занести в таблицу 2.2. Сделать вычисления.

4. Исследовать независимый источник тока (I_к) и источник тока, управляемый напряжением (ИТУН).Для этого:

4.1 Собрать цепь по схеме рисунка 2.2. Провода к гнездам "ОТ ГЕНЕРАТОРА" с выхода блока Г3 оставить включенными. Резистор R_ш2 выбрать 100 Ом. Вольтметр V3 оставить подключенным к источнику напряжения Е₁. Переключатель П₁ ("незав.", "завис.") установить в положение "НЕЗАВ.". При этом ток источника не будет зависеть от напряжения на зажимах источника Е_I.

Рисунок 2.2– Схема для исследования источника тока.

 

4.2 Установить на магазине R_м сопротивление 1280 Ом. Регулятором Е - VАR изменять напряжение на зажимах источника Е_I. Убедиться, что падение напряжения на шунтовом сопротивлении R_ш3, а следовательно, и ток в цепи (I=U₂/R_ш3) остается при этом неизменным. Изменяя сопротивление R_м от нуля до максимального записать показания прибора V2 в таблицу 2.3. Рассчитать ток в цепи по формуле .

 

Таблица 2.3 – Опытные и расчетные данные при исследовании источника тока

 

При Rш3=100 Ом
Из опыта	Вычисление
Rм, Ом	U2, мВ	U3, В	, мА
0…5120		0…Е

 

4.3 Установить R_м в произвольное положение, переключатель П₁ перевести в положение "ЗАВИС.", при этом источник тока () становится зависимым от напряжения на зажимах источника напряжения Е₁. Регулятором Е - VАR изменять показания V3, убедиться, что ток () при этом также изменяется. Записать показания вольтметров V2 и V3 при U₃= U_3max и U₃= 0,5U_3max. в таблицу 2.4.

 

Таблица 2.4 – Опытные и расчетные данные при исследовании зависимого источника

 

	Из опыта	Вычисление
	U2, мВ	U3, В	,А		Rупр, кОм
при U3max
при 0,5U3max

4.4 Рассчитать ток по формуле: = , управляющую проводимость – и управляющее сопротивление – R_упр= .

5. По результатам обработки результатов построить зависимости При построении кривых отношение откладывать по горизонтали в масштабе, при котором одинаковый линейный отрезок соответствует удваивающейся величине .

6. Сделать выводы по работе.

7. Ответить на контрольные вопросы.

 

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Результаты расчета (таблица 2.1).

3. График зависимости η=F(R)

4. Схемы исследований (рисунок 2.1, 2.2).

5. Таблицы 2.2, 2.3 и 2.4.

6. Зависимости

7. Выводы по работе.

8. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Как на практике получить источник тока?

2. Как опытным путем получить значение R_i?

3. Чему равно напряжение на зажимах источника в согласованном режиме?

4. Как изменяется напряжение на зажимах источника при увеличении сопротивления нагрузки?

5. Как на практике получить режим холостого хода, короткого замыкания и согласованный режим?

6. Запишите формулы для расчета мощностей источника, нагрузки и потерь внутри источника.

7. Дано Е = 20 В, U = 18 B, I = 2 A. Найти внутренне сопротивление источника R_i.

8. При каком условии отдача мощности во внешнюю цепь будет максимальной?

9. Чему равен КПД источника в согласованном режиме?

10. Является ли экономически выгодным согласованный режим работы?

 

Методические указания

Источники питания делятся на источники напряжения и источники тока. Источником напряжения называется источник, ЭДС которого не зависит от величины нагрузочного сопротивления, подключенного к данному источнику. Если внутреннее сопротивление источника R_i пренебрежительно мало, то такой источник является идеальным; а если конечно, то реальным.

Источником тока называется источник, ток которого не зависит от величины внешнего сопротивления. У идеального источника тока внутренняя проводимость G равна нулю, а идеального – больше нуля.

Рисунок 2.3 – Условно-графическое изображение источников

 

На рисунке 2.3 а показано схематическое изображение источника напряжения, а на рисунке 2.3 б - источник тока. Каждый из этих источников может быть независимым и зависимым (управляемым).

В работе исследуется независимый источник напряжения (рисунок 2.3). Каждый источник напряжения характеризуется ЭДС Е и внутренним сопротивлением R_i. Физические явления, происходящие в цепи (рисунок 2.1), при подаче энергии к нагрузочному сопротивлению R, величина которого меняется от нуля до бесконечности, характеризуется законом Ома.

Ток в цепи: . При режиме короткого замыкания R=0;

При согласованном режиме (R=R_i) ток в цепи , а при холостом ходе (R=∞) ток I =0.

Напряжение на нагрузке

Мощность источника Р_и = ЕI

Мощность в нагрузочном сопротивлении

Мощность, рассеиваемая на внутреннем сопротивлении источника

Р₀ = Р_и – Р_Н или Р₀ =

КПД .

Характер нагрузочных графиков зависимостей приведен на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Графики нагрузочных характеристик

 

 

Литература

2.1 Добротворский, И.Н. Теория электрических цепей./И.Н. Добротворский – М.: Радио и связь, 1989.

2.2 Агасьян М.В., Орлов Е.А. Электротехника и электрические измерения./ Агасьян М.В., Орлов Е.А. – М.: − Радио и связь, 1983, – /с. 46…52.

2.3 Методическое руководство к работе.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3