НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА Отчёт по лабораторной работе № 1 «Исследование режимов работы источника ЭДС» Выполнил: ст. гр. 17-АЭ Рябов П.А. Принял: Степанов К.С. Нижний Новгород 2019 Цель работы Исследовать линейные цепи постоянного тока на электронных моделях в пакете NI, изучить методы расчета линейных цепей и режимы работы реального источника ЭДС, проверить выполнение законов Кирхгофа и Джоуля-Ленца. Общие сведения Законы Кирхгофа являются основными законами электрических цепей. Первый закон Кирхгофа устанавливает связь между токами, подходящими к узлу цепи: алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю I1 - I2 + I3 - I4 = 0 (рис. 1). Второй закон Кирхгофа устанавливает связь между электродвижущей силой ЭДС и напряжениями в контуре электрической цепи: алгебраическая сумма напряжений на пассивных элементах ветвей контура равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура (рис.2) Расчеты электрических цепей можно проводить, используя следующие принципы и методы: 1. Принцип наложения применим к линейным электрическим цепями и формулируется следующим образом: ток в ветви разветвленной линейной электрической цепи с несколькими источниками равен алгебраической сумме частных токов, вызываемых в этой ветви действием каждого источника в отдельности. Принцип наложения не выполняется для мощностей. 2. Принцип взаимности справедлив в линейной электрической цепи с одним источником и заключается в следующем: если ЭДС Е1 Е, действуя в ветви 1 сколь угодно сложной цепи при отсутствии прочих ЭДС, вызывает в другой ветви 2 ток I2 I , то такая же ЭДС Е2 Е, действуя в ветви 2, вызовет в ветви 1 ток. Если же ЭДС Е1 и Е2 различны, то соблюдается равенство: I2 / I1 E1 / E2. 3. Метод эквивалентного генератора позволяет определить ток в любой ветви линейной цепи, заменив часть цепи (активный двухполюсник А) по отношению к данной ветви эквивалентным генератором, состоящим из ЭДС ЕГ и внутреннего сопротивления RГ (рис. 3). Величина ЕГ равна напряжению холостого хода U0 на разомкнутой ветви ab: ЕГ U0. Сопротивление RГ можно определить экспериментально из опытов холостого хода и короткого замыкания ветви ab: RГ = U0 / IКЗ Рис.1. Схема для исследования режимов работы источника ЭДС Формулы для расчёта: 1) Мощность источника 𝑃и = 𝐸 ∗ 𝐼 - прямая линия, 2) Мощность потерь ∆𝑃и = 𝐼 2 ∗ 𝑅вн = 𝐼н 2 ∗ 𝑅г - уравнение параболы, 𝐸 3) Ток нагрузки 𝐼 = 𝑅вн +𝑅н 4) Коэффициент полезного действия 𝑃н 𝐸 2 𝑅н 𝜂=𝑃 =𝑅 и вн +𝑅𝑦 ∗ 𝑅вн +𝑅н 𝐸2 5) Мощность нагрузки 𝑃н = 𝐼н2 𝑅н = 6) ∆𝑈 = 𝑅г ∗ 𝐼н =𝑅 𝑅н вн +𝑅н 𝐸 2 𝑅н 𝑅вн +𝑅н = 1 𝑅 1+ вн 𝑅н = 𝑃и − ∆𝑃 - перевёрнутая парабола Данные, полученные на электронной схеме R2, Ом I3, мА Rн, Ом Iн, мА 1 (хх) ∞ 0 -1.91 1.13 10.8 2 3 4 5 6 7 8 9 (кз) 330 28 0 2.77 9.14 220 38 0.5 3.37 8.52 150 52 1.26 4.15 7.73 100 67 2.14 5.04 6.84 68 85 3.23 6.16 5.75 47 102 4.17 7.07 4.77 10 156 7.38 10.2 1.59 0 184 8.91 11.7 0 № U3, В U1, В U2, В Uн, В Данные, полученные на стенде R3, I 3, Ом I1, I2, мА № Rн, мА мА Iн, Ом мА U1, В U2, В U3, В Uн, В ∆U, В E, В Расчётные величины Pи, Вт ∆Pи, Вт Pн, Вт КПД 1 ∞ -13 12 0 -1,91 1,13 10,8 0,24 0,00 0,00 0,00 - 2 3 4 5 6 7 8 9 330 0 29 28 0 2,77 9,14 1,9 0,31 0,05 0,26 0,85 220 3 35 38 0,5 3,37 8,52 2,52 0,42 0,09 0,33 0,79 150 8 43 52 1,26 4,15 7,73 3,31 0,57 0,16 0,41 0,72 0,74 0,27 0,47 0,64 11,04 100 14 52 67 2,14 5,04 6,84 4,2 68 21 64 85 3,23 6,16 5,75 5,32 0,94 0,43 0,50 0,54 47 27 74 102 4,17 7,07 4,77 6,27 1,13 0,62 0,50 0,45 10 49 108 156 7,38 10,2 1,59 9,45 1,72 1,46 0,26 0,15 0 59 123 184 8,91 11,7 0 11,04 2,03 2,03 0,00 0 График зависимости мощности от тока 2,5 Pи, ВТ 2 1,5 1 0,5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Iн, мА График зависимости ЭДС от тока нагрузки 12 10 Е, В 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 Iн, мА 120 140 160 180 200 График потери мощности от тока нагрузки 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Iн, мА График зависимости мощности нагрузки от тока 0,6 0,5 Pн, Вт 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 20 40 60 80 100 Iн, мА 120 140 160 180 200 График зависимости КПД от тока 0,9 0,8 0,7 КПД 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 50 100 150 200 Iн, мА График зависимости потерь напряжения от тока 12 10 ∆U, В 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 Iн, мА 120 140 160 180 200 График зависимости напряжения нагрузки от тока 12 10 Uн, В 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Iн, мА Зависимость тока от сопротивления нагрузки 200 180 160 Iн, мА 140 120 100 80 60 40 20 0 0 200 400 600 Rн, Ом 800 1000 1200 График зависимости ЭДС от сопротивления нагрузки 12 10 E, В 8 6 4 2 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Rн, Ом График зависимости потерь напряжения от сопротивления нагрузки 12 ∆U, В 10 8 6 4 2 0 0 200 400 600 Rн, Ом 800 1000 1200 График зависимости ЭДС от сопротивления нагрузки 12 10 Uн, В 8 6 4 2 0 0 200 400 600 Rн, Ом 800 1000 1200