- •Методические указания
- •Теоретические основы электротехники
- •2008 Удк 621.375
- •Под редакцией составителей
- •Оглавление
- •Введение
- •Раздел 1. Линейные электрические цепи постоянного тока Лабораторная работа № 1 Экспериментальная проверка первого и второго законов Кирхгофа
- •Программа выполнения лабораторной работы
- •Проверка второго закона Кирхгофа
- •Экспериментальная проверка уравнений состояния электрической цепи на основе узловых потенциалов
- •Проверка первого закона Кирхгофа
- •Экспериментальная проверка принципа суперпозиции
- •Экспериментальная проверка теоремы об эквивалентном генераторе
- •Раздел 2. Электрические цепи синусоидального тока
- •Лабораторная работа № 1
- •Экспериментальная проверка первого и второго законов Кирхгофа
- •Для мгновенных значений
- •Проверка первого закона Кирхгофа
- •Проверка второго закона Кирхгофа
- •Лабораторная работа № 2 Экспериментальная проверка первого и второго законов Кирхгофа в комплексной форме
- •Лабораторная работа № 3
- •Экспериментальная проверка принципа суперпозиции в линейных электрических цепях синусоидального тока
- •Лабораторная работа № 5 Исследование резонансного режима работы последовательного rlc-контура
- •Резонансные режимы работы электрических цепей обычно сопровождаются характерными проявлениями, которые широко используются в практике. Программа выполнения лабораторной работы
- •Лабораторная работа № 6 Исследование резонансного режима работы параллельного rlc-контура
- •Программа выполнения лабораторной работы
- •Программа выполнения лабораторной работы
- •Экспериментальная проверка уравнений состояния электрической цепи с взаимной индукцией
- •Библиографический список
Проверка второго закона Кирхгофа
В скоммутированной электрической цепи (при выполненном пункте 5) для заданного момента времени определить реальные направления токов ветвей, входящих в замкнутый контур АБВГЛЕОА. Отобразить направления токов на схеме электрической цепи.
На основе ВЗК составить уравнение состояния цепи применительно к контуру АБВГЛЕОА, предварительно выбрав направление обхода контура. Его левая часть будет содержать
и
,
а правая – напряжения
,
,
,
с соответствующими знаками. Поместить
уравнение в таблицу.Используя осциллограф, измерить ЭДС
,
и напряжения
,
,
,
в заданный момент времени. Результаты
поместить в таблицу и записать в форме:
,
, (2.2)
где
,
– отклонения (в делениях экрана)
отображении от “нулевой” горизонтальной
оси экрана в заданный момент времени;
–масштаб
отображения напряжений, который не
меняется в процессе выполнения пункта
12.
Результаты измерений в форме (2.2) подставить в уравнение по пункту 11 и поместить в таблицу. Т.к. величина
в процессе измерений не меняется, то
результат подстановки следующий:
. (2.3)
Выполнение равенства (2.3) будет подтверждением справедливости ВЗК.
Оформить отчёт по работе.
Лабораторная работа № 2 Экспериментальная проверка первого и второго законов Кирхгофа в комплексной форме
Уравнения состояния электрической цепи синусоидального тока на основе ПЗК для мгновенных значений имеют вид:
, (2.4)
где n – количество ветвей, образующих узел;
–амплитуда
тока k-й
ветви из числа n;
–начальная
фаза синусоидального тока k-й
ветви.
Уравнения состояния электрической цепи синусоидального тока на основе ВЗК для мгновенных значений имеют вид:
, (2.5)
где l – количество источников синусоидальных ЭДС, входящих в контур;
,
– амплитуда и начальная фазаi-й
из числа l
ЭДС;
k – количество элементов, входящих в замкнутый контур (кроме ЭДС);
–
амплитуда
и начальная фаза напряжения на зажимах
n-го
элемента из числа k.
Каждому из уравнений согласно (2.4) и (2.5) можно поставить в соответствие комплексное уравнение, если использовать комплексную амплитуду синусоидальной величины.
Комплексная
амплитуда синусоидальной величины –
это комплексное число в показательной
форме, модуль которого равен амплитуде
синусоидальной величины, а аргумент –
её начальной фазе. Так синусоидальному
току
будет соответствовать комплексная
амплитуда
,
а синусоидальному напряжению
– комплексная амплитуда
.
Очевидно, что каждому из слагаемых уравнения (2.4) можно поставить в соответствие комплексную амплитуду и получить комплексное уравнение, соответствующее уравнению (2.4). Оно будет иметь вид:
. (2.6)
Соотношение (2.6) соответствует “первому закону Кирхгофа в комплексной форме”*. Его можно сформулировать так: алгебраическая сумма комплексных амплитуд токов ветвей, образующих узел синусоидальной электрической цепи, равна нулю.
Комплексная амплитуда тока в (2.6) берётся со знаком +, если предполагаемое направление тока ветви к узлу, и со знаком –, если от узла.
Если каждому из слагаемых уравнения (2.5) поставить в соответствие комплексную амплитуду, то можно получить комплексное уравнение, соответствующее уравнению (2.5). Оно будет иметь вид:
. (2.7)
Соотношение (2.7) соответствует “второму закону Кирхгофа в комплексной форме”.* Его можно сформулировать так: алгебраическая сумма комплексных амплитуд синусоидальных ЭДС, входящих в замкнутый контур, равна алгебраической сумме комплексных амплитуд синусоидальных напряжений на зажимах элементов этого контура.
Комплексная амплитуда ЭДС в (2.7) берётся со знаком +, если направление ЭДС совпадает с направлением обхода контура, и со знаком –, если не совпадает.
Комплексная амплитуда напряжения на элементе контура в (2.7) берётся со знаком +, если предполагаемое направление тока элемента совпадает с направлением обхода контура, и со знаком –, если не совпадает.
Программа выполнения лабораторной работы
На стенде выбрать реализацию пассивной части электрической цепи, схема которой представлена на рис. 2.1
Подключить к выбранной реализации источники синусоидального напряжения Е4 иЕ5.
Выбрать режим работы стенда “Электрические цепи синусоидального тока”.
Н
арисовать
схему скоммутированной электрической
цепи. Из таблицы 2.1 выписать параметры
её элементов. Подготовить таблицу для
внесения экспериментальных и расчётных
данных (таблица 2.3).Указать на схеме предполагаемые направления токов ветвей, образующих узел Б, и входящих в контур АБВГЛЕОА. Дать им обозначения (
,
,
– токи ветвей, образующих узел Б,
– ток ветви с резистором
).Измерить вольтметром действующие значения ЭДС, напряжений на зажимах резисторов R1,R2,R3,R4 и конденсатораС4. Записать их значения в таблицу (
,
,
,
,
,
,
).
*Исторически сложившееся название.
Подготовить осциллограф для измерения начальных фаз синусоидальных напряжений:
синхронизация осциллографа – внутренняя;
за точку отсчёта начальных фаз принять центр экрана;
принять равным нулю начальную фазу ЭДС Е4; отображение на экране осциллографа ЭДС Е4 получить такое, чтобы по горизонтали период занимал большую часть экрана (но с удобным масштабным коэффициентом
,
гдеn
– число делений экрана, соответствующее
полупериоду), а переход через нулевое
значение от отрицательных значений к
положительным совпадал с центром
экрана, т.е. с точкой отсчёта начальных
фаз последующих напряжений.
Измерить начальные фазы источников ЭДС Е4 иЕ5, напряжений на резисторахR1,R2,R3,R4, конденсатореС4 и записать их значения (
,
,
,
,
,
,
).По данным пунктов 6 и 8 представить комплексные амплитуды
,
,
,
,
,
,
.
Проверка ПЗК в комплексной форме
Для узла Б составить уравнение состояния комплексных амплитуд токов ветвей, образующих узел Б, используя ПЗК в комплексной форме. Поместить уравнение в таблицу.
Используя данные пункта 9 и значения сопротивлений резисторов, определить комплексные амплитуды токов ветвей, образующих узел Б, т.е.
.
Их значения поместить в таблицу.Комплексные амплитуды токов по пункту 11 подставить в уравнение по пункту 10. Результат поместить в таблицу. Убедиться в справедливости ПЗК в комплексной форме.
Проверка ВЗК в комплексной форме
Для контура АБВГЛЕОА составить уравнение состояния комплексных амплитуд ЭДС и напряжений на элементах контура на основе ВЗК в комплексной форме. Уравнение поместить в таблицу.
Комплексные амплитуды по пункту 9 подставить в уравнение по пункту 13. Результат поместить в таблицу. Убедиться в справедливости ВЗК в комплексной форме.
Оформить отчёт по лабораторной работе.
