Laboratornaya rabota 1 Eltekh

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 I2  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: I2 / I1  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