Меню

Схема с двумя источниками напряжения

Изучение схемы с двумя источниками тока

Исследование линейных цепей постоянного тока.

Лабораторная работа №1.

Ход работы.

Изучается схема с двумя источниками тока.

Экспериментальное исследование разветвленных цепей постоянного тока с несколькими источниками.

Лабораторная работа выполняется на стенде «ТОЭ», блок №1.

Задание на лабораторную работу.

Напряжения E1, E2 и E3 выставляются с помощью ЛАТРа (для E2 и E3) соответственно 20В, 25В. Переключатель S1 в положение

Все неизвестные сопротивления находятся путем измерения тока и напряжения методом исключения других сопротивлений (закорачивая их) при данном одном ЭДС.

Поскольку в схеме (рис.4а) с двумя источниками измеряются все токи в ветвях, то необходимо по окончании измерений вычислить относительную ошибку измерений и расчетных данных токов в ветвях.

Методом контурных токов определить двумерную матрицу, из которой находится столбец неизвестных токов (при определенных сопротивлениях в схеме).

Все данные записываются в таблицы, где указаны измерительные сопротивления, токи напряжения, ЭДС, ошибки измерений.

2.2 Исследование мощности, выделяемой на сопротивлении R17 в зависимости от тока.

Работа выполняется источником №3 (схема рис.5). Значение напряжения E3 с помощью ЛАТРа устанавливается в соответствие с описанием стенда в диапазоне 25÷30В.

Все неизвестные сопротивления (кроме R17), определяются тем же методом исключения (закорачивания), оставляя только одно измеряемое. Измерить зависимость мощности PR17, которая в зависимости от тока в цепи является нелинейной и объяснить график.

1) Тщательно ознакомиться с экспериментальным стендом, принципом работы, порядком включения.

2) Изучить схему блока 1, на котором будет проводиться данная работа, нарисовать схему с необходимыми соединениями. В первой части лабораторной работы используется схема с включенными E1 и E2. В задании 2 исследуется схема с источником E3.

3) Провести все измерения.

Цель работы: ознакомление с основными принципами расчетов линейных электрических цепей, законами Кирхгофа.

1. Определяем ЭДС источников:

E1 = 35В (измеряем с помощью вольтметра pV1)

E2 = 20В (значение выставляем с помощью ЛАТРа, измеряем с помощью вольтметра pV1)

2. Определяем значения сопротивлений:

R R, Ом I (pA3), А U=E1, В
0,2
0,15
0,3
0,15
0,1

3. Соберем схему 4а (рис.1):

4. Измеряем токи в цепи:

I2 (pA2), A I3 (pA3), A I4 (pA4), A
0.13 0.29 0.15

5. Исследуем цепь замещения методом контурных токов:

Рис.2. Схема замещения

Составляем систему уравнений для двух контуров по II закону Кирхгофа:

Подставим значения сопротивлений:

Уравнения для контурных токов запишем в матричной форме:

A = ; X = ; B =

A * X = B

X = B * A -1

Определяем контурные токи:

1 = = 35*466 – 116*20 = 13990

2 = = 291*20 – 116*35 = 1760

∆ = = 291*466 – 166*116 = 122150

I = = 0.11 (A)

I = = 0.014 (A)

Сравним измеренные и рассчитанные токи:

I Измерения Расчет
I2 0,13 0,11
I3 0,145 0,124
I4 0,029 0,014

Найдем погрешности измерений:

Исследование мощности, выделяемой на сопротивлении R17 в зависимости от тока.

1. Определяем ЭДС источника.

E3 = 25В (значение выставляем с помощью ЛАТРа, измеряем с помощью вольтметра pV1)

2. Определяем значения сопротивлений R6 = R7 и R17

3. Собираем схему 4б (рис.3):

4. Изменяя значения R17, измерим напряжения и ток в цепи, рассчитаем мощность, выделяемую на сопротивлении R17.

Расчеты и измерения заносим в таблицу:

Измерения Расчет
R17, Ом U1(pV1), В U2(pV2), В I2(pA2), А PR17 = I2 2 R17, Вт PR17 = I2U2, Вт
20,5 0,09 1,7172 1,845
0,09 2,1222 1,89
21,5 0,09 2,5272 1,935
0,07 1,7738 1,54
0,068 1,9050 1,496
22,5 0,04 0,7392 0,9
0,04 0,8192 0,92
0,035 0,6884 0,805
0,03 0,6408 0,69
23,5 0,03 0,6858 0,705
23,5 0,025 0,5075 0,5875
23,5 0,025 0,5387 0,5875
0,02 0,3648 0,48
0,02 0,3848 0,48
0,02 0,4048 0,48
0,02 0,4248 0,48
0,02 0,4448 0,48
0,02 0,4648 0,48
0,02 0,4848 0,48

Для замеров использовались приборы:

pV1: показания стрелки (В)

PA2: показания стрелки (А)

pA3: показания стрелки (А)

pA4: показания стрелки (А)

pV2: показания стрелки (В)

5. Построим график зависимости мощности PR17, выделяемой на сопротивлении R17, от тока I2 в цепи:

Читайте также:  Для увеличения падения напряжения

В ходе данной работы мы ознакомились с основными принципами расчета линейных электрических цепей, таким как метод контурных токов. Этот метод основан на применении второго закона Кирхгофа. При помощи метода контурных токов мы вычислили расчетные значения токов. Сравнив их с экспериментальными значениями получили погрешность в допустимых пределах. Таким образом, подтвердили закон Кирхгофа и правильно применили метод контурных токов.

Во второй части работы мы вычислили мощность по двум различным формулам: PR17 = I2 2 R17 и PR17 = I2U2. Построили график зависимостей мощности от тока в цепи. По графику зависимостей видим, что в обоих случаях с увеличением тока в цепи увеличивается значение мощности, и зависимости мощностей от тока не являются линейными. В первом случае зависимость мощности от тока квадратичная, т.е. зависимость нелинейная, т.к. напряжение так же зависит от тока, то получаем, что и во втором случае зависимость нелинейная.

Список литературы:

1. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. Часть 1 электротехника. / Под ред. О.А.Бартенева, — Ижевск ГОУ ВПО УдГУ, 2005.

2. Электротехника и электроника. Книга 1. Электрические магнитные цепи. / Под ред. Герасимова В.Г. – М.: Энергоатомиздат, 1996.

3. Электротехника и электроника. Немцов М.В. – М.: Издательство МЭИ, 2003.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Электрическая цепь с двумя источниками

ads

Электрическая цепь может содержать несколько источников или приемников электроэнергии. Такие цепи называются сложными, для расчетов основных величин в таких цепях применяют специальные методы.

На рисунке 1 приведена схема с двумя источниками ЭДС: E1 и E2. Источники имеют внутренние сопротивления r1 и r2. Нагрузка условно обозначена резистором с сопротивлением R. Так как в цепи отсутствуют разветвления, то ток во всех ветвях будет одинаков и равен I

Схема электрической цепи с двумя источниками ЭДС

Рис. 1. Схема электрической цепи с двумя источниками ЭДС

Для расчета сложных электрических цепей наряду с законом Ома применяются два закона Кирхгофа.

Одним из наиболее простых способов расчета цепи с двумя источниками ЭДС является метод наложения токов. Данный метод основан на аддитивном свойстве токов, согласно которому ток в цепи равен алгебраической сумме токов, создаваемых каждым источником питания независимо друг от друга. Это правило применимо для расчета любой линейной цепи (то есть цепи, в которой сопротивления всех участков постоянны).

Пусть в электрической цепи действует только один источник ЭДС E1, тогда ток в цепи будет равен

Теперь положим обратную ситуацию: в электрической цепи действует только один источник ЭДС E2, а источник E1 присутствует, но не производит ток. Тогда ток в цепи будет равен

Два источника ЭДС в цепи направлены встречно, следовательно, суммарный ток I будет равен разности токов I1 и I2

Из свойства аддитивности токов можно сделать немаловажный вывод: если ЭДС E1 и E2 имеют встречное направление, и равны, то ток в цепи будет равен нулю

Если значения E1 и E2 различны, то в цепи возникает ток, направление которого совпадает с током, создаваемой «большим» ЭДС. Иными словами, если E1 > E2, то направление тока совпадает с ЭДС E1, если E1 E2).

Электродвижущая сила E2, направленная в противоположную току I сторону, называется встречной или противо-ЭДС.

Рассмотрим процессы и запишем основные зависимости, которые соответствуют каждому из участков цепи.

На участке ab имеется сопротивление источника ЭДС r1, а действие самого источника совпадает с направлением тока I. Следовательно указанный источник работает в режиме генератора (источника энергии). Таким образом, ЭДС источника равна сумме напряжения на его выводах и внутреннего падения напряжения

Согласно записанному выше выражению,

Иными словами, напряжение на выводах источника, отдающего энергию в цепь, равно разности ЭДС источника и внутреннего падения напряжения.

Согласно закону Ома, на участке bc падение напряжения равно

Кроме того, следует отметить, что на участке bc электрическая энергия преобразуется в тепловую, при этом происходит выделение мощности, равной

Читайте также:  Что такое напряжение отпадания

На последнем рассматриваемом участке ca источник ЭДС E2 действует против направления тока I. Источник имеет сопротивление r2. На данном участке имеется потеря мощности (нагрев), равная r2I 2 . Кроме того, источник ЭДС создает собственную мощность E2⋅ I, направленную на преодоление сил встречной ЭДС. Получается, что источник с противо-ЭДС работает в цепи как потребитель (приемник).

Мощность, выделяемая на участке ca равна

Cледовательно, напряжение на этом участке равно

На основании записанного выше выражения можно сделать вывод, что напряжение на вывод источника, работающего в режиме противо-ЭДС равно сумме самого ЭДС и внутреннего падения напряжения на нем.

Источник

С двумя источниками напряжения

С двумя источниками напряжения

На рис. 1.6 показана схема с двумя источниками напряжения. Хотя схема не слишком сложна, для нахождения токов и напряжений в ней требуется немало усилий. Мы предполагаем, что вы не будете применять метод контурных токов или узловых потенциалов, хотя в дальнейшем мы будем использовать и эти методы. Применим другую, во многом интуитивную методику, в которой определяются воздействия от каждого источника питания порознь[4]. Для этого нужно рассчитать цепь а с источником V 1 при неактивном (закороченном) источнике V 2, а затем цепь b с активным источником V 2 при неактивном источнике V 1.

Рис. 1.6. Схема с двумя источниками напряжения

Нарисуйте исходную схему, а также схемы а и b. Найдите напряжения узла 2 в каждой из схем а и b. После этого проверьте полученные результаты, должно получиться V 2(a)=6,75 В, V 2(b)=5,06 В. Согласно принципу наложения (суперпозиции) действительное напряжение на узле 2 равно сумме этих двух значений, то есть 11,81 В.

Можно найти ток источника V 1 из выражения:

Принцип суперпозиции применяется в цепях, содержащих линейные резисторы и более одного источника питания, однако при трех и более источниках вычисления могут оказаться долгими и утомительными.

Вот здесь Spice и оказывается очень полезным, существенно облегчая вашу работу. Входной файл выглядит следующим образом:

Circuit with Two Voltage Circuit

.OPT nopage .TF V(2) V1 .END

Результат на PSpice дает V(2)=11,807 В, в точном соответствии с расчетом методом наложения. Ток источника V 1 дает в PSpice значение -8.193Е-2. Минус означает, что ток во внешней цепи идет от положительного полюса источника V 1. Что означает приведенное в выходном файле входное сопротивление? Это сопротивление, которое «видит» источник V 1 при замкнутом источнике V 2. Оно образуется резистором в 80 Ом, подключенным параллельно резистору в 140 Ом, и подключением этой цепочки последовательно с резистором в 100 Ом, что дает входное сопротивление R BX=150,9 Ом.

А можете ли вы объяснить, что такое выходное сопротивление? Вспомним, что согласно команде .TF выходной переменной считается V(2).

Нарисуйте схему выходного сопротивления относительно узлов 2 и при закороченных источниках питания. При этом получится цепочка из резисторов R 1, R 2, R 3, включенных параллельно. Легко проверить, что сопротивление такой цепочки составляет 33,7 Ом, (что соответствует результатам на рис. 1.7).

**** 07/26/05 15:40:49 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) *************

Circuit with Two Voltage Circuit

**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 20.0000 ( 2) 11.8070 ( 3) 12.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

TOTAL POWER DISSIPATION 1.67E+00 WATTS

**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

INPUT RESISTANCE AT V1 = 1.509E+02

OUTPUT RESISTANCE AT V(2) = 3.374E+01

Рис. 1.7. Выходной файл при моделировании схемы на рис. 1.6

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Анализ для цепей с источниками тока с помощью Spice

Анализ для цепей с источниками тока с помощью Spice Решения для цепей, содержащих источники тока, могут быть получены методом узловых потенциалов проще, чем методом контурных токов. Моделирование с помощью Spice основано на методе узловых потенциалов. Вспомните, что каждый

Читайте также:  Силы поверхностного напряжения это

Цепи с источниками тока и напряжения

Цепи с источниками тока и напряжения Цепи, включающие источники тока и напряжения, могут быть рассчитаны при применении метода наложения. Если цепи не слишком сложны, этот метод дает простое и вполне приемлемое решение. На рис. 1.19 приведена цепь, содержащая источник

Зависимые источники, управляемые двумя напряжениями

Зависимые источники, управляемые двумя напряжениями Рассмотрим теперь, как вводятся в командной строке, использующей зависимые источники (POLY), управляемые более чем одним напряжением. В примере, представленном на рис. 1.29, сделаем Е функцией сразу двух напряжений v1 и v2.

Цепи переменного тока с несколькими источниками

Цепи переменного тока с несколькими источниками Когда в схеме переменного тока имеется более одного источника питания, вы должны определить относительные фазовые углы источников. Обратите внимание, что в каждой команде, описывающей источник напряжения в примере на рис.

Цепи c двумя однотипными операционными усилителями

Цепи c двумя однотипными операционными усилителями Когда в схеме имеется несколько однотипных устройств, намного проще работать, представив их в виде подсхем. Предположим, что мы собираемся сравнить частотные характеристики для двух ОУ, схемы которых мы предварительно

Цепи с двумя накопителями энергии

Цепи с двумя накопителями энергии Схемы с двумя различными накопителями энергии содержат катушку индуктивности L и конденсатор С вместе с одним или несколькими резисторами R. Когда схема содержит последовательно включенные R, L и С, различают переходные процессы трех

Y -параметры для цепей с независимыми источниками

Y-параметры для цепей с независимыми источниками Предыдущий пример достаточно просто решить, применяя обычные аналитические методы, но для более сложных схем явными становятся преимущества PSpice. В следующем примере (рис. 12.8) в состав схемы входит зависимый источник тока.

Цепи переменного тока с несколькими источниками

Цепи переменного тока с несколькими источниками Проанализируем теперь с помощью Capture цепи с несколькими источниками переменного напряжения из главы 2. Создайте в Capture схему, показанную на рис. 14.35, с именем multisrc. Используйте VAC для каждого источника напряжения и установите

Временные диаграммы для цепей переменного тока со многими источниками гармонического сигнала

Временные диаграммы для цепей переменного тока со многими источниками гармонического сигнала Решим теперь предыдущую задачу, применяя компоненты VSIN вместо VAC для источников напряжения V1, V2 и V3. При этом проводится исследование переходного процесса во временной области.

Упражнение 3. Освещение фотометрическими источниками

Упражнение 3. Освещение фотометрическими источниками В данном упражнении рассмотрим пример использования фотометрических источников.1. Откройте файл Коробка помещения.max. В окне проекции Front (Вид спереди) выделите пол помещения. С помощью инструмента Select and Move (Выделить и

Поиск различий между двумя файлами

Поиск различий между двумя файлами Рассмотрим следующую задачу. Имеются две версии исходного файла, одна из которых — более поздняя, содержащая ряд изменений. Как выяснить различия между этими двумя файлами? Какие строки были добавлены, а какие удалены? Какие строки

Пример 25-11. Эмуляция массива с двумя измерениями

Пример 25-11. Эмуляция массива с двумя измерениями #!/bin/bash# Эмуляция двумерного массива.# Второе измерение представлено как последовательность строк.Rows=5Columns=5declare -a alpha # char alpha [Rows] [Columns]; # Необязательное объявление массива.load_alpha ()

Система для шифрования с двумя ключами.

Система для шифрования с двумя ключами. Все желающие (PGP распространяется свободно) переписывают из любых источников саму систему (PGP) и ее исходные тексты (если есть необходимость, исходные тексты также распространяются свободно). Все функции системы выполняются с

У14.3 Геометрические объекты с двумя координатами

У14.3 Геометрические объекты с двумя координатами Опишите класс TWO_COORD, задающий объекты с двумя вещественными координатами, среди наследников которого были бы классы POINT (ТОЧКА), COMPLEX (КОМПЛЕКСНОЕ_ЧИСЛО) и VECTOR (ВЕКТОР). Будьте внимательны при помещении каждого компонента на

Источник