Анализ переходных процесов метод эквивалентного генератора
ТОЭ Компьютерный монтаж Основы Flash Corel DRAW Учебник по схемотехнике Законы Кирхгофа P-CAD Autodesk Mechanical Desktop Электротехника Атомная физика Графический пакет OrCAD Теория множеств Оптическая физика Дифференциалы Интегралы Магнитные свойства Зонная теория Квантовая статистика Квантовая физика Магнитное поле Электростатика Геометрическая оптика Основы теории относительности Волновая функция Главную Исследование однофазного трансформатора Исследование трехфазного асинхронного двигателя Исследование резонансных явлений Исследование  трёхфазных цепей

Расчет электрических цепей на персональном компьютере

Определение и классификация четырехполюсников. Основные уравнения четырехполюсников Первичные параметры четырехполюсников. Регулярное соединение четырехполюсников. Входные и передаточные функции нагруженных четырехполюсников. Характеристические параметры пассивных четырехполюсников. Каскадное соединение характеристически согласованных четырехполюсников. Четырехполюсники с обратной связью.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Определение условий оптимальной передачи электрической энергии от источника к приёмнику

Цель работы: экспериментальная проверка теоретических положений об оптимальной передаче энергии от активного двухполюсника (источника) к пассивному двухполюснику (нагрузке) через промежуточное звено (линию передачи).

Пояснения к работе

Двухполюсник - это обобщённое название схемы или её части, рассматриваемой относительно пары зажимов. Если внутри двухполюсника есть источники ЭДС или тока, то двухполюсник называется активным. В противном случае двухполюсник называется пассивным.

Активный двухполюсник по отношению к пассивному выступает в роли источника, а пассивный по отношению к активному – в роли приёмника (нагрузки). Активный двухполюсник характеризуется:

- максимально возможным напряжением , которое определяется как напряжение холостого хода;

- максимально возможным током , который определяется как ток короткого замыкания;

- отношение  к  определяет так называемое внутреннее (входное) сопротивление двухполюсника .


Пассивный двухполюсник характеризуется только входным (внутренним) сопротивлением . Схема связи между активным А и пассивным П

двухполюсниками может содержать дополнительные элементы, например, линию связи (рис.3.1), характеризуемую сопротивлением

Если , то имеет место непосредственная связь двухполюсников (рис. 3.2). Активная мощность , расходуемая в пассивном двухполюснике, может быть рассчитана по формуле

где  - ток в цепи – то есть и в нагрузке (см.рис.3.1 и 3.2).

Ток в цепи можно рассчитать либо по формуле

  (для схемы рис.3.1)

либо по формуле

  (для схемы рис.3.2),

поэтому выражения для мощности нагрузки  приобретают следующий вид:


 - (для схемы рис.3.1) и

 - (для схемы рис.3.2).

где   и  - напряжения на выходных зажимах активного двухполюсника в соответствующих схемах рис.3.1 и рис.3.2.

Чтобы определить, при каком сопротивлении  пассивного двухполюсника его потребляемая мощность  будет максимальной, необходимо исследовать функцию  на экстремум. Для этого следует взять производную   и приравнять её к нулю.

.

Отсюда . Для случая отсутствия линии  (.

Можно убедиться в том, что при , .

Равенства  можно достичь или путём подбора  при заданных  и , или путём подбора  при заданных  и , или путём подбора  при фиксированных (заданных)  и . В последнем случае будут меняться также  и ток  активного двухполюсника. Операция подбора соответствующих сопротивлений для обеспечения указанного равенства, определяющего максимум мощности , называется согласованием нагрузки.

При   условия  можно достичь за счёт изменения величины сопротивления нагрузки .

КПД (коэффициент полезного действия) источника (активного двухполюсника)  в схеме рис.3.1 определяется из выражения

  .

При этом =0.5, если ()=. Аналогично, для схемы рис.3.2 =0.5 при , то есть, если сопротивление нагрузки  (для случая рис.3.1 () – есть сопротивление нагрузки) равно внутреннему сопротивлению источника, то коэффициент полезного действия источника  равен 0.5 (или 50%).

Из формулы видно, что КПД источника возрастает при увеличении сопротивления нагрузки . (Говорят, что если сопротивление нагрузки линии   возрастает, то нагрузка линии (её нагрузка) убывает, то-есть линия разгружается!). КПД источника достигает максимального значения (равного 1) при его работе в режиме холостого хода (то есть, когда ток через линию равен нулю). Мощность  в нагрузке при этом равна нулю. При уменьшении  до нуля  стремится к пределу . В случае   при .

По отношению к схеме рис.3.1 можно говорить о КПД  линии передачи:

.

Домашняя подготовка к работе

1. В соответствии с номером варианта табл. 3.1 нарисовать схему исследуемого активного двухполюсника (см. рис.3.3 и рис.3.4).

2. Рассчитать напряжение холостого хода , ток короткого замыкания


и входное сопротивление   активного двухполюсника (рис.3.4). Данные вычислений свести в табл.3.2.


3. Нарисовать эквивалентную расчётную схему исследований цепи

(подобную рис.3.1) с указанием в ней значений  и  (табл.3.1).

4. Вычислить значение сопротивления  пассивного двухполюсника, при котором в нём будет выделяться максимальная мощность .

5.Считая, что входное сопротивление пассивного двухполюсника может изменяться от нуля (режим короткого замыкания) до бесконечности (режим холостого хода двухполюсника), рассчитать и построить в масштабе начальную часть графиков зависимостей , (то есть при изменении , например, в пределах от нуля до ), а также зависимостей  и . Здесь - падение напряжения на линии. Указанные функции от тока  построить для всего интервала определения (задания) тока. (Ток в линии не может быть больше значения тока короткого замыкания нагрузки). Отметить на графиках значения величин, соответствующих согласованному режиму работы цепи.

6. Уяснить, какие изменения графиков произойдут (см. п.6 следующего раздела), если вместо схемы рис.3.1 будет рассматриваться схема рис.3.2.

Порядок выполнения работы

1. Не подключая источники  и  к схеме, измерить ЭДС  (нерегулируемый источник постоянного напряжения) и установить заданное по варианту табл.3.1 значение  (регулируемый источник постоянного напряжения). Данные измерений и установки ЭДС занести в табл.3.2.

2. Выбрать из лабораторного комплекта пассивных элементов сопротивления   и  в соответствии с табл.3.1. Данные занести в табл.3.2.

3. Собрать сначала рабочую схему рис.3.3 с активным двухполюсником по рис.3.4 (смотри при этом табл. 3.1). В качестве нагрузки  использовать комбинацию из последовательно включённых сопротивлений блока резисторов и регулируемого от 0 до 1000 Ом сопротивления  блока регулируемых сопротивлений стенда.

4. Изменяя с помощью  величину сопротивления  пасивного двухполюсника П от минимально возможного   до максимально возможного , измерить несколько (не менее 10) значений тока  напряжения на входе линии  и напряжения на выходе линии . Данные установки сопротивления и измеренных значений тока и напряжений занести в табл.3.3.

5. Для каждого значения  вычислить мощность  на входе линии, мощность  на выходе линии (на нагрузке), мощность , развиваемую активным двухполюсником, КПД источника  и линии . Расчётные данные занести в табл.3.3.

6. По данным табл.3.3 построить графики зависимостей  и .

7. Сравнить графики п.4.6 с графиками, построенными по п.3.5 домашней подготовки и сделать вывод об эффективности передачи мощности от источника к приёмнику через линию передачи с точки зрения согласованного режима работы цепи.

8. Произвести исследование режима передачи мощности от активного двухполюсника А к пассивному П при непосредственной связи (то есть при ). Выполнить исследования п. 4 для схемы рис.3.3 с активным двухполюсником по схеме рис.3.4 (согласно варианту лабораторной работы) без сопротивления . Результаты исследований занести в таблицу, подобную табл. 3.3.

9. Построить графики  и  для данного исследования. Сделать выводы об отличии этих графиков от графиков, построенных по пункту 6.

 Вопросы для самоконтроля

1. Что называется активным двухполюсником?

2. Что называется пассивным двухполюсником?

3. Назвать основные параметры активного двухполюсника.

4. Каковы основные параметры пассивного двухполюсника?

5. Как, зная схему активного двухполюсника, вычислить его основные параметры?

6. Какие схемы замещения активного двухполюсника Вы знаете?

7. Как определяются параметры активного двухполюсника (источника) экспериментально?

8. При каком значении сопротивления пассивного двухполюсника, подключённого к активному, в нём будет выделяться максимальная мощность?

9. Каково значение коэффициента полезного действия активного двухполюсника (источника) в условиях передачи максимальной мощности нагрузке?

10. Построить и проанализировать графики зависимости выходной мощности и КПД линии связи между источником и приёмником электрической энергии от величины сопротивления нагрузки для двух случаев: а) источник идеальный (); в) источник реальный (то есть ).

Назначение и классификация фильтров. Полосы прозрачности и задерживания. Общий анализ фильтров без потерь. Фильтры типа "К". Фильтры нижних частот, верхних частот. Преимущества и недостатки фильтров типа "К". Фильтры типа "М". Последовательно-производные и параллельно-производные полузвенья: вывод, общий анализ, примеры.
Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока