Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Электроника

Электрическое устройство, имеющее два входных зажима  Просмотрен 134

Общие теоретические сведения

Всякое электрическое устройство, имеющее два входных зажима (1-1’) и два выходных (2-2’) (рис.8.1,а) может рассматриваться как четырехполюсник. Зажимы 1-1/ , к которым подключается источник электрической энергии, называются входными зажимами. Зажимы 2-2/ , к которым подключается приемник электрической энергии Z2, называются выходными зажимами. Четырехполюсник является передаточным звеном между источником энергии и нагрузкой.

 

 

Рис.8.1.1. Схемы включения четырехполюсников.

 

Четырехполюсники делятся на активные и пассивные. Активные четырехполюсники в своих ветвях содержат источники энергии, в пассивных четырехполюсниках источников энергии нет. На схеме четырехполюсник изображается в виде прямоугольника с двумя парами зажимов (рис.8.1.1). Для любого пассивного четырехполюсника напряжение и ток на входе и выходе связаны между собой уравнениями:

(8.1.1)

здесь А, В, С, D - постоянные четырехполюсника, которые в общем случае представляют собой постоянные комплексные числа для заданной частоты питания, схемы четырехполюсника и параметров его элементов. Коэффициенты пассивного четырехполюсника связаны между собой соотношением:

А∙DВ∙С = 1. (8.1.2)

Если источник и приемник энергии поменять местами, т.е. принять зажимы 2-2’ как входные, а 1-1’ как выходные, то уравнения четырехполюсника имеют вид:

. (8.1.3)


Коэффициенты A и D – безразмерные, коэффициент B имеет размерность сопротивления, а коэффициент C – размерность проводимости.

Коэффициенты четырехполюсника можно найти по опытным данным. Из опыта прямого холостого хода ( зажимы 2-2’ разомкнуты, , питание подается на зажимы 1-1’) имеем (рис. 8.1.1,б):

.

(8.1.4)

Из опыта прямого короткого замыкания (зажимы 2-2’ замкнуты накоротко, , питание подается на зажимы 1-1’) имеем (рис.8.1.1,в):

. (8.1.5)

Из опыта обратного короткого замыкания (зажимы 1-1’ замкнуты накоротко, , питание подается на зажимы 2-2’) имеем (рис. 8.1.1г):

. (8.1.6)

Решая совместно уравнения (8.1.2), (8.1.4), (8.1.5) и (8.1.6), получим:

. (8.1.7)

Построение круговой диаграммы

 

Если U1 = сonst; j2 = сonst то при изменении Z2 для токов и (комплексные токи) можно построить круговую диаграмму (рис.8.1.2). Построение выполняется в следующем порядке:

1) выбираем масштаб mU и откладываем вектор по оси ординат (рис. 8.1.2);

2) выбираем масштаб mI и откладываем векторы (отрезок ОО1) и (отрезок ОК); построение круговой диаграммы на рис.8.1.2 показано для случая, когда , а .

3) соединив точки О1 и К, получаем хорду О1К;

4) выбираем масштаб mz и откладываем на хорде О1К отрезок ;

5) проводим прямую AN’ изменяющегося параметра Z2 под углом (j2k - j2) к хорде O1К;

6) проводим прямую О1D ^ AN’;

7) делим хорду О1К пополам и восстанавливаем к ее середине перпендикуляр, точка пересечения перпендикуляра с линией О1D даст центр С круговой диаграммы. Радиусом СО1 = СК проводим окружность токов;

8) для заданного значения Z2 откладываем отрезок и соединяем точки О1 и N.

 

 

Рис.8.1.2. Построение круговой диаграммы четырехполюсника.

 

Электрические параметры четырехполюсника будут определяться:

Масштабы этих величин определяются:

.

В работе исследуется пассивный четырехполюсник, параметры которого устанавливает компьютер по шифру студента.

Порядок выполнения работы

Электронная модель для исследования несимметричного пассивного четырехполюсника приведена на рис.8.1.3.

 

 

Рис.8.1.3. Вид активного окна лабораторной работы №8.1. Электронная модель для исследования пассивного четырехполюсника.

 

1. Провести опыт холостого хода при питании четырехполюсника со стороны входных зажимов 1-11 (переключатель П в положении «хх», активизирована опция Включение четырехполюсника - прямое). Показания приборов записать в табл. 8.1.1.

 

Таблица 8.1.1

Режим цепи Измерено Вычислено         
  Прямой ХХ U10 I10 P10 U20 I20 Cos j10 Знак j10 j10 Z10 Z10
100 В 1,15А 94,15Вт 60,45В 0,818 +   86,96Ом -78,585-37,235 iОм  
          

Формулы для расчетов:

Знак угла j10 определяется включением сначала добавочного конденсатора емкостью в несколько мкФ, а затем включением дополнительной катушки с большим индуктивным сопротивлением. Если j10 ≤ 0, то включение добавочного конденсатора вызывает увеличение тока I10. Если j10 > 0, то включение добавочного конденсатора вызывает уменьшение тока. При включении добавочной катушки индуктивности наблюдается обратное явление, т. е. при j10 ≤ 0 наблюдается уменьшение тока.

2. Провести опыт короткого замыкания при питании четырехполюсника со стороны входных зажимов 1-1 (переключатель П в положение «кз», активизирована опция Включение четырехполюсника -прямое). Показания приборов записать в таблицу 8.1.2.

Таблица 8.1.2

Режим цепи Измерено Вычислено         
  Прямое К.З. U1k I1k P1k U2k I2k Cos j1k j1k Знак j1к Z1k Z1k
100В 0.6А Вт 51,23 0 В 0,92А 0,85   + Ом166,67 139.04+91.906iОм  
          

Формулы для расчетов:

; ; .

3. Провести опыт короткого замыкания при питании четырехполюсника со стороны выходных зажимов 2-2’ (переключатель П в положение «кз», активизирована опция Включение четырехполюсника -обратное). Показания приборов записать в табл. 8.1.3.

Таблица 8.1.3

Режим цепи Измерено Вычислено         
  Обратное К.З. U’2k I’2k P’2k U’1k I’1k Cosj2k j2k Знак φ2к Z2k Z2k
100 В 1,53А 61,72Вт 100В 1,53А 0,403 -66 - 65,36 Ом -65.337+1.735i Ом  
          

При обратном коротком замыкании значения U2’ и I2’ замеряются вольтметром U1 и амперметром A1, а значения U1’ и I1’ - вольтметром U2 и амперметром A2.

Формулы для расчетов:

; ; .

4. Проверить результаты вычислений сопротивлений по п.1-3, вызвав в меню опцию «Проверка полученных результатов».

5. Пользуясь комплексными сопротивлениями вычислить по формулам (8.1.7) постоянные коэффициенты четырехполюсника А;B;C;D и произвести проверку их по формуле (8.1.2).

6. Исследовать нагрузочный режим четырехполюсника по указанию преподавателя ( переключатель П в положении «н», активизирована опция Включение четырехполюсника -прямое). Показания приборов записать в табл. 8.1.4.

Таблица 8.1.4

Режим цепи Измерено Вычислено         
  нагрузка U1 I1 P1 U2 I2 P2 Cos j1 j1 Знак j1 Z2
В А Вт В А Вт - оЭЛ - Ом  
          

Формулы для расчетов:

; ; .

т.к. нагрузка активная.

Знак j1 определяется включением дополнительного конденсатора, также как и в п.1.

7. По данным опытов построить круговую диаграмму четырехполюсника, определить масштабы всех электрических величин на входе и выходе четырехполюсника.

8. Найти по круговой диаграмме величины I1, P1, U2, I2, P2 для двух значений сопротивления нагрузки , вычисленных по данным таблицы 8.1.4 и записать их в табл. 8.1.5.

Таблица 8.1.5

  №№ п/п По круговой диаграмме     
I1 P1 U2 I2 P2 Z2
А Вт В А Вт Ом
     

9. Сравнить значения I1, P1, U2, I2, P2 полученные по круговой диаграмме с результатами опыта.

10.Сделать заключение по работе.

Контрольные вопросы

1. Что такое четырехполюсник и какая связь существует между входными и выходными величинами ?

2. Какую размерность имеют постоянные четырехполюсника ?

3. Как найти коэффициенты четырехполюсника из опыта ?

4. Какая связь существует между параметрами элементов четырехполюсника и его постоянными ?

5. Построение круговой диаграммы четырехполюсника.

6. При каком значении сопротивления нагрузки мощность в нагрузке будет максимальной ?

Предыдущая статья:На такси из аэропорта Минеральных вод я приехал в город Георгиевск 10 февраля 2018 года в такси звучала музыка лезгинка. Следующая статья:Принципиальная схема упражнений для обучения устной речи
page speed (0.0363 sec, direct)