42182

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСИММЕТРИЧНОГО ПАССИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА

Лабораторная работа

Физика

Исследование линейного пассивного четырехполюсника при переменной нагрузке определение на основании опытных данных постоянных четырехполюсника А В С D и построение круговой диаграммы. Активные четырехполюсники в своих ветвях содержат источники энергии в пассивных четырехполюсниках источников энергии нет. Для любого пассивного четырехполюсника напряжение и ток на входе и выходе связаны между собой уравнениями:...

Русский

2013-10-27

222.5 KB

21 чел.

PAGE  9

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №.8.1. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСИММЕТРИЧНОГО ПАССИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА

Цель работы: Исследование линейного пассивного четырехполюсника при переменной нагрузке, определение на основании опытных данных постоянных четырехполюсника А, В, С, D и построение круговой диаграммы.

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.

  1.  

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

В

А

Вт

В

А

-

-

градусы

Ом

Ом

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.

  1.  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 j

Z1k

Z1k

В

А

Вт

В

А

-

градусы

-

Ом

Ом

Формулы для расчетов:

;       ;       .

  1.  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.

U2k

I2k

P2k

U1k

I1k

Cosj2k

j2k

Знак φ

Z2k

Z2k

В

А

Вт

В

А

-

градусы

-

Ом

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».

  1.  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).
  2.  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.

  1.  По данным опытов построить круговую диаграмму четырехполюсника, определить масштабы всех электрических величин на входе и выходе четырехполюсника.
  2.  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

  1.  Сравнить значения  I1, P1, U2, I2, P2  полученные по круговой диаграмме с результатами опыта.
  2.  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 ?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20632. Биосфера и цивилизация 72.5 KB
  Живые организмы входящие в состав биоценоза неодинаковы с точки зрения специфики ассимиляции ими вещества и энергии из ОС. Совокупность множества параметров среды определяющих условия существования того или иного вида и его функциональных характеристик преобразование им вещества и энергии обмен информацией со средой и с себе подобными и др. Энергетика – основа цивилизации и без производства достаточного количества энергии человечество не сможет существовать и развиваться. Сегодня главный производитель энергии – теплоэлектростанции ТЭС...
20633. Основные концепции и перспективы биотехнологии 120.5 KB
  Расшифровка генома человека3. Пастер выяснивший роль микроорганизмов в брожении виноделие пивоварение и в возникновении болезней животных и человека. Исключительное значение для борьбы с заразными болезнями имел предложенный Пастером метод предохранительных прививок основанный на введении в организм животного или человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов. Медицинская микробиология исследует микроорганизмы вызывающие заболевания человека и разрабатывает эффективные методы борьбы с ними.
20634. Принципы симметрии в научной картине мира 60.5 KB
  Принципы симметрии в научной картине мира 1. Понятие симметрии 2. Нарушение симметрии как источник самоорганизации Контрольные вопросыЛитература 1. Понятие симметрии Одним из важных открытий современного естествознания является тот факт что все многообразие окружающего нас физического мира связано с тем или иным нарушением определенных видов симметрий.
20635. Эволюционно-синергетическая парадигма. Открытость, нелинейность, диссипативность 64.5 KB
  4 Фазовое пространство и аттракторы системы Контрольные вопросыЛитература 1. В основе синергетики лежит среди прочих важное утверждение о том что материальные системы могут быть закрытыми и закрытыми равновесными и неравновесными устойчивыми и неустойчивыми линейными и нелинейными статическими и динамическими. Принципиальная же возможность процессов самоорганизации обусловлена тем что в целом все живые и неживые природные и общественные системы являются открытыми неравновесными нелинейными.Пригожин разрабатывая современную...
20636. Эволюционно-синергетическая парадигма 102 KB
  внутренняя структура или самоорганизация поддерживается за счет поглощения отрицательной энтропии или негэнтропии из окружающей среды. уводит ее от состояния равновесия максимума энтропии. В неравновесных системах помимо знания балансовых уравнений встает задача формализации и учета отношения порядка и беспорядка соответственно энтропии и негэнтропии. Рынок выступает здесь в качестве индикатора быстро обнаруживая неходовые товары производство которых нерентабельно и ведет к росту энтропии.
20637. Естествознание в мировой культуре 71 KB
  Проблема двух культурНаука и мистицизмВопрос о ценности науки 2. Люди наивные далекие от науки часто полагают что главное в учение Дарвина – это происхождение человека от обезьяны. Таким образом вторжение естественной науки – биологии в духовную жизнь общества заставило говорить о кризисе науки и ее разрушительном действии на человека. В итоге развитие естествознания привело к кризису науки этическое значение которой ранее усматривали в том что она постигает величественную гармонию Природы – образец совершенства как цели человеческого...
20638. Концепции современного естествознания 63.5 KB
  языком науки все о природе стали называться Naturwissenchaft€. Эта сеть связывает многочисленные ответвления физических химических и биологических наук включая науки синтетические возникшие на стыке основных направлений биохимия биофизика и др. Но она позволяет пояснить одну из проблем науки – проблему редукционизма. Редукционизм в науке – это стремление описать более сложные явления языком науки описывающей менее сложные явления или класс явлений например сведение биологии к механике и т.
20639. История развития естествознания 70.5 KB
  В естествознании – это объекты или фрагменты материального мира которые человек исследует. определенного видения мира в соответствии с которым осуществляется научная деятельность. Среди естественнонаучных революций можно выделить следующие типы: 1 глобальные охватывающие все естествознание и вызывающие появление не только принципиально новых представлений о мире нового видения мира но и нового логического строя науки нового способа или стиля мышления; 2 локальные – в отдельных фундаментальных науках т. Становление новой...
20640. Методология научных исследований 137 KB
  Методы эмпирического и теоретического познания3. Методы научного познания включают так называемые всеобщие методы т. общечеловеческие приемы мышления общенаучные методы и методы конкретных наук. Методы могут быть классифицированы и по соотношению эмпирического знания т.