Теория

Принцип действия. Виды сопротивлений

Существуют следующие сопротивления:

1. Омическое сопротивление

2. Активное сопротивление

3. Индуктивное сопротивление

4. Емкостное сопротивление

Индуктивное и емкостное сопротивления являются реактивными , что значит не вызывающими безвозвратных потерь энергии переменного тока.

Омическое сопротивление – это сопротивление цепи постоянному току вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.

Единственной причиной вызывающей потери постоянного тока является противодействие материала проводника. На преодоление этого противодействия затрачивается часть энергии постоянного тока, которая превращается в тепловую энергию нагревающую проводник. Эта часть энергии обратно в проводник в виде энергии постоянного тока не возвращается.

На резисторах написана величина их омического сопротивления, т. е. сопротивления постоянному току.

Величина омического сопротивления не зависит от величины тока.

Активное сопротивление – это сопротивление цепи переменному току вызывающее безвозвратные потери энергии переменного тока.

Причины вызывающие безвозвратные потери переменного тока:

Противодействие материала проводника

Поверхностный эффект

Вихревые токи (они образуются в сердечниках катушек и нагревают их)

Потери энергии электрического тока за счет перемагничивания сердечника, т. е. на ликвидацию остаточного магнетизма при перемагничивании сердечника

Потери за счет излучения электромагнитной энергии (любой проводник по которому идет переменный ток излучает электромагнитные волны которые уходят в пространство)

В радиоаппаратуре провода идут вблизи друг от друга, переменный ток проходя по одному проводу индуктирует токи в близлежащих проводах

Индуктивное сопротивление – это противодействие тока самоиндукции катушки нарастающему току генератора.

На преодоление этого противодействия затрачивается часть энергии переменного тока генератора. Вся эта часть энергии полностью превращается в энергию магнитного поля катушки. Когда ток генератора будет убывать, магнитное поле катушки тоже будет убывать пересекая витки катушки и индуктируя в цепи ток самоиндукции. Теперь ток самоиндукции будет идти в одном направлении с убывающим током генератора. Таким образом вся энергия затраченная током генератора на преодоление противодействия тока самоиндукции катушки полностью вернулась в цепь в виде энергии электрического тока. Поэтому индуктивное сопротивление является реактивным, что значит не вызывающим безвозвратных потерь энергии. Слово реакция обозначает обратное действие.

Емкостное сопротивление – это противодействие электродвижущей силы заряжаемого конденсатора заряду этого конденсатора.

Вся энергия затрачиваемая источником тока на преодоление емкостного сопротивления превращается в энергию электрического поля конденсатора. Когда конденсатор будет разряжаться вся энергия электрического поля вернется обратно в цепь в виде энергии электрического тока. Таким образом емкостное сопротивление является реактивным.

Цель урока.

Сформировать знания учащихся о различных видах сопротивлениях в цепи переменного тока,
Развивать элементы творческой деятельности учащихся на уроке,
Воспитывать активную жизненную позицию.

Учебно-наглядные пособия и оборудование

1. Плакаты:

а) цепь переменного тока с активным сопротивлением;
б) цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением;
в) цепь, переменного тока с емкостью;
г) цепь переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями.

3. Электрические лампы.

4. Индуктивные катушки, различные виды обмоток.

План урока:

Организационный момент.
Повторение изученного материала.
Объяснение нового материала.
Обобщение изученного материала.
Домашнее задание.

Организационный момент

Проверяю отсутствующих, внешнее состояния группы и рабочих мест учащихся, создаю психологический настрой учащихся и рабочую обстановку на уроке.

Повторение изученного материала

Для определения уровня усвоения предыдущего материала, предлагаю учащимся написать самостоятельную работу, задание которой соответствует уровню В.

Что называется периодом?
Что такое амплитуда?
Что называется частотой переменного тока?
Какой частоты вырабатывается переменный ток?
Какой зависимостью связаны период и частота?
Какими буквами обозначаются частота и период?
Какое явление получило название электромагнитной индукции?
От чего зависит величина индуктивной электродвижущей силы (эдс)?
Прокомментировать выражение E–Blv.
Кем и когда было открыто явление электромагнитной индукции?

Затем предлагаю заслушать сообщения учащихся, подготовивших информацию по дополнительной литературе.

План изложения материала:

Цепь переменного тока с активным сопротивлением.
Цепь переменного тока с индуктивностью.
Емкость в цепи переменного тока.

Вопрос 1. Цепь переменного тока с активным сопротивлением.

Даю определение активного сопротивления, демонстрируя учащимся образцы: электрические лампочки различных типов и напряжений, электронагревательные элементы бытовых приборов, школьные реостаты.

Предлагает рассмотреть цепь переменного тока, в которую включено одно активное сопротивление, и нарисовать ее в тетрадях. После проверки рисунка рассказываю, что в электрической цепи (рис. 1, а) под действием переменного напряжения протекает переменный ток, изменение которого зависит от изменения напряжения. Если напряжение увеличивается, ток в цепи возрастает, а при напряжении, равном нулю, ток в цепи отсутствует. Изменение направления его также будет совпадать с изменением направления напряжения

(рис. 1, в).

Рис 1. Цепь переменного тока с активным сопротивлением: а – схема; б – векторная диаграмма; в – волновая диаграмма

Графически изображаю на доске синусоиды тока и напряжения, которые совпадают по фазе, объясняя, что хотя по синусоиде можно определить период и частоту колебаний, а также максимальное и действующее значения, тем не менее построить синусоиду довольно сложно. Более простым способом изображения величин тока и напряжения является векторный.

Для этого вектора напряжения (в масштабе) следует отложить вправо из произвольно выбранной точки. Вектор тока преподаватель предлагает учащимся отложить самостоятельно, напомнив, что напряжение и ток совпадают по фазе. После построения векторной диаграммы (рис. 1, б) следует показать, что угол между векторами напряжения и тока равен нулю, т. е. ? = 0. Сила тока в такой цепи будет определяться по закону Ома:

Для закрепления данного вопроса задаю учащимся следующие вопросы:

1. Какое сопротивление называется активным?

2. Как будет изменяться ток по величине, если напряжение увеличивается?

3. Учащиеся решают разноуровневые задачи по определению активного сопротивления.

4. Почему на векторной диаграмме ток и напряжение отложены в одном и том же направлении?

Убедившись, что учащиеся усвоили эту часть материала, приступаю к объяснению следующего вопроса.

Вопрос 2. Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением

Рассмотрим электрическую цепь переменного тока (рис. 2, а), в которую включено индуктивное сопротивление. Таким сопротивлением является катушка с небольшим количеством витков провода большого сечения, в которой активное сопротивление принято считать равным 0.

Рис. 2. Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением

Вокруг витков катушки при прохождении тока и будет создаваться переменное магнитное поле, индуктирующее в витках эде самоиндукции.

Согласно правилу Ленца, эде индукции всегда противодействует причине, вызывающей ее. А так как эде самоиндукции вызвана изменениями переменного тока, то она и препятствует его прохождению.

Сопротивление, вызываемое эде самоиндукции, называется индуктивным и обозначается буквой x L . Индуктивное сопротивление катушки зависит от скорости изменения тока в катушке и ее индуктивности L:

где Х L – индуктивное сопротивление, Ом; – угловая частота переменного тока, рад/с; L–индуктивность катушки, Г.

Угловая частота == , следовательно, .

Для закрепления понятия об индуктивности преподаватель может вызвать одного-двух учащихся к доске для решения примеров. Примеры соответствуют уровню В.

Пример. В цепь переменного тока включена катушка с индуктивностью L = 0,4T. Определить индуктивное сопротивление катушки, если частота = 50 Гц.

Решение. 2-3,14.50.0,4= 125,6 Ом. Для сравнения можно определить при = 200 Гц: = 2-3,14.200-0,4 = 502,4 Ом.

Сравнивая эти результаты, показываю, что с увеличением частоты переменного тока индуктивное сопротивление катушки повышается, а при уменьшении убывает; / = 0, т. е. при постоянном токе индуктивное сопротивление отсутствует.

Здесь уместно задать учащимся вопросы:

1. Какое сопротивление называется индуктивным?

2. В каких случаях сопротивление бывает большим или меньшим?

3. Учащиеся решают задачи на определение индуктивного сопротивления, уровней А,В.

Следующий этап урока – построение диаграмм. Для этого рисую на доске синусоиду переменного тока в осях координат х и у (рис. 5,6), напоминая учащимся, что эдс самоиндукции направлена навстречу току, и, следовательно, если ток уменьшается (точки 2 и <3), то электродвижущая сила самоиндукции будет возрастать. В тот момент, когда ток равен нулю, эдс будет иметь максимальное значение (точка 7). Такая же зависимость и в других точках синусоиды. Ток опережает эдс самоиндукции на угол = 90°. Чтобы установить зависимость тока от напряжения, преподаватель напоминает учащимся о том, что если в цепи переменного тока только одна индуктивность, то эдс самоиндукции будет направлена навстречу напряжению генератора U. Следовательно, напряжение и эдс самоиндукции также сдвинуты по фазе на угол <р= 180°. В связи с этим синусоида напряжения противоположна синусоиде эдс самоиндукции. Изображаю на графике синусоиду напряжения U. Из графика видно, что в цепи, имеющей только индуктивность, напряжение опережает ток на 90°.

Большим индуктивным сопротивлением обладают реакторы, применяемые для ограничения тока электрических цепях, обмотки трансформаторов, обмотки электрических двигателей переменного тока. Ток в таких цепях определяется по закону Ома.

Учащиеся дают определения всем величинам, входящим в данную формулу.

Вопрос 3. Емкостное сопротивление в цепи переменного тока.

Перед началом объяснения следует напомнить, что имеется ряд случаев, когда в электрических цепях, кроме активного и индуктивного сопротивлений, имеется и емкостное сопротивление. Прибор, предназначенный для накопления электрических зарядов, называется конденсатором. Простейший конденсатор – это два проводка, разделенных слоем изоляции. Поэтому многожильные провода, кабели, обмотки электродвигателей и т. д. имеют емкостное сопротивление.

Объяснение сопровождается показом конденсатора различных типов и емкостных сопротивлений с подключением их в электрическую цепь.

Предлагаю рассмотреть случай, когда в электрической цепи преобладает одно емкостное сопротивление, а активным и индуктивным можно пренебречь из-за их малых значений (рис. 6, а). Если конденсатор включить в цепь постоянного тока, то ток по цепи проходить не будет, так как между пластинами конденсатора находится диэлектрик. Если же емкостное сопротивление подключить к цепи переменного тока, то по цепи будет проходить ток /, вызванный перезарядкой конденсатора. Перезарядка происходит потому, что переменное напряжение меняет свое направление, и, следовательно, если мы подключим амперметр в эту цепь, то он будет показывать ток зарядки и разрядки конденсатора. Через конденсатор ток и в этом случае не проходит.

Сила тока, проходящего в цепи с емкостным сопротивлением, зависит от емкостного сопротивления конденсатора Хс и определяется по закону Ома

где U – напряжение источника эдс, В; Хс – емкостное сопротивление, Ом; / – сила тока, А.

Рис. 3. Цепь переменного тока с емкостным сопротивлением

Емкостное сопротивление в свою очередь определяется по формуле

где С – емкостное сопротивление конденсатора, Ф.

Предлагаю учащимся построить векторную диаграмму тока и напряжения в цепи с емкостным сопротивлением. Напоминаю, что при изучении процессов в электрической цепи с емкостным сопротивлением было установлено, что ток опережает напряжение на угол ф = 90°. Этот сдвиг фаз тока и напряжения следует показать на волновой диаграмме. Графически изображаю на доске синусоиду напряжения (рис. 3, б) и дает задание учащимся самостоятельно нанести на чертеж синусоиду тока, опережающую напряжение на угол 90°. Убедившись, что все учащиеся выполнили задание правильно, задаю ряд вопросов:

1. Почему амперметр не покажет тока, если включить конденсатор в цепь постоянного тока?

2. Какой ток показывает амперметр при включении конденсатора в цепь переменного тока?

3. В каких единицах измеряется емкость? Учащиеся на доске вычерчивают диаграмму.

Закрепление материала можно начать с практического примера:

Рис, 4. Цепь переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями

Пример: По обмоткам проходит ток и они нагреваются; следовательно, обмотки имеют активное сопротивление и создают магнитное поле. Наконец, изолированные витки обмотки обладают емкостным сопротивлением. Поэтому такой приемник можно представить в виде трех сопротивлений (рис. 4, а).

Ответ. В этой цепи сопротивления соединены последовательно, и в них движется одинаковый ток.

Следует определить, чему равно общее напряжение на зажимах такой цепи и ее общее сопротивление.

Отложим вектор тока по горизонтали (рис. 4,6), а по нему и вектор напряжения, так как в цепи с активным сопротивлением ток и напряжение совпадают по фазе. Вектор напряжения на индуктивном сопротивлении откладываем вверх под углом 90° к вектору тока, потому что это напряжение опережает ток. Напряжение в цепи с емкостным сопротивлением отстает от тока на угол 90°, и поэтому вектор О с откладываем вниз. Сложим векторы и и получим вектор U L – Uc, равный векторной сумме их. Находим общее напряжение на зажимах цепи, которое будет равно сумме_векторов, т. е. диагонали параллелограмма – вектору U. Из треугольника ABC

(рис. 4, в) по теореме Пифагора определяем

Полное сопротивление этой цепи находим из треугольника сопротивлений отсюда

Следовательно, ток в такой цепи вычисляется по закону Ома .

Если у учащихся не возникает вопросов, объявляю задание на дом.

Рефлексия, итог урока:

1. Что нового, полезного для себя изучили?

2. Какие трудности возникли в ходе изучения?

3. Уровень активности учащихся.

Любые устройства, служащие для получения, передачи или потребления электроэнергии, обладают сопротивлением.

Электрическое сопротивление - это способность элемента электрической цепи противодействовать в той или иной степени прохождению по нему электрического тока.

Сопротивление, в общем случае, зависит от материала элемента, его размеров, температуры, частоты тока и измеряется в Омах (Ом). Различают активное (омическое), реактивное и полное сопротивления. Они обозначаются, соответственно, r, х, z. Используются также прописные буквы R, Х, Z, чаще всего для обозначения элементов наэлектрических схемах:

Активное сопротивление элемента - это сопротивление постоянному току:

r = р l /S , Ом,

где р - удельное сопротивление материала, ОМ·м;

р = р 0 (1+аt) ,

а - температурный коэффициент сопротивления, 0 C -1 ,

t - интервал изменения температуры, 0 С.

l - длина проводника, м,

S - поперечное сечение проводника, м 2 .

Природу активного или омического сопротивления, связанного с нагревом материала, по которому протекает ток, объясняют столкновением носителей заряда с узлами кристаллической решетки этого материала. Если электрическое сопротивление цепи или его элемента не зависит от величины проходящего тока, то такие цепи или элементы называют линейными . В противном случае говорят о нелинейных цепях .

Проводимост ь (активная) - величина обратная омическому сопротивлению и измеряемая в сименсах (См),

g = 1/r , См.

В зависимости от величины удельной проводимости или удельного сопротивления электротехнические материалы делят на проводники и диэлектрики или изоляторы.

Индуктивное сопротивление - это сопротивление элемента, связанное с созданием вокруг него переменного или изменяющегося магнитного поля. Оно зависит от конфигурации и размеров элемента, его магнитных свойств и частоты тока.

x L = 2π f L = ωL ,Ом;

где f - частота тока, Гц;

ω = 2π f - угловая частота, рад/с;

L - индуктивность элемента цепи, измеряемая в генри (Гн).

Индуктивность можно определить как меру магнитной инерции элемента в отношении электромагнитного поля. По смыслу индуктивность в электротехнике можно уподобить массе в механике. Например, чем больше индуктивность элемента, тем медленнее и тем большую энергию магнитного поля он запасает.

Следует отметить, что индуктивным сопротивлением и, следовательно, индуктивностью обладают в разной мере все элементы электрической цепи переменного тока: обмотки электрических машин, провода, шины, кабели и. т. д. В цепях постоянного тока индуктивное сопротивление проявляется лишь в переходных режимах.

Индуктивное сопротивление обозначается на электрических схемах:

Емкостное сопротивление - это сопротивление элемента, связанное с созданием внутри и вокруг него электрического поля . Оно зависит от материала элемента, его размеров, конфигурации и частоты тока:

x C = 1 / (2 πfC ) = 1 / ( ωC ) , Ом,

где С - электрическая емкость, измеряемая в фарадах (Ф).

Электрическую ёмкость можно определить как меру инертности элемента электрической цепи по отношению к электромагнитному полю. Электрическое поле между обкладками конденсатора создается вследствие разделения зарядов.

Разделение зарядов происходит благодаря токам смещения, протекающим в диэлектрике между обкладки конденсатора под воздействием внешнего напряжения.

Ток смещения следует понимать как процесс переориентации электрических диполей диэлектрика вдоль электромагнитного поля.

Таким образом, электромагнитная энергия аккумулируется в конденсаторе в виде энергии электрического поля, сконцентрированного в поляризованном диэлектрике между обкладками конденсатора. Если напряжение, приложенное к конденсатору, постоянно, то происходит его единичный заряд, после завершения которого, ток через конденсатор, уменьшаясь, стремится к нулю. При переменном напряжении происходит периодический перезаряд конденсатора, поскольку токи смещения изменяют свой знак под воздействием периодически изменяющего свой знак напряжения.

Практически все элементы электрической цепи переменного и постоянного тока в разной мере обладают ёмкостью. Для линий электропередач учет ёмкости проводов друг по отношению к другу и по отношению к земле имеет принципиальное значение, поскольку влияет на режим электрических сетей. Например, обычные электрические кабели обладают емкостным сопротивлением порядка 10 Ом на 1 км.

Электрическая цепь переменного тока с резистивным сопротивлением

В таких приемниках вся электрическая энергия необратимо превращается в другой вид энергии (в резисторах - в тепловую). Идеальное активное сопротивление эквивалентно сопротивлению резистора (R) на постоянном токе. Напряжение и ток совпадают по фазе, т.е.= 0,cos= 1 (см рис. 14).

Рис. 14. Векторная диаграмма цепи с активным сопротивлением

Т.е. кривые изменения напряжения U r и токаIв один и тот же момент времениtдостигают максимального значения и одновременно проходят нулевые значения.

Электрическая цепь переменного тока с индуктивным элементом

Если из сверхпроводника (r= 0) намотать катушку и подключить ее к источнику синусоидального напряжения, то величина тока не будет равна бесконечности, как это следовало бы из закона Ома для постоянного тока или для идеального активного сопротивления, а будет ограничена определенным значением, т.е. в такой цепи появилось какое-то сопротивление. Причина этого – наводимая в катушке переменным магнитным полем ЭДС самоиндукции (e L) (рис. 15).

Рис. 15. Электрическая цепь с катушкой индуктивности

По II-ому закону Кирхгофа

откуда

Так как

гдеL– индуктивность, то при

имеем

т.е. напряжение опережает ток на 90 электрических градусов, или ток отстает от напряжения на 90 0 .

Произведение “L” имеет размерность сопротивления (Ом) и называется индуктивным сопротивлением:

Векторная диаграмма и закон Ома для идеального индуктивного сопротивления имеют вид (рис. 16):

Рис. 16. Векторная диаграмма для идеального индуктивного сопротивления

Реальные катушки индуктивности наматывают не из сверхпроводника, т.е.

. Поэтому они обладают некоторым активным сопротивлением, которое тем больше, чем тоньше обмоточный провод и больше витков в катушке индуктивности.

Таким образом, реальную индуктивность можно представить как последовательное соединение идеальной индуктивности и внутреннего активного сопротивления реальной катушки (рис.17).

Рис.17. Векторная диаграмма реального индуктивного сопротивления

Напряжение реального индуктивного сопротивления U L векторно складывается из двух векторов: вектора напряжения на идеальном реактивном элементеU р и вектора напряжения на внутреннем активном сопротивленииU а.

Сдвиг фаз между током и напряжением зависит от параметров конкретной катушки (длины векторовU р иU а).

Электрическая цепь переменного тока с емкостным элементом

Если к источнику синусоидального напряжения подключить конденсатор емкостью С (рис. 18),

Рис. 18. Электрическая цепь с конденсатором

то амперметр покажет, что по этой цепи проходит ток. Это объясняется процессами зарядки и разрядки конденсатора при постоянных изменениях направления тока, т.е. заряды циркулируют по обеим полуветвям от источника и обратно, конечно, не проходя сквозь сам конденсатор (это будет его пробой).

Величина тока определяется выражением:

Заряд на конденсаторе qзависит от его емкости и величины приложенного к нему напряжения:

.

Отсюда для тока получаем

При

имеем

т.е. в конденсаторе ток опережает напряжение на угол /2 (рис. 19). Произведение “С” имеет размерность Ом –1 = См – (симменс), отсюда

называют емкостным сопротивлением.

Для такого идеального сопротивления имеем:

Рис. 19. Векторная диаграмма идеального емкостного сопротивления

Реальные конденсаторы также имеют внутреннее активное сопротивление. Поэтому их можно представить как последовательное соединение идеального конденсатора и внутреннего активного сопротивления (рис.20):

Рис.20. Векторная диаграмма реального емкостного сопротивления

Напряжение на реальном конденсаторе U с векторно складывается из векторов реактивной (идеальной) и активной составляющих напряжения конденсатора.

Сдвиг фаз между током и напряжением меньше 90 о и зависит от внутренних параметров конденсатора.

Последовательное соединение r -, L -, C - элементов. Закон Ома

Второй закон Кирхгофа для цепи с последовательным соединением r-,L-,C- элементов, при векторном изображении величин, будет выглядеть следующим образом (рис. 21):

Рис. 21. Последовательное соединение r-, L-, C- элементов.

Строим векторную диаграмму (рис. 22), проводя операцию сложения векторов. За базовый вектор возьмем ток, так как при последовательном соединении он единый для всей цепи. Получили треугольник напряжений, из которого, зная значения составляющих напряжений, можно найти

Разделив стороны этого треугольника на ток, получим подобный треугольник, отражающий наличие и величины сопротивлений в данной цепи (рис. 23).

Рис. 23. Треугольник сопротивлений

Здесь Z=U/Iназывается полным сопротивлением и определяется выражением:

(X=X L -X C) – общее реактивное сопротивление.

Сдвиг по фазе между током и общим напряжением можно также найти из треугольника сопротивлений:

При положительном тангенсе ток отстает от напряжения, а при отрицательном опережает его.

С учетом изложенного закон Ома для последовательного соединения имеет вид (в общем случае):

Однотипные сопротивления складываются арифметически.

Мощность цепи синусоидального тока

Мощность в цепи переменного тока является ткакже переменной величиной и на любом заданном участке цепи в любой момент времени tопределяется как произведение мгновенных значений напряжения и тока.

Так для идеального активного сопротивления, принимая

,

, имеем:

Следовательно, активная мощность имеет постоянную составляющую

и переменную

, изменяющуюся с двойной частотой.

Найдем среднюю мощность за период:

Эта мощность называется активной и измеряется в ваттах (Вт). Она характеризует необратимые преобразования электрической энергии на данном участке цепи.

Для реактивных сопротивлений, учитывая, что в катушке индуктивности напряжение опережает ток на 90 0 , а в конденсаторе отстает от него на 90 0 , будем иметь:

Полученные выражения показывают, что реактивная мощность содержит только переменную составляющую, изменяющуюся с двойной частотой; ее среднее значение равно нулю. Но за четверть основного периода тока мощности положительные, что означает накопление магнитной энергии в катушке или заряд конденсатора, вторую четверть они отрицательны. Значит, энергия отдается обратно в сеть и необратимо ни во что не превращается (средняя за период мощность равна нулю). Поэтому такая мощность называется реактивной, имеет свое обозначение (Q) и размерность - ВАр (вольт-ампер реактивный):

Кроме активной и реактивной мощностей цепи переменного тока характеризуются полной мощностью (S). Единица измерения – ВА (вольт-ампер). Это максимально возможная мощность при заданныхUиI:

Соотношение между мощностями определяется из треугольника мощностей (рис. 24),

Рис. 24. Треугольник мощностей

который можно получить из треугольников напряжений или токов.

Для расчета мощностей в зависимости от схемы соединения применяют различные формулы, вытекающие из основной:

Активная мощность:

Реактивная мощность:

Полная мощность:

Из формулы выразимcos:

Отношение активной мощности Р к полной Sназываюткоэффициентом мощности. Он показывает, какую долю всей вырабатываемой источником мощности составляет активная мощность.

ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ

Перед выполнением работы изучить схему установки, систему расположения источников питания с регулятором напряжения, измерительных приборов, элементов схемы, необходимых для работы. Собрать электрическую цепь согласно рис. 25.

Рис. 25. Схема электрическая принципиальная

Включить сетевое напряжение стенда и напряжение питания цепи. Вольтметром замерить напряжение U, подводимое к цепи, а также на отдельных элементахU r ,U k ,U c и записать в таблицу 4. Измерить напряжение на активных и реактивных элементах, если убрать один резистор; один конденсатор; одну катушку индуктивности (опыт 1).

Таблица 4

Из схемы, изображенной на рис. 25, исключить батарею конденсаторов. Схема принимает вид (рис. 26):

Рис. 26. Последовательное соединение r -, L – элементов.

Собрать электрическую цепь согласно рис. 26 и после проверки ее преподавателем провести измерение напряжений и тока. Данные измерения занести в таблицу 4 (опыт 2).

Из схемы, изображенной на рис. 25, исключить индуктивные элементы. Схема примет вид (рис. 27):

Рис. 27. Последовательное соединение r -, C – элементов.

Собрать электрическую цепь согласно рис. 27 и после проверки ее преподавателем провести измерение напряжения и тока в цепи. Данные измерения занести в таблицу 1 (опыт 3).

Стенд отключить, данные всех измерений показать преподавателю.

Пользуясь соответствующими формулами рассчитать:

а) общее активное сопротивление резистивных элементов цепи и косвенную погрешность Rво всех опытах;

б) емкостное сопротивление батареи конденсаторов X С, ее емкость С и косвенную погрешностьС во всех опытах;

в) индуктивное сопротивление X L , индуктивностьL K и косвенную погрешностьL K во всех опытах;

г) активную мощность Р, потребляемую всей цепью и косвенную погрешность Р, а также коэффициент мощностиcosво всех опытах;

Данные расчетов занести в таблицу 5.

Таблица 5

Построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и тока для 2-го и 3-го опытов. Рассчитать внутреннее активное сопротивление конденсатора и катушки индуктивности.

Зная внутренние активные сопротивления конденсатора и катушки индуктивности построить в масштабе векторную диаграмму для 1-го опыта.

Название работы.

Цель работы.

Оборудование.

Основные сведения из теории.

Схемы исследуемых цепей.

Данные экспериментов, сведенные в таблицу 4.

Расчет параметров схем: R,X С,C,X L ,L K ,P,cos.

Данные расчета параметров цепей, сведенных в таблице 5.

Построенные в масштабе векторные диаграммы напряжений и тока для всех опытов.

Выводы по результатам работы (смотри контрольные вопросы).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Дать определение переменного тока. Назвать параметры переменного синусоидального тока.

Закон Ома, закон Кирхгофа для расчета цепей переменного тока.

Чем характеризуются активные и реактивные элементы в цепях переменного тока?

Формулы активных и реактивных сопротивлений и мощностей.

Что называется векторной диаграммой электрической цепи?

Построить векторную диаграмму для предложенной произвольной схемы электрической цепи.

Объяснить расчет параметров, исследуемых в работе электрических цепей.

Записать выражение для определения полного сопротивления исследуемых в работе схем, а также для предложенной произвольной схемы неразветвленной электрической цепи.

В каких цепях переменного тока имеет место сдвиг фаз между током и напряжением, и в каких цепях он отсутствует?

В каких электрических цепях и при каком условии напряжение на реактивном элементе может значительно превысить напряжение на входе цепи? Как называется данное явление?

ЛИТЕРАТУРА

Электротехника под ред. Пантюшина В.С. М.: Высшая школа, 1976.

Касаткин А.С. Электротехника. – М.: Энергия, 1973.

Общая электротехника под ред. Блажкина. - Л.: Энергия, 1979.

Евсюков А.А. Электротехника. – М.: Просвещение, 1979.

Электротехника под ред. Шихина А.Я. – М.: Высшая школа, 2001.

Попов В.С, Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Энергия,1976.

Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Гардарики, 2002.

Синдеев Ю.Г. Электротехника: [Учеб.для вузов].- Ростов н/Д: Феникс, 1999.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы :