Практикум по ТОЭ
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y = |
g2 + (b − b )2 |
; |
Q = U2·bL; Q = U2·b |
С |
; S = Q2 |
+ P2 = U·I; |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
L |
C |
|
|
L |
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
cos ϕ = |
g |
. Заполните таблицу 14.2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Т а б л и ц а 14.1 – Результаты измерений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Режим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Измерение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
измерения |
|
U, В |
|
|
I, A |
|
|
I1, A |
|
|
|
|
I2, А |
|
P, Вт |
||||||||||||
Ключ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отключен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ключ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
замкнут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Т а б л и ц а 14.2 – Результаты вычислений |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Режим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычисление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
измере- |
|
|
R, |
ZK, |
XL, |
|
|
XC, |
g, |
|
|
bL, |
bC, |
|
Y, |
QL, |
QC, |
|
S, |
cos ϕ |
|||||||
ния |
|
Ом |
Ом |
Ом |
|
|
Ом |
См |
|
|
См |
См |
|
См |
вар |
вар |
|
BA |
|||||||||
Ключ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отклю- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ключ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
за- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мкнут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 Постройте векторные диаграммы токов в масштабе.
6 Постройте треугольники проводимостей в масштабе.
7 Постройте треугольники мощностей в масштабе.
Контрольные вопросы и задания
1 Как изменяется угол ϕ при размыкании цепи?
2 Опишите характер изменения реактивной составляющей тока при условиях, указанных в таблицах 14.1 и 14.2.
3 Укажите связь между полной активной и реактивной проводимостями.
Содержание отчета
1Название, цель работы, оборудование.
2Схемы цепей.
3Таблицы с результатами измерений и вычислений, графики, ответы на контрольные вопросы.
4Выводы.
Литература [4–8]
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 15
Резонанс напряжений в электрических цепях
Цель работы: исследовать резонанс напряжений. Оборудование: амперметр, вольтметры, ваттметр, резистор,
катушка на 2400 витков, конденсатор переменной емкости.
Краткие теоретические сведения
Условием возникновения резонанса напряжений является равенство сопротивлений на реактивных участках цепи (XL = XC). Следовательно, полное сопротивление равно активному (R, Ом):
Z = R2 + (XL − XC )2 = R,
где Z – полное сопротивление цепи, Ом; XL – индуктивное сопротивление, Ом; XC – емкостное сопротивление, Ом.
При резонансе напряжений сила тока в цепи максимальна, что позволяет на опыте фиксировать точку резонанса.
Порядок выполнения работы
1 Ознакомьтесь с приборами и оборудованием. 2 Соберите схему при С = 16 мкФ (рисунок 15.1).
Рисунок 15.1 – Схема электрической цепи переменного тока
3Включите схему в цепь. Постепенно изменяя напряжение, добейтесь, чтобы ток I в цепи был максимальным. Данные измерений запишите в таблицу 15.1.
4Вычислите значения величин, указанные в таблице 15.2.
5Постройте векторную диаграмму напряжений в масштабе.
6Постройте треугольники сопротивлений и мощностей в масштабе.
40 |
41 |
Т а б л и ц а 15.1 |
– Результаты измерений |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Измерение |
|
|
|
|
|
|
U, В |
|
U1, В |
U2, В |
|
I, A |
P, Bт |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 15.2 |
– Результаты вычислений |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычисление |
|
|
|
|
|
|
R, |
|
ZK, |
Z, |
|
XL, |
XC, |
UR, |
UL, |
|
QL, |
QC, |
cos ϕ |
Ом |
|
Ом |
Ом |
|
Ом |
Ом |
В |
В |
|
вар |
вар |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы и задания
1 Что понимают под резонансом напряжений?
2 Назовите условия возникновения резонанса напряжений.
3 Что называется частотой собственных колебаний контура? Выведите формулу для ω0 при резонансе напряжений.
4 Каким образом можно определить на опыте состояние резонанса напряжений?
5Что называется добротностью контура?
6Определите индуктивность катушки, которую необходимо включить последовательно с конденсатором С = 24 мкФ, чтобы
вцепи с частотой f = 50 Гц получить резонанс.
Содержание отчета
1Название, цель работы, оборудование.
2Схемы цепей.
3Таблицы с результатами измерений и вычислений, графики, ответы на контрольные вопросы.
4Выводы.
Литература [4–8]
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 16
Исследование электрических цепей с взаимной индуктивностью
Цель работы: исследовать электрическую цепь со взаимной индуктивностью.
Оборудование: амперметр, вольтметр, ваттметр, катушки индуктивности.
Краткие теоретические сведения
К параметрам индуктивно связанных катушек относятся: активное сопротивление, индуктивность (L, Гн). Взаимная индуктивность (М, Гн) определяется по формуле:
М = К |
|
= |
LC - LB |
, |
|
L1× L2 |
|||||
4 |
|||||
|
|
|
|
где К – коэффициент связи; LC – индуктивность при согласном включении катушек, Гн; LB – индуктивность при встречном включении катушек, Гн.
Lобщ = L1 + L2 ± 2M,
где Lобщ – общая индуктивность, Гн.
Взаимную индуктивность можно определить методом амперметра и вольтметра по формуле
М = IU×ω ,
где U – напряжение цепи; В, I – ток в цепи, А; ω = 2π·ƒ – угловая частота, рад/с.
Порядок выполнения работы
1 Ознакомьтесь с приборами и оборудованием работы.
2 Соберите цепь (рисунок 16.1) для каждой катушки в отдельности. Снимите показания U, I, P. Напряжение при этом по величине не изменять. Результаты измерений запишите в таблицу 16.1. Рассчитайте индуктивность катушек.
Рисунок 16.1 – Схема соединения катушки индуктивности
Т а б л и ц а 16.1 – Результаты измерений и вычислений
Катушка |
|
Измерение |
|
|
Вычисление |
||||
U, B |
|
I, A |
|
P, Bт |
R, Ом |
Z, Ом |
XL, Ом |
L, Гн |
|
|
|
|
|||||||
Первая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вторая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42 |
43 |
3 Соберите цепь (рисунок 16.2) и измерьте взаимную индуктивность методом согласного и встречного включения катушек при неизменном напряжении. Результаты измерений запишите в таблицу 16.2.
Рисунок 16.2 – Схема электрической цепи переменного тока для измерения взаимной индуктивности по методу согласного
ивстречного включения катушек при неизменном напряжении
Та б л и ц а 16.2 – Результаты измерений и вычислений
|
Согласное включение |
|
|
|
Встречное включение |
|
|
|
|||||||||||
Измерение |
Вычисление |
|
|
Измерение |
|
Вычисление |
|
||||||||||||
U, |
I, |
P, |
R, |
ZС, |
XL, |
|
LС, |
U, |
I, |
|
P, |
|
R, |
ZB, |
XL, |
|
L, |
|
M, |
B |
A |
Bт |
Ом |
Ом |
Ом |
|
Гн |
B |
A |
|
Bт |
|
Oм |
Oм |
Ом |
|
Гн |
|
Гн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 Соберите цепь (рисунок 16.3). Методом амперметра и вольтметра определите взаимную индуктивность катушек. Данные запишите в таблицу 16.3.
5 Произведите расчеты и заполните таблицы 16.2 и 16.3.
A
V
Рисунок 16.3 – Схема для измерения взаимной индуктивности методом амперметра и вольтметра
Т а б л и ц а 16.3 – Результаты измерений и вычислений
Измерение |
|
Вычисление |
|
I, A |
U2, B |
|
M, Гн |
|
|
|
|
Контрольные вопросы и задания
1 Что такое взаимная индуктивность и от чего она зависит? 2 Как определить взаимную индуктивность методом соглас-
ного и встречного включения?
3 Как определить взаимную индуктивность методом амперметра и вольтметра?
4 Определите взаимную индуктивность двух катушек, если известно, что L1 = 0,1 Гн, L2 = 0,4 Гн, К = 0,8.
Содержание отчета
1Название, цель работы, оборудование.
2Схемы цепей.
3Таблицы с результатами измерений и вычислений, ответы на контрольные вопросы.
4Выводы.
Литература [4–8]
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 17
Исследование трехфазной цепи при соединении приемника звездой
Цель работы: изучить режим работы приемников при соединении звездой, определить роль нейтрального провода, построить топографическую диаграмму.
Оборудование: амперметры, вольтметр, нагрузка.
Краткие теоретические сведения
Фазы трехфазного потребителя могут соединяться в звезду при равномерной (асинхронный двигатель) и неравномерной (осветительные, бытовые приборы) нагрузке фаз.
При равномерной нагрузке фаз ZА = ZB = ZC ток в нулевом проводе отсутствует (I = 0), и от него можно отказаться:
ZА ≠ ZB ≠ ZC,
где ZА, ZB, ZC – сопротивления фаз, Ом.
При неравномерной нагрузке фаз (ZА ≠ ZB ≠ ZC) между узловыми токами генератора и потребителя возникает смещение нейтрали, которое определяется по методу узлового напряжения:
44 |
45 |
U Nn = EA ×YA + EB ×YB + EC ×YC ,
YA + YB + YC + Y0
где UNn – напряжение смещения нейтрали, В; EA, EВ, EС – ЭДС в фазах источника, В; YA, YВ, YС, Y0 – проводимость в фазах, См.
Данное напряжение искажает напряжение на отдельных фазах потребителя:
UA = EA − UNn; UB = EB − UNn; UC = EC − UNn,
где UА, UВ, UС – напряжения в фазах потребителя, В.
А это ведет к несимметрии фазных токов. Для выравнивания фазных напряжений необходим нулевой провод. При обрыве линейного провода на месте разрыва возникает напряжение, равное 1,5·Uф, а на оставшихся фазах напряжения уменьшаются до значения половины фазного напряжения. Если нагрузка несимметрична, то напряжения на фазах окажутся неодинаковыми.
Порядок выполнения работы
1 Соберите схему (рисунок 17.1). При равномерной нагрузке фаз измерьте линейные токи, фазные и линейные напряжения. Данные запишите в таблицу 17.1.
Рисунок 17.1 − Схема электрической цепи
2 При неизменной нагрузке двух фаз изменяйте нагрузку в фазе С. Произведите измерения токов и напряжений при включенном и отключенном нейтральном проводе. Данные запишите в таблицу 17.1.
Т а б л и ц а 17.1 − Результаты измерений
Номер |
|
|
|
|
Измерение |
|
|
|
|
||
изме- |
IA, |
IB, |
IC, |
I0, |
UA, |
UB, |
UC, |
U0, |
UAB, |
UBC, |
UCA, |
рения |
А |
А |
А |
А |
В |
В |
В |
В |
В |
В |
В |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 При полностью включенных симметричной и несимметричной нагрузках фаз отсоедините от сети линейный провод. Измерьте токи и напряжения, данные запишите в таблицу 17.1.
4 Выясните, как при симметричной нагрузке фаз нейтральный провод влияет на силу тока и напряжения при обрыве линейного провода. Данные запишите в таблицу 17.2.
5 Рассчитайте мощности. Данные запишите в таблицу 17.2.
6 Постройте в масштабе топографические диаграммы.
Т а б л и ц а 17.2 − Результаты вычислений
Номер |
|
|
Вычисление |
|
|
измерения |
PА, Вт |
PB, Вт |
PC, Вт |
P0, Вт |
cos φ |
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы и задания
1 Какова роль нейтрального провода?
2 Возможно ли соединение звездой без нейтрали?
3 Нарисуйте включение трех лампочек треугольником в трехпроводную линию передач.
4 Ток в фазах приемника, соединенного в звезду с нейт-
ральным проводом, равен IA = 10 − ј4 А, IB = 5 – ј6 А, IС = 2 + + ј10 А. Определите силу тока в нейтральном проводе.
Содержание отчета
1Название, цель работы, оборудование.
2Схемы цепей.
3Таблицы с результатами измерений и вычислений, графики, ответы на контрольные вопросы.
4Выводы.
Литература [4–8]
46 |
47 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 18
Исследование трехфазной цепи при соединении приемника треугольником
Цель работы: изучить режим работы приемников при соединении треугольником; построить топографическую диаграмму.
Оборудование: амперметры, вольтметр, нагрузка.
Краткие теоретические сведения
Фазы трехфазного потребителя могут соединяться треугольником при равномерной (асинхронный электродвигатель) и неравномерной (осветительные, бытовые приборы) нагрузке фаз.
При равномерной нагрузке фаз – соотношение ZАB = ZBC =
= ZCA – линейный ток больше фазного в 3 раза, а фазное напряжение равно линейному:
ZАB = ZBC = ZCA,
где ZАB, ZBC, ZCA – сопротивления фаз, Ом.
При неравномерной нагрузке фаз – соотношение ZАB ≠ ZBC ≠ ≠ ZCA – комплексы или векторы линейных токов определяются как разность комплексов или векторов фазных токов:
ZАB ≠ ZBC ≠ ZCA.
С изменением сопротивления одной из нескольких фаз меняется сила тока этой фазы и токи в линейных проводах, но не изменяется режим работы двух других фаз. При обрыве одного линейного провода отсоединенные фазы нагрузки окажутся соединенными последовательно и включенными под оставшееся линейное напряжение.
Порядок выполнения работы
1 Соберите схему (рисунок 18.1). Установите равномерную нагрузку. Измерьте фазные и линейные токи, фазные (линейные) напряжения. Результаты запишите в таблицу 18.1.
2 При неизменной нагрузке в двух фазах измените нагрузку третьей. Измерьте токи и напряжения и данные запишите в таб-
лицу 18.1.
3 При полностью включенной симметричной и несимметричной нагрузке фаз отсоедините от сети линейный провод. Измерьте токи и напряжения и данные запишите в таблицу 18.1.
4 Рассчитайте мощности. Данные запишите в таблицу 18.2.
5 В масштабе постройте топографические диаграммы.
Рисунок 18.1 – Схема соединения приемника треугольником
Т а б л и ц а 18.1 – Результаты измерений
Номер |
|
|
|
|
Измерение |
|
|
|
|
||
изме- |
UАB, |
UBC, |
UCA, |
IАB, |
|
IBC, |
|
ICA, |
IA, |
IB, |
IC, |
рения |
B |
B |
B |
A |
|
A |
|
A |
A |
A |
A |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 18.2 – Результаты вычислений
Номер |
|
Вычисление |
|
|
измерения |
PАB, Вт |
PBC, Вт |
PCA, Вт |
P, Вт |
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Контрольные вопросы и задания
1 Каково соотношение между фазными и линейными токами при соединении треугольником?
2 Как влияет обрыв линейного провода на работу трехфазного потребителя, соединенного треугольником?
3 Нарисуйте схему включения трех лампочек звездой в трехпроводную линию передач.
4 Симметричный потребитель, соединенный треугольником, подключен к трехфазной сети напряжением 220 В. Определите линейный ток, если сопротивление фазы потребителя равно 22 А.
Содержание отчета
1 Название, цель работы, оборудование.
48 |
49 |
2Схемы цепей.
3Таблицы с результатами измерений и вычислений, графики, ответы на контрольные вопросы.
4Выводы.
Литература [4–8]
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 19
Измерение мощности потерь энергии в ферромагнитном сердечнике катушки
Цель работы: измерить мощность магнитных потерь методом ваттметра, выяснить их зависимость от магнитной индукции.
Оборудование: амперметр, вольтметр, ваттметр, катушка с ферромагнитным сердечником.
Краткие теоретические сведения
При достаточно быстром изменении намагничивающего тока в ферромагнитном сердечнике возникают вихревые токи, создающие намагничивающую силу, направленную навстречу намагничивающей силе обмотки с током. Поэтому изменения магнитной индукции и магнитного потока в сердечнике как бы задерживаются: те же величины магнитной индукции и потока получатся при большем намагничивающем токе в обмотке. Это значит, что при переменном токе в обмотке петля магнитного гистерезиса шире статической петли в связи с действием вихревых токов. Петля магнитного гистерезиса, соответствующая переменному намагничивающему току, называется динамической.
В ферромагнитных телах, по которым замыкается переменный магнитный поток, возникают магнитные потери Рм (потери в стали Рст). Они складываются из двух составляющих: потерь на гистерезис и потерь от вихревых токов.
Максимальное значение магнитной индукции (Вm, Тл) для различных напряжений рассчитывают по формуле:
Bm = 4,44 fU× N × S ,
где U – напряжение, В; f – частота тока, Гц; N – число витков катушки (N = 230); S – сечение сердечника, мм2 (S = 43 мм 2).
Тогда напряжение рассчитывается по формуле:
U = 4,44 ·f ·N· S ·Bm.
Кроме потерь в стали, в катушке с ферромагнитным сердечником имеются потери в меди (Рмеди, Вт) или электрические по-
тери (Рэ, Вт).
Pмеди = Pэ = I2·RК,
где I – ток в цепи, А; RК – сопротивление катушки, Ом.
В данной лабораторной работе мощность магнитных потерь измеряется с помощью ваттметра:
PW = Pст + Pэ + Pпр,
где PW – мощность, измеряемая ваттметром, Вт; Pпр – потери в приборах (вольтметре РV и ваттметре РW), Вт.
Pпр = PV + PW.
Потери в приборах определяются по формулам:
P = |
U 2 |
, P = |
U |
2 |
, |
|
|
|
|||
V |
RV |
W |
RW |
||
|
|
где RV и RW – сопротивления вольтметра и ваттметра, Ом.
Порядок выполнения работы
1 Ознакомьтесь с приборами и оборудованием.
2Соберите схему (рисунок 19.1).
3Рассчитайте значения напряжений, которые необходимо приложить к катушке, чтобы магнитная индукция в сердечнике была равна: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 Тл. Результаты запишите в таб-
лицу 19.1.
Рисунок 19.1 – Схема электрической цепи
4 Устанавливая на входе вычисленные значения напряжения, соответствующие им показания амперметра и ваттметра записывайте в таблицу 19.1.
50 |
51 |
Т а б л и ц а 19.1 – Результаты измерений
Номер |
|
|
Измерение |
|
|
измерения |
Bm,Тл |
U, В |
|
I, А |
P, Вт |
1 |
0,2 |
|
|
|
|
2 |
0,4 |
|
|
|
|
3 |
0,6 |
|
|
|
|
4 |
0,8 |
|
|
|
|
5 |
1,0 |
|
|
|
|
5 Зная значение активного сопротивления катушки, равное Rк = 0,4 Ом, сопротивление вольтметра RV = 15 кОм и сопротивление ваттметра RW = 25 кОм, вычислите потери в стали:
P = P - I 2 |
× R + |
U 2 |
+ |
U 2 |
. |
|
|
||||
ñò |
|
RV |
|
RW ×T |
|
|
|
|
6 Определите удельные потери в стали (Руд, Вт/кг), то есть потери на 1 кг стали:
Póä = PGñò ,
где G = 10 кг - вес сердечника. 7 Заполните таблицу 19.2.
Т а б л и ц а 19.2 – Результаты вычислений
Номер |
|
|
Вычисление |
|
||
измерения |
Bm, Тл |
I2·R, Вт |
U2/RV, Вт |
U2/RW, Вт |
Pст, Вт |
Pуд, Вт |
1 |
0,2 |
|
|
|
|
|
2 |
0,4 |
|
|
|
|
|
3 |
0,6 |
|
|
|
|
|
4 |
0,8 |
|
|
|
|
|
5 |
1,0 |
|
|
|
|
|
7 По данным опытов постройте вольт-амперную характеристику I = ¦(U) и график зависимости Рст = ¦(Вm).
Контрольные вопросы и задания
1 В каких устройствах возникают магнитные потери?
2 Какими способами уменьшают потери на вихревые токи?
3 От каких факторов зависят потери на гистерезис?
4 Какие еще потери существуют у реальной катушки индуктивности?
Содержание отчета
1Название, цель работы, оборудование.
2Схемы цепей.
3Таблицы с результатами измерений и вычислений, графики, ответы на контрольные вопросы.
4Выводы.
Литература [4–8]
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 20
Исследование переходных процессов зарядки и разрядки конденсаторов
Цель работы: исследовать процессы, происходящие в неразветвленной цепи, содержащей сопротивление и емкость, при включении на постоянное напряжение, а также при разрядке конденсатора на резистор; построить графики изменения тока и напряжения от времени; определить постоянную времени.
Оборудование: источник постоянного напряжения, вольтметр, миллиамперметр, секундомер, сопротивление R = 1 МОм, конденсатор С = 20 мкФ.
Краткие теоретические сведения
Переходные процессы возникают вследствие изменения ЭДС в цепи, напряжения, приложенного к цепи, или в связи с изменением ее параметров: сопротивления, индуктивности или емкости. Непосредственными причинами появления переходных процессов могут быть: коммутационные изменения режимов, то есть включение и выключение источников питания, приемников энергии; короткие замыкания на участках электрических цепей; изменения механической нагрузки электродвигателей и т. д.
Продолжительность переходных процессов в электрических цепях (переходный период) чаще всего составляет десятые и сотые доли секунды. Однако знание характера их очень важно, так как и за малое время возможны резкие увеличения токов и напряжений, которые могут оказаться опасными для электрических установок.
При включении конденсатора на постоянное напряжение в цепи возникает электрический ток смещения, пластины конденсатора начинают заряжаться. В первый момент ток от нулевого
52 |
53 |
значения скачком возрастает, а затем начинает уменьшаться по экспоненциальному закону:
i = |
U |
|
, |
|
R ×e− |
t |
|||
|
τ |
|
|
где i – ток смещения, мкА; U – постоянное напряжение, В; R – сопротивление, Ом; t – время, с; τ – постоянная времени, характеризующая скорость переходного процесса, определяется произведением активного сопротивления R и емкости С конденса-
тора (τ = R·C).
Напряжение на резисторе (uR, В) изменяется аналогично изменению тока:
1
uR =U ×eτ .
Напряжение на конденсаторе (uC, В) изменяется по возрастающей экспоненте:
−t
uC = U (1 − e τ ) = Uïð + Uñâ ,
где Uпр – принужденная составляющая напряжения, В; Uсв – свободная составляющая напряжения, В.
При разрядке конденсатора на резистор напряжения uC, uR и ток i уменьшаются асимптотически, приближаясь к нулю:
|
U |
; uÑ =U × e− |
t |
||
i = |
τ |
. |
|||
R ×e |
|||||
|
|
|
|
Порядок выполнения работы
1 Ознакомьтесь с приборами и оборудованием.
2Соберите схему (рисунок 20.1).
3Включите переключатель в положение «1» и через равные промежутки времени (5 секунд) записывайте в таблицу 20.1 показания микроамперметра до практического окончания переходного процесса (6–7 измерений).
4Переведите переключатель в положение «2» и через 5 секунд произведите 6–7 измерений при разрядке конденсатора. Данные измерений запишите в таблицу 20.2.
5Рассчитайте напряжения на резисторе и конденсаторе, постоянную времени при заряде конденсатора:
uR = i ·R; uC = U – uR.
Рисунок 20.1 – Схема зарядки и разрядки конденсатора
Т а б л и ц а 20.1 – Результаты измерений и вычислений
Номер |
|
Заряд, положение переключателя «1» |
|
|||||
|
Измерение |
|
|
Вычисление |
|
|||
измерения |
|
|
|
|
||||
U, B |
t, с |
i, мкА |
UR, B |
|
UC, B |
|
τ, с |
|
|
|
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 20.2 – Результаты измерений и вычислений
Номер |
|
Разряд, положение переключателя «2» |
|
|||
Измерение |
|
Вычисление |
|
|||
измерения |
|
|
||||
t, с |
i, мкА |
UR, B |
UC, B |
τ, с |
||
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
6 Произведите расчеты для разряда конденсатора: |
|
|||||
|
|
uR = i·R; uС = uR. |
|
|
||
7 По полученным данным постройте графики зависимости |
||||||
uC = ¦(t) и i = ¦(t) для заряда и разряда конденсатора. |
|
|||||
8 Графически определите постоянную времени τ. |
|
Контрольные вопросы и задания
1Что называется переходным процессом?
2Почему конденсатор не может зарядиться и разрядиться мгновенно?
3Сформулируйте второй закон коммутации.
4Как определить постоянную времени τ?
54 |
55 |
5 Через время t = τ после включения конденсатора емкостью |
Рекомендуемая литература |
100 мкФ под напряжение 200 В ток в цепи составил i = 37 мА. |
Нормативные документы |
Определите τ. |
|
|
1 ГОСТ 2.105–95 ЕСКД. Общие требования к текстовым до- |
Содержание отчета |
кументам. – Введ. 1977–01–01 ; Изм. № 1/ИУ ТНПА № 11. – М. : |
1 Название, цель работы, оборудование. |
Стандартинформ, 2006. |
2 Схемы цепей. |
2 ГОСТ 2.710–81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифро- |
3 Таблицы с результатами измерений и вычислений, графи- |
вые в электрических схемах. – Взамен ГОСТ 2.710–75 ; введ. |
ки, ответы на контрольные вопросы. |
1981–07–01. – М. : Изд-во стандартов, 2000. |
4 Выводы. |
3 ГОСТ 2.747–68 ЕСКД. Обозначения условные графиче- |
Литература [4–8] |
ские в схемах. Размеры условных графических обозначений. – |
|
Введ. 1971–01–01. – М. : Госстандарт СССР : Изд-во стандартов, |
|
1975. |
|
Основная |
|
4 Евдокимов, Ф. Е. Теоретические основы электротехники / |
|
Ф. Е. Евдокимов. – 9-е изд., стер. – М. : Академия, 2004. |
|
5 Зайчик, М. Ю. Сборник задач и упражнений по теоретиче- |
|
ской электротехнике : учеб. пособие / М. Ю. Зайчик. – 6-е изд., |
|
перераб. и доп. – М. : Энергоатомиздат, 1988. |
|
6 Лоторейчук, Е. А. Теоретические основы электротехники : |
|
учебник / Е. А. Лоторейчук. – М. : Форум, 2008. |
|
7 Попов, В. С. Теоретическая электротехника : учебник / |
|
В. С. Попов. − 2-е изд., перераб. – М. : Высш. шк., 1990. |
|
8 Усс, Л. В. Лабораторный практикум по общей электротех- |
|
нике с основами электроники / Л. В. Усс. – Минск : Выш. шк., |
|
1993. |
56 |
57 |
Оглавление |
|
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
3 |
1 Требования техники безопасности и пожарной |
|
безопасности в лаборатории электротехники . . . . . . . |
3 |
2 Указания по составлению отчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
Лабораторная работа 1 |
|
Изучение оборудования лаборатории, методов подбора |
|
аппаратуры и измерительных приборов для сборки схем |
7 |
Лабораторная работа 2 |
|
Исследование режимов работы электрической цепи и ее |
|
элементов (неразветвленной электрической цепи с пере- |
|
менным сопротивлением приемника энергии) . . . . . . . . . . |
9 |
Лабораторная работа 3
Исследование электрических цепей при последовательном и параллельном соединении сопротивлений . . . . . . . . . . . . 12
Лабораторная работа 4
Исследование обобщенной цепи «источник–четырехполюсник–приемник» (на примере модели линии электропередачи) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Лабораторная работа 5
Изучение законов Кирхгофа в применении к многоконтурной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Лабораторная работа 6
Измерение потенциалов точек в неразветвленной электрической цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Лабораторная работа 7
Снятие вольт-амперных характеристик нелинейных элементов и проверка опытом расчета нелинейных цепей 22
Лабораторная работа 8
Исследование электростатических цепей при последовательном и параллельном
соединении конденсаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Лабораторная работа 9
Исследование магнитной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Лабораторная работа 10
Измерение параметров катушек индуктивности . . . . . . . . . 30
Лабораторная работа 11
Изучение цепи переменного тока с активным сопротивлением и емкостью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Лабораторная работа 12
Изучение цепи переменного тока с активным сопротивлением и индуктивностью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Лабораторная работа 13
Исследование цепи переменного тока при последовательном соединении
катушки индуктивности и конденсатора . . . . . . . . . . . . . . . 36
Лабораторная работа 14
Исследование цепи переменного тока при параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора . . . . 38
Лабораторная работа 15
Резонанс напряжений в электрических цепях . . . . . . . . . . . 41
Лабораторная работа 16
Исследование электрических цепей с взаимной индуктивностью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Лабораторная работа 17
Исследование трехфазной цепи при соединении приемника звездой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Лабораторная работа 18
Исследование трехфазной цепи при соединении приемника треугольником . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Лабораторная работа 19
Измерение мощности потерь энергии в ферромагнитном сердечнике катушки . . . . . . . . . . . . . . . 50
Лабораторная работа 20
Исследование переходных процессов зарядки и разрядки конденсаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
58 |
59 |