- •Введение
- •Основных электрических величин
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Соединения элементов на постоянном токе
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Повышение коэффициента мощности
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Законы коммутации
- •Следствие: в первый момент после коммутации ток в катушке индуктивности скачком измениться не может
- •Следствие: в первый момент после коммутации напряжение на ёмкости скачком измениться не может
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Однополупериодный выпрямитель
- •Двухполупериодный выпрямитель
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Оптоэлектронные приборы
- •Фотодиоды
- •Оптроны
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Программа работы
- •Общие положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемый библиографический список
- •Дополнительная
- •Содержание
Контрольные вопросы
1. Какими приборами измеряются ток, напряжение, мощность?
2. При каком соединении элементов суммируются сопротивления?
3. Изменяется ли величина тока в элементах при их последовательном соединении?
4. При каком соединении элементов суммируются проводимости?
5. Отличается ли величина напряжения на элементах при их параллельном соединении?
Работа № 3. Частотные характеристики пассивных элементов
Цель работы – исследование свойств основных элементов электрических цепей и определение их параметров по опытным данным на переменном токе.
Программа работы
Исследование основных элементов электрических цепей: резистора, катушки индуктивности и конденсатора.
Определение параметров основных элементов цепи по показаниям электроизмерительных приборов и выявление характера зависимости этих показаний от частоты.
Определение сдвига фаз напряжения и тока в различных элементах электрических цепей.
Общие положения
Резистором (сопротивлением) называется идеализированный элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую. Магнитные и электрические поля вокруг резистора отсутствуют.
В цепи переменного тока:
, = 2f
где Im - амплитуда тока; - действующее значение тока;
i - начальная фаза тока; u - начальная фаза напряжения.
Ток в сопротивлении совпадает по фазе с напряжением
; ,
где - угол сдвига фаз между напряжением и током.
Временная и векторная диаграммы напряжения и тока в резисторе представлены на рис.8.
Активная, реактивная и полная мощности сопротивления:
P = U I cos = U I ( = 0, cos = 1 )
Q = U I sin = 0 ( = 0, sin = 0 )
S = U I = P; P = U I = I2 R = U2 g ; R = .
Идеальное активное сопротивление от частоты не зависит (рис.9).
R = const
R
f
Рис.9. Частотная характеристика резистора
Индуктивная катушка
Индуктивным элементом электрической цепи называют такой идеализированный элемент, в котором происходит только процесс накопления энергии в магнитном поле. Электрическое поле вокруг такого элемента отсутствует, а протекание тока не сопровождается выделением тепла.
Индуктивностью L называется элемент электрической цепи, в котором накапливается энергия магнитного поля. Количественно индуктивность определяется отношением потокосцепления самоиндукции к току в данном элементе . В цепях с изменяющимся током i всякое изменение тока, вызывающее изменение его собственного потокосцепления L, сопровождается наведением ЭДС eL в этом элементе.
Явление наведения ЭДС в элементах цепи при изменении их собственного потокосцепления называют самоиндукцией.
ЭДС самоиндукции определяется скоростью изменения собственного потокосцепления: ; ; .
Связь между напряжением и током в катушке индуктивности определяется по закону электромагнитной индукции:
.
В цепи постоянного тока UL = 0 при любой величине тока.
При нарастании тока > 0, направления тока и напряжения совпадают: UL > 0, в индуктивности запасается энергия магнитного поля. При убывании тока < 0, UL < 0 направления тока и напряжения не совпадают, энергия магнитного поля в индуктивности убывает, возвращается обратно в источник.
В цепи переменного синусоидального тока напряжение на индуктивности:
,
где , а - модуль индуктивного сопротивления цепи переменного тока (в омах).
И ндуктивное сопротивление линейно зависит от частоты (рис.10).
В идеальной индуктивности ток отстает от напряжения на 90°.
Временная и векторная диаграммы напряжения и тока в идеальной катушке индуктивности представлены на рис.11.
Um
t
i(t)
Im
U(t)
2
А
Рис.11. Диаграммы
напряжения и тока в идеальной индуктивности
Q = U I sin = U I = I2 XL = U2 bL,
S = U I = Q.
В реальных катушках индуктивности часть электрической энергии преобразуется в тепловую энергию, т.е. катушка обладает не только индуктивностью L, но и активным сопротивлением Rk.
Эквивалентная схема замещения реальной катушки индуктивности представлена на рис.12.
,
Um = Im Zk; Zk = ; XL= L; = 2f; .
В реальной индуктивности к < 90°.
Ёмкость С - элемент электрической цепи (конденсатор), в котором накапливается энергия электрического поля. Количественно ёмкость определяется выражением .
, , .
Если при возрастании напряжения ток > 0, то ток и напряжение совпадают по направлению, энергия электрического поля в конденсаторе возрастает. При убывании напряжения ток также уменьшается, энергия возвращается обратно к источнику.
Если напряжение на ёмкости меняется по закону синуса , то
,
г де - модуль ёмкостного сопротивления.
Ёмкостное сопротивление зависит от частоты по гиперболическому закону (рис.13).
В идеальной ёмкости ток опережает напряжение на 90°.
Временная и векторная диаграммы напряжения и тока в ёмкости представлены на рис.14.
Активная, реактивная и полная мощности идеального конденсатора составляют соответственно P = U·I cos = 0;
Q = U I sin = U I = I2 XС = U2 bС; S = U I = Q.
Р еальные конденсаторы характеризуются не только ёмкостью С, но и активным сопротивлением RС или проводимостью gC, учитывающими потери энергии в диэлектрике. Э квивалентная схема замещения реального конденсатора представлена на рис.15.
; ;
Im = Um YC YC = ;
XC = ; .