ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Группа

Студент

Частотные характеристики элементов электрических цепей

Цель работы – исследование свойств основных элементов электрических цепей и определение их параметров по опытным данным.

Программа работы

1. Исследование основных элементов электрических цепей: резистора, катушки индуктивности и конденсатора на различных частотах.

2. Определение параметров основных элементов цепи по показаниям электроизмерительных приборов и выявление характера их зависимости от частоты.

3. Определение сдвига фаз напряжения и тока в различных элементах электрических цепей.

Основные сведения

Резистором (сопротивлением) называется идеализированный элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую. Магнитные и электрические поля вокруг резистора отсутствуют.

Напряжение и ток в сопротивлении связаны законом Ома.

В цепи постоянного тока

В цепи переменного тока ,

где I_m - амплитуда тока; - действующее значение тока,

_i - начальная фаза тока, _u - начальная фаза напряжения,  = 2f

Ток в резисторе совпадает по фазе с напряжением

; ;

 - угол сдвига фаз между напряжением и током.

В ременная и векторная диаграммы напряжения и тока в резисторе представлены на рисунке

Активная, реактивная и полная мощности резистора равны

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.

R = const

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.

Связь между напряжением и током в катушке индуктивности определяется законом электромагнитной индукции

Индуктивностью L называется элемент электрической цепи, в которой накапливается энергия магнитного поля.

Количественно индуктивность L определяется как отношение потокосцепления самоиндукции к току в данном элементе .

Потокосцеплением самоиндукции  цепи называется сумма произведений магнитных потоков, обусловленных только током в этой цепи, на число витков, с которыми они сцеплены.

Если все витки пронизываются одним и тем же магнитным потоком, то потокосцепление равно произведению магнитного потока на число витков.

В системе СИ потокосцепление измеряется в веберах (Вб), индуктивность в генри (Гн).

Зависимость потокосцепления от тока может быть постоянной (линейная зависимость) или нелинейной.

В цепях с изменяющимся током i всякое изменение тока, вызывающее изменение его собственного потокосцепления _L , сопровождается наведением э.д.с. e_L в этом элементе.

Явление наведения э.д.с. в элементах цепи при изменении их собственного потокосцепления называют самоиндукцией.

П о закону электромагнитной индукции э.д.с. самоиндукции определяется скоростью изменения собственного потокосцепления.

, , .

При исследовании цепей с э.д.с. самоиндукции условились положительное направление э.д.с. самоиндукции брать совпадающим с положительным направлением тока, который наводит эту э.д.с.

При нарастании тока > 0, U_L > 0 , направления тока и напряжения совпадают, в индуктивности запасается энергия магнитного поля. При убывании тока < 0, U_L < 0 , направления тока и напряжения не совпадают, энергия магнитного поля в индуктивности убывает, возвращается обратно в источник.

Если ток протекающий через индуктивность L меняется по закону синуса , то

- индуктивное сопротивление цепи переменного тока.

Индуктивное сопротивление линейно зависит от частоты

X_L = L