- •Содержание
- •1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники» 10
- •2. Параметры синусоидального напряжения (тока) 32
- •3. Активная мощность цепи синусоидального тока 36
- •4. Цепи синусоидального тока с конденсаторами 39
- •5. Цепи синусоидального с катушками индуктивности 51
- •6. Цепи синусоидального тока с резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности 62
- •7. Трансформаторы 92
- •8. Трехфазные цепи синусоидального тока 105
- •9. Расчёт и экспериментальное исследование цепи при несинусоидальном приложенном напряжении 125
- •10. Переходные процессы в линейных электрических цепях 130
- •Введение
- •1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники»
- •1.1. Общие сведения
- •1.1.1. Компоновка оборудования
- •1.1.2. Блок генераторов напряжений
- •1.1.3. Наборная панель
- •1.1.4. Набор миниблоков по теории электрических цепей и основам электроники
- •1.1.5. Набор трансформаторов
- •1.1.6. Блок мультиметров
- •1.1.7. Ваттметр
- •1.1.8. Набор миниблоков по теории электромагнитного поля
- •1.1.9. Набор планшетов для моделирования электрических и магнитных полей
- •1.1.10. Набор устройств для моделирования поверхностного эффекта и эффекта близости
- •1.1.11. Коннектор
- •1.1.12. Порядок работы с виртуальными амперметрами и вольтметрами
- •1.1.13. Измерение сопротивлений, мощностей и углов сдвига фаз с помощью виртуальных приборов
- •1.1.14. Виртуальный осциллограф
- •1 .1.15. Виртуальный псевдоаналоговый прибор
- •1.1.16. Виртуальный прибор «Ключ»
- •1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •2. Параметры синусоидального напряжения (тока)
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •3. Активная мощность цепи синусоидального тока
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •4. Цепи синусоидального тока с конденсаторами
- •4.1. Напряжение и ток конденсатора
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •4.2. Реактивное сопротивление конденсатора
- •4.2.1. Общие сведения
- •4.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок проведения эксперимента
- •4.3. Последовательное соединение конденсаторов
- •4.3.1. Общие сведения
- •4.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •4.4. Параллельное соединение конденсаторов
- •4.4.1. Общие сведения
- •4.4.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •4.5. Реактивная мощность конденсатора
- •4.5.1. Общие сведения
- •4.5.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •5.2. Реактивное сопротивление катушки индуктивности
- •5.2.1. Общие сведения
- •5.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Вопрос 1: Как зависит индуктивное сопротивление от частоты?
- •Вопрос 2: Чем объясняется различие значений xl, вычисленных по формулам Um Im и l?
- •5.3. Последовательное соединение катушек индуктивности
- •5.3.1. Общие сведения
- •5.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •5.4. Параллельное соединение катушек индуктивности
- •5.4.1. Общие сведения
- •5.4.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •5.5. Реактивная мощность катушки индуктивности
- •5.5.1. Общие сведения
- •5.5.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •6. Цепи синусоидального тока с резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности
- •6.1. Последовательное соединение резистора и конденсатора
- •6.1.1. Общие сведения
- •6.1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •6.2. Параллельное соединение резистора и конденсатора
- •6.2.1. Общие сведения
- •6.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •6.3. Последовательное соединение резистора и катушки индуктивности
- •6.3.1. Общие сведения
- •6.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •6.4. Параллельное соединение резистора и катушки индуктивности
- •6.4.1. Общие сведения
- •6.4.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •6.5. Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений
- •6.5.1. Общие сведения
- •6.5.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •6.6. Параллельное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе токов
- •6.6.1. Общие сведения
- •6.6.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •6.7. Частотные характеристики последовательного резонансного контура
- •6.7.1. Общие сведения
- •6.7.2 Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •6.8. Частотные характеристики параллельного резонансного контура
- •6.8.1. Общие сведения
- •6.8.2 Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •6.9. Мощности в цепи синусоидального тока
- •6.9.1. Общие сведения
- •6.9.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •7. Трансформаторы Введение
- •7.1. Коэффициент магнитной связи
- •7.1.1. Общие сведения
- •7.1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •7.2. Коэффициент трансформации
- •7.2.1. Общие сведения
- •7.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •7.3. Преобразование сопротивлений с помощью трансформатора
- •7.3.1. Общие сведения
- •7.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •7.4. Определение параметров схемы замещения и построение векторной диаграммы трансформатора
- •7.4.1. Общие сведения
- •7.4.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •7.5. Внешняя характеристика и коэффициент полезного действия (кпд) трансформатора
- •7.5.1. Общие сведения
- •7.5.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •8. Трехфазные цепи синусоидального тока
- •8.1. Напряжения в трехфазной цепи
- •8.1.1. Общие сведения
- •8.1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •8.2. Трехфазная нагрузка, соединенная по схеме «звезда»
- •8.2.1. Общие сведения
- •8.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •8.3. Трехфазные нагрузки, соединенные по схеме «треугольник»
- •8.3.1. Общие сведения
- •8.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •8.4. Аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в звезду
- •8.4.1. Общие сведения
- •Обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке
- •Обрыв фазы при симметричной нагрузке в схеме с нулевым проводом
- •Обрыв фазы при симметричной нагрузке в схеме без нулевого провода
- •Короткие замыкания
- •8.4.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •Векторные диаграммы
- •8.5 Аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник
- •8.5.1. Общие сведения
- •8.5.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •Векторные диаграммы
- •Обрыв фазы ав нагрузки
- •2. Обрыв линейного провода а
- •3. Обрыв фазы ав и линии с 4. Обрыв фазы ав и линии а
- •9. Расчёт и экспериментальное исследование цепи при несинусоидальном приложенном напряжении (для компьютерного варианта стенда)
- •9.1. Общие сведения
- •9.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •10.1.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •- Ключ замыкается
- •- Ключ размыкается
- •10.2. Процессы включения и отключения цепи с катушкой индуктивности
- •10.2.1 Общие сведения
- •10.2.2. Экспериментальная часть Задание
- •Экспериментальная часть
- •10.3. Затухающие синусоидальные колебания в r-l-c контуре
- •10.3.1. Общие сведения
- •10.3.2. Экспериментальная часть Задание
- •Порядок выполнения работы
- •Литература
2. Параметры синусоидального напряжения (тока)
2.1. Общие сведения
Переменный ток, в противоположность постоянному току, периодически меняет свое направление. Кривая (функция) переменного тока или напряжения, соответственно, может иметь различную форму. На рис. 2.1 показаны
Рис. 2.1
некоторые из типичных для электротехники и электроники функций. Кроме того, различают однофазные и многофазные переменные напряжения и токи. Например, электроснабжение массовых потребителей осуществляется, как правило, посредством трехфазного тока.
Последующие эксперименты ограничены синусоидальными напряжениями, которые наиболее часто встречаются в электротехнике и электронике.
Эксперименты затрагивают такие параметры как частота, амплитуда, среднеквадратическое (действующее) значение, фазовый сдвиг (угол) и мощность.
Опыты с трехфазными токами проводятся отдельно (разд. 7).
На рис. 2.2 показаны напряжение и ток, как синусоидальные функции времени.
Рис. 2.2
В течение одного периода T напряжение последовательно оказывается равным нулю, положительному максимуму (амплитудное значение) Um, затем нулю, отрицательному максимуму и снова нулю.
Аналогично выглядит график изменения тока, но в общем случае он может быть сдвинут во времени относительно напряжения (отставать от напряжения или опережать его).
Мгновенные значения синусоидальных напряжения u и тока i выражаются так:
u = Um sin (t+u) , i = Im sin (t+i) ,
где u и i – начальные фазы напряжения и тока.
Разность фаз напряжения и тока (фазовый сдвиг):
= u - i.
Другие параметры синусоидальных величин и формулы для их вычисления приведены ниже.
Частота f в Герцах (Гц) выражается как число периодов в секунду
f = 1 T.
Угловая частота в рад с равна
= 2 f .
Действующие значения синусоидальных тока и напряжения равны
I = Im / 2, U = Um / 2 .
2.2. Экспериментальная часть Задание
Выведите на экран виртуального осциллографа синусоидальные токи и напряжение на резисторе и определите следующие величины :
амплитудное значение напряжения Um,
амплитудное значение тока Im,
действующее значение напряжения U,
действующее значение тока I,
период T,
частота f,
угловую частоту ,
фазовый сдвиг ,
мгновенное значение напряжения u в момент времени t = T / 3.
Порядок выполнения эксперимента
-
Соберите цепь согласно схеме (рис. 2.3), подключите регулируемый источник синусоидального напряжения (U = 3…7 В, f = 0,2…1 кГц). В качестве измерительных приборов включите в схему каналы коннектора.
Рис. 2.3
-
Включите виртуальные приборы V0, A1 и осциллограф.
-
«Подключите» два входа осциллографа к приборам V0 и A1, а остальные отключите.
-
Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного - двух периодов напряжения и тока.
-
Определите по осциллографу все указанные ниже величины.
Амплитудное значение напряжения
Um =
Амплитудное значение тока
Im = Um R =
Действующее значение напряжения
U = Um 2 =
Действующее значение тока
I = Im 2=
Период
T =
Частота
f = 1 T =
Угловая частота
= 2 f =
Фазовый сдвиг
=
Мгновенное значение напряжения u в момент времени t = T / 3
u = Um sin t =
Примечание: t –угол, измеряемый в радианах.
-
Запишите результаты измерений и вычислений в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Средства измерения |
Um, В |
Im, мА |
U, В |
I, мА |
T, мС |
f, В |
, рад/с |
, град |
u(Т/З) В |
Осциллограф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Виртуальный прибор |
|
|
|
|
|
|
- |
|
- |
-
Измерьте Um, Im, U, I с помощью виртуальных приборов, занесите результаты в табл. 2.1 и сравните с результатами измерения осциллографом.
-
Включите блок «Приборы II», сделайте необходимые «подключения», измерьте T, f, . Запишите полученные значения в табл. 2.1 и сравните с результатами, полученными с помощью осциллографа.