Лабораторная работа № 1 Исследование неразветвленных цепей переменного тока

Цель работы: Расчет параметров цепей переменного тока; экспериментальное исследование распределения напряжений в электрических цепях переменного тока при последовательном соединении R, C, и L элементов; построение векторных диаграмм.

Список литературы.

1. Матуско В.Н. Общая электротехника. Новосибирск, СГГА, 2003, -119 с.

2. Касаткин А.С. Электротехника. М.: Энергия, 1974, 578 с.

Краткие сведения для подготовки к лабораторной работе.

Переменный ток нашел большее применение, чем постоянный ток. Переменный ток легче транспортировать на большие расстояния: величины переменного напряжения и тока можно легко изменять в любых пределах с помощью трансформатора.

Физические процессы, происходящие в электрических цепях переменного тока сложнее, чем в цепях постоянного тока из-за наличия переменных электрических и магнитных полей. В цепях переменного ток возникают эффекты, отсутствующие в цепях постоянного тока.

Переменным называют электрический ток, изменяющийся по величине и по направлению. Значение переменного тока в данный момент времени называется мгновенным.

Переменный ток, изменяющийся мгновенно, скачкообразно, подчиняется прямоугольному закону изменения. Переменный ток, изменяющийся плавно, постепенно, подчиняется синусоидальному закону. Синусоидальный ток подвергается наименьшим искажениям в электрических цепях, поэтому этот ток наиболее часто используется.

Мгновенное значение синусоидального тока определяется по формулам

, (1.1)

где – амплитудное или максимальное значение тока,

– угловая частота,

– частота, ,

Т – период переменного тока,

– начальная фаза.

Амперметры и вольтметры электромагнитной системы измеряют действующие значения переменного тока и напряжения. Действующие или среднеквадратичные значения переменного тока и напряжения меньше максимального в раз.

.

Активная нагрузка в цепи синусоидального тока.

Сопротивление участка цепи постоянного тока называется омическим сопротивлением. Сопротивление того же участка переменному тока называется активным сопротивлением. Активное сопротивление больше омического из-за явления поверхностного эффекта. Поверхностный эффект заключается в том, что линии тока вытесняются из центральных областей сечения проводника к периферической области. Ток протекает не по всему сечению проводника, встречает большее сопротивление.

Напряжение на активном сопротивлении и ток, протекающий через него, совпадают по фазе, имеют одинаковые начальные фазы.

Индуктивная нагрузка в цепи синусоидального тока.

Переменный ток создает в индуктивности переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле наводит в индуктивности ЭДС самоиндукции

ЭДС самоиндукции оказывает сопротивление, препятствие протеканию переменного тока из-за чего ток в цепи отстает по фазе от напряжения на некоторый угол .

Реакцию электрической цепи на переменное магнитное поле характеризует индуктивное сопротивление.

. (1.2)

Индуктивное сопротивление в цепи постоянного тока равна нулю. На рис. 1.1 изображена векторная диаграмма RL-цепи, состоящая из последовательно соединенных индуктивности L и активного сопротивления R. Вектор тока совпадает с вещественной осью. Вектор напряжения на входе схемы опережает вектор тока на угол .

Рис. 1.1. Векторная диаграмма цепи из последовательно соединенных индуктивности и активного сопротивления.

. (1.3)