29

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Кафедра общей электротехники

Линейные цепи синусоидального тока

Методические указания к лабораторным работам по курсу

«Теоретические основы электротехники» для студентов

специальности 100400 (140104) «Электроснабжение»

Составители В. Н. Матвеев

Т. М. Черникова

Рассмотрены и утверждены

на заседании кафедры

Протокол №6 от 23.03.2006

Рекомендованы к печати

учебно-методической комиссией

по специальности 100400

Протокол № 23 от 19.05.2006

Электронная копия находится

в библиотеке главного корпуса

ГУ КузГТУ

Кемерово 2006

Содержание

Приборы и измерения в цепях синусоидального тока . . . . . . . . . . .2

Лабораторная работа № 1. Исследование последовательной

цепи переменного тока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Лабораторная работа № 2. Исследование параллельной

цепи переменного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

Лабораторная работа № 3. Исследование резонансных

явлений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Лабораторная работа № 4. Исследование цепи, содержащей

индуктивно связанные катушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Лабораторная работа № 5. Исследование воздушного

трансформатора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Список рекомендуемой литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Приборы и измерения в цепях синусоидального тока

Лабораторные работы по линейным электрическим цепям синусоидального тока выполняются на универсальном стенде № 1 [1].

Действующие значения синусоидальных токов и напряжений измеряют цифровыми приборами, а также аналоговыми приборами электромагнитной и электродинамической систем. Для измерения активной мощности используются ваттметры электродинамической системы.

Приборы для измерения однофазных токов и напряжений имеют на лицевой стороне условный знак – волнистую линию (~).

У ваттметра имеются две обмотки и четыре зажима. Два из них, отмеченные звездочками, называются генераторными. При измерении активной мощности эти зажимы включаются в один узел. Второй зажим токовой обмотки подключается последовательно, а обмотки напряжения – параллельно измеряемому участку электрической цепи.

Цена деления ваттметра определяется по формуле

, Вт/дел.,

где U_H – номинальное напряжение прибора, В; I_H – номинальный ток, А; N – число делений шкалы.

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ

ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: экспериментальная проверка основных теоретических соотношений между током, напряжениями и мощностями на участках цепи, сдвига фаз между приложенным напряжением и током при изменении одного из сопротивлений элементов цепи.

Основные теоретические положения

Элементами цепи переменного тока являются: активные сопротивления, катушки индуктивности и конденсаторы.

В катушке индуктивности, в свою очередь, выделяются индуктивное сопротивление и собственное активное сопротивление , обусловленное сопротивлением проводов обмотки.

Полное сопротивление катушки определяется по треугольнику сопротивлений индуктивного элемента, приведенному на рис. 1.1:

. (1.1)

Полное сопротивление последовательной цепи, состоящей из резистора R и катушки, можно определить по закону Ома:

. (1.2)

Напряжение на резисторе U_R совпадает по фазе с током I, а напряжение на катушке U_к опережает ток на угол φ_к. Действующие значения этих напряжений равны:

, (1.3)

. (1.4)

Приложенное к цепи напряжение источника опережает ток на угол φ:

. (1.5)

Активная мощность катушки P_к и активная мощность цепи P равны:

, (1.6)

. (1.7)

При изменении сопротивления резистора от 0 до ∞ активная мощность достигает максимума при :

. (1.8)

Реактивная мощность индуктивной катушки равна

. (1.9)

При изменении X_L от 0 до ∞ реактивная мощность максимальна при :

. (1.10)

Полная мощность цепи определяется по формуле:

. (1.11)

Полное сопротивление цепи, состоящей из последовательно соединенных резистора R и конденсатора с емкостным сопротивлением , можно найти по треугольнику сопротивлений, изображенному на рис. 1.2:

. (1.12)

Рис. 1.1 Рис. 1.2

Напряжение на конденсаторе U_C отстает по фазе от тока в цепи на угол 90°, т. е. .

Действующее значение напряжения U_C равно

. (1.13)

Активная и полная мощности цепи определяются по формулам:

; (1.14)

. (1.15)

Реактивная мощность конденсатора

. (1.16)