 |
Лабораторный практикум
|
|
|
|
Федеральное агентство по образованию
Алтайский государственный университет
Кафедра прикладной физики, электроники и
Комплексного обеспечения информационной безопасности
С.И. Матвеев, В.В. Поляков, Д.Д. Рудер
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Лабораторный практикум
Барнаул 2005
Составители: Матвеев С.И., Поляков В.В., д.ф.м.-.н., проф., Рудер Д.Д., к.ф.-м.н., доц.
Рецензент: к.ф.-м.н., доц., Головин А.В.
Электротехника: лабораторный практикум/ Учебное пособие/ Алт. ун-т; Сост.: Матвеев С.И., Головин А.В., Поляков В.В., Рудер Д.Д., 2005, с.
В учебном пособии представлены руководства по выполнению лабораторных работ по курсу «Электротехника». Содержатся основные теоретические сведения, программы работ и указания по их выполнению, контрольные вопросы для самопроверки.
Предназначено для студентов специальностей «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», «Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем», «Радиофизика и электроника», «Безопасность жизнедеятельности».
Ил.: 7. Библиогр. 3.
План УМД 2005 г., п.
Алтайский госуниверситет, 2005.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Цель работы:
1. Познакомиться с устройством, принципом действия, электроизмерительных приборов.
2. Научиться читать шкалы приборов.
3. Изучить способы включения в цепь основных электроизмерительных приборов (амперметра, вольтметра, ваттметра).
ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Основные термины.
Электроизмерительный прибор (ЭИП) - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, допустимой для непосредственного восприятия наблюдателем.
|
|
|
Исправность ЭИП – состояние ЭИП в данный момент времени, при котором он соответствует всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций, так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих удобство эксплуатации, внешний вид и т. п.
Надежность ЭИП – свойство ЭИП выполнять заданные функции, сохраняя эксплутационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.
Погрешность ЭИП – разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины.
Указатель – часть отсчетного устройства, положение которой по отношению к отметкам шкалы определяет показания ЭИП.
Электрическая цепь – совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении.
Класс точности ЭИП – обобщенная характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами ЭИП, влияющими на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды ЭИП.
Классификация средств измерений электрических величин.
Измерительные приборы можно разделить:
по способу представления результатов измерения – на аналоговые и цифровые, показывающие и регистрирующие;
по методу измерений – на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения (компарирующие);
по способу защиты прибора от внешних воздействий – на обыкновенные, с повышенной прочностью, тепло-, холодо- и влагоустойчивые, тепло-, холодо- и влагопрочные, брызго-, газо- и пылезащитные, герметичные, взрывобезопасные, тряско-, вибро- и ударопрочные, вибро-, ветро- и тряскоустойчивые;
|
|
|
по характеру шкалы и положению на ней нулевой точки – на приборы с равномерной и неравномерной, с односторонней, двухсторонней (симметричной и несимметричной), с безнулевой шкалами;
по роду тока – на приборы постоянного, переменного и постоянно-переменного тока.
По виду используемой энергии (физическому явлению), положенному в основу работы прибора, приборы можно разделить на следующие укрупненные классификационные группы: электромеханические, электротепловые, электрокинетические и электрохимические.
Принцип действия электромеханических приборов основан на взаимодействии электрических токов, магнитных потоков, заряженных проводников, сердечников и их комбинаций.
И, наконец, в повседневной практике мы используем классификацию приборов по роду измеряемой величины: вольтметры, амперметры, веберметры, частотометры, ваттметры и т. д.
Основные условные обозначения на шкалах ЭИП.
Таблица 1
| Наименование системы, объекта обозначения | Условное обозначение |
| Вольтметр | V |
| Амперметр | A |
| Ваттметр | W |
| Электромагнитный прибор | 
|
| Магнитоэлектрический прибор | 
|
| Электродинамический прибор | 
|
| Ферродинамический прибор | 
|
| Переменный ток | 
|
| Постоянный ток | 
|
| Постоянный и переменный ток | 
|
| Трехфазный ток | 
|
| Трехфазный ток для неравномерной нагрузки | 
|
| Вертикальное положение шкалы | 
|
| Горизонтальное положение шкалы | 
|
| Наклонное положение шкалы, например 60° | 
|
| Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ | 
|
| Класс точности прибора, например 1,5 | 
|
| Защита от внешних магнитных полей | 
|
| Защита от внешних электрических полей | 
|
| Выпрямитель полупроводниковый | 
|
Если перед использованием прибора необходимо обязательно ознакомиться с требованиями, изложенными в инструкции по эксплуатации или техническом описании, то на шкале прибора мы увидим
Общие свойства ЭИП.
ЭИП обладают целым рядом общих свойств вне зависимости от рода измеряемой величины, системы, рода измеряемого тока и т. д. Одной из общих характеристик приборов является погрешность.
Абсолютная погрешность D - разность между показаниями прибора А и действительным значением измеряемой величины Ад. Она выражается в тех же единицах, что и измеряемая величина:
|
|
|
Относительная погрешность d - отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины. Она выражается в долях или процентах действительного значения измеряемой величины:
, или 
Приведенная погрешность g - отношение абсолютной погрешности к верхнему Аmax или номинальному Аном пределу измерения прибора. Приведенная погрешность выражается в процентах:
Приведенная погрешность g называется также точностью прибора. Все ЭИП по точности делятся на 8 классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Другой из общих характеристик приборов является чувствительность.
Чувствительность ЭИП – отношение линейного или углового перемещения указателя к изменению измеряемой величины, вызвавшему это перемещение:
,
где Da - угловое перемещение указателя; DX – изменение измеряемой величины.
Для приборов с равномерной шкалой чувствительность – величина постоянная; у приборов с неравномерной шкалой чувствительность является величиной переменной для различных участков шкалы.
В настоящее время измерение электрических величин производят приборами различных систем, основными из которых являются: приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем.
ПРИБОРЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Действие приборов магнитоэлектрической системы основано на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и измеряемого тока, проходящего по обмотке подвижной катушки, помещенной в этом магнитном поле (рис. 1). Основными частями измерительного механизма являются постоянный магнит 1, между полюсами которого укреплен ферромагнитный сердечник 2 цилиндрической формы.
Рис.1. Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма
Сердечник предназначен для уменьшения магнитного сопротивления между полюсами и обеспечения равномерного распределения магнитного потока в воздушном зазоре. В воздушном зазоре между полюсами постоянного магнита и сердечником расположена катушка 3, которая жестко связана с осью 4 и стрелкой 5, перемещающейся своим концом по шкале прибора. При прохождении тока через катушку возникает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита.
|
|
|
Электромагнитный вращающий момент, действующий на катушку, пропорционален силе тока и магнитной индуктивности в воздушном зазоре. Так как магнитное поле в воздушном зазоре распределено равномерно по поверхности цилиндра и направлено радиально, а противодействующий момент, создаваемый пружинами, пропорционален углу поворота подвижной части прибора, то отклонение пропорционально измеряемому току, то есть α=SI, где S – чувствительность прибора.
Достоинства системы: высокая чувствительность, большая точность, относительно небольшое влияние внешних магнитных полей, малое потребление энергии, малое влияние температуры, равномерность шкалы.
Недостатки системы: пригодность только для постоянного тока, чувствительность к перегрузкам, высокая стоимость, обусловленная сложностью конструкции.
Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы предназначаются для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока в качестве амперметров и вольтметров. Магнитоэлектрический прибор является составной частью омметра, с помощью которого непосредственно измеряют электрические сопротивления.
Применяя термопреобразователи и выпрямители, магнитоэлектрические приборы используют для измерений в цепях переменного тока.
Почти все технические измерения в цепях постоянного тока осуществляют приборами данной системы. Лишь в немногих случаях, когда значение имеет не точность, а дешевизна и прочность приборов, постоянный ток измеряется электроизмерительными приборами электромагнитной системы.
ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ
Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля тока подвижной катушки 1и сердечника 2 из ферромагнитного материала выполненного в форме пластин (рис. 2).
Рис.2. Устройство электромагнитного измерительного механизма
При прохождении тока по катушке, созданное этим током магнитное поле катушки намагничивает сердечник и втягивает его в катушку, поворачивая при этом стрелку, укрепленную на одной оси с сердечником.
При изменении направления тока в катушке меняется и магнитные полюсы сердечника, следовательно, направление перемещения подвижной части остается неизменным и механизм оказывается пригодным для измерений в цепях постоянного и переменного токов.
Угол перемещения подвижной части электромагнитного механизма определяется
|
|
|
Здесь: I – ток, протекающий по катушке, L – индуктивность катушки, k – постоянный коэффициент.
Противодействующий момент создается пружиной 3. Так как угол поворота (перемещения) пропорционален квадрату тока, шкала прибора будет неравномерной.
Достоинства системы: пригодность для работы в цепях постоянного и переменного токов, простота и надежность конструкции, дешевизна, выносливость к перегрузкам.
Недостатки системы: чувствительность к внешним магнитным полям, сравнительно большая потребляемая мощность, относительно низкая чувствительность и точность.
Область применения: в качестве амперметров и вольтметров для технических измерений.
В лабораторных приборах высокого класса точности для уменьшения влияния внешних магнитных полей применяют экранирование.
ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ И
ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМ
В электродинамических и ферродинамических измерительных системах используют взаимодействие полей двух катушек, по которым проходят токи.
Различают механизмы без ферромагнитных сердечников – электродинамические, механизмы с ферромагнитными сердечниками – ферродинамические.
На рис. 3 схематически показано устройство электродинамического измерительного механизма.
Рис.3. Устройство электродинамического измерительного механизма
Одна катушка 1 неподвижна, вторая 2 имеет возможность поворачиваться на оси. Ток в подвижной катушке подводится при помощи двух спиральных пружинок, служащих одновременно и для создания противодействующего момента.
Вращающий момент 
и угол поворота α подвижной части механизма в цепях постоянного тока пропорционален произведению токов подвижной 
и неподвижной 
катушек.
Здесь: M – взаимная индуктивность системы катушек, k – постоянный коэффициент.
В цепях переменного тока момент вращения и угол перемещения пропорционален, как и на постоянном токе, произведению токов в катушках (их действующим значениям) и, кроме того, косинусу угла сдвига фаз между токами.
Здесь: 
- постоянный коэффициент.
Наличие двух катушек у электродинамического измерительного механизма дает возможность включать каждую из них в отдельную электрическую цепь. Это позволяет использовать электродинамические измерительные механизмы не только для измерения тока и напряжения, но также для измерения электрических величин пропорциональных произведению, например, мощности.
Вращающий момент прибора при измерении мощности постоянного тока 
.
переменного тока
Таким образом, электродинамические приборы пригодны и для постоянного и для переменного токов, причем шкала у прибора для обоих родов тока одна.
Так как для создания вращающего момента электродинамических измерительных механизмов используют магнитные потоки, действующие в воздухе, то исключается возможность возникновения различного рода погрешностей, связанных с вихревыми токами, гистерезисом и т.п.
Благодаря этому электродинамические приборы являются одними из самых точных среди приборов на переменном токе.
Достоинства системы: пригодны в цепях постоянных и переменных токов; наиболее очные приборы в цепях переменного тока; могут быть использованы для измерения величин пропорциональных произведению, например, мощности.
В электродинамическом приборе измеряемые токи возбуждают магнитное поле в воздухе, из-за чего оно относительно слабо, и для получения достаточного вращающего момента необходимо, чтобы катушки измерительного механизма имели значительное число витков. Вследствие этого собственное потребление энергии прибором относительно велико.
Слабость поля обуславливает чувствительность прибора к внешним магнитным влияниям («магнитобоязнь»). Для защиты от этих влияний приборы снабжаются экранами. Из-за наличия подвода тока в подвижную часть и плохих условий охлаждения электродинамические механизмы не допускают сколько-нибудь значительной перегрузки. Наконец приборы этой системы дороги.
Недостатки системы: большое собственное потребление мощности, слабые собственные магнитные поля и сильное влияние внешних магнитных полей, относительно большая стоимость приборов.
Область применения: в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров, фазометров.
Ферродинамические приборы, магнитопровод которых выполнен из магнито-мягких материалов, надежно защищены от влияния внешних магнитных полей. Однако применение стали, существенно уменьшает точность прибора вследствие влияния гистерезиса и вихревых токов. По этим причинам ферродинамические приборы для точных измерений малопригодны. Высший класс точности 1,5. Они применяются главным образом в качестве щитовых ваттметров и самопишущих приборов.
ВКЛЮЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА,
НАПРЯЖЕНИЯ, МОЩНОСТИ
Для измерения тока в цепь последовательно с объектом, ток в котором подлежит измерению, включают амперметр (рис. 4).
Рис. 4. Схема подключения амперметра
Во избежание изменения режима работы цепи амперметр (его измерительная цепь) должен иметь возможно малое внутреннее сопротивление 
.
В цепях постоянного тока используют магнитоэлектрические, реже – электромагнитные амперметры. В цепях переменного тока на частоте 50 Гц – электромагнитные и электродинамические амперметры, выпрямительные миллиамперметры.
Включение электродинамического амперметра (а также электродинамических амперметра и вольтметра), измерительный механизм которого имеет две катушки, соединенные при измерении тока параллельно, показано на рис. 5.
Рис. 5. Схема подключения электродинамических приборов: амперметра, вольтметра, ваттметра
Для измерения напряжения на каком-либо участке цепи измеряющий прибор вольтметр включают параллельно этому участку (рис. 6). Во избежание изменения режима работы цепи вольтметр должен иметь большое внутреннее сопротивление 
по сравнению с сопротивлением цепи.
Рис. 6. Схема подключения вольтметра
В цепях постоянного тока для измерения напряжений применяют магнитоэлектрические вольтметры, а для более точных измерений – электродинамические.
Включение электродинамического вольтметра, катушки которого в этом случае имеют большое количество витков и снабжаются добавочным сопротивлением, показано на рис. 5.
Для измерения малых переменных напряжений используют выпрямительные и электромагнитные вольтметры, а при повышенных частотах – электронные вольтметры.
Измерение мощности в цепях постоянного тока можно выполнить с помощью амперметра и вольтметра. Но более точный результат дает измерение электродинамическим прибором – ваттметром.
В цепях переменного тока для измерения активной мощности применяют электродинамические и ферродинамические ваттметры.
При этом одна катушка измерительного механизма ваттметра (неподвижная, с малым сопротивлением) подсоединяется последовательно, другая (подвижная, с добавочным сопротивлением) параллельно нагрузке, потребляемую мощность которой необходимо измерить.
На рис. 5 показано включение катушек электродинамического ваттметра в цепь, а на рис. 7 показано их условное обозначение на схеме.
Рис. 7. Схема подключения электрических приборов
ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ
1. С помощью настоящего пособия, измерительных приборов изучить конструкции принципы действия, преимущества, недостатки области применения, способы включения основных электроизмерительных приборов.
2. Изучить классы точности приборов, научиться определять их погрешность.
3. Изучить условные обозначения, приводимые на шкалах приборов. Записать данные предложенных измерительных приборов в следующую таблицу:
Таблица 2
| Название прибора | Наименование системы | Условный знак системы | Класс точности | Цена деления | Другие данные |
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Краткое описание приборов (конструкции, принципа действия и т.п.).
4. Таблица с данными для 3-х измерительных приборов различных систем.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислить наиболее распространенные системы электроизмерительных приборов. Пояснить их устройство, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения.
2. Что будет с прибором магнитоэлектрической системы, если включить его в цепь переменного тока?
3. Почему приборы электромагнитной и электродинамической систем могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.
4. Что такое класс точности электроизмерительных приборов?
5. Какова возможная наибольшая ошибка измерения вольтметра на 150В, если его класс точности составляет 1,5?
6. Какие приборы и почему требуют защиты от внешних магнитных полей?
7. Как различаются приборы по условиям эксплуатации?
8. Прочитать шкалу предложенного электроизмерительного прибора.
9. Почему амперметры должны иметь малое внутреннее сопротивление, а вольтметры – большое.
10. Начертить электрическую цепь, состоящую из источника питания и приемника (нагрузки). Показать включение амперметра, вольтметра, ваттметра.
11. В чем особенность схем включения приборов электродинамической системы?
ЛИТЕРАТУРА
1. Касаткин А.С. Электротехника. М.: Энергия, 1973.
2. Электротехника под ред. Пантюшина В.С. М.: Высшая школа, 1976.
3. Борисов Ю.М. Общая электротехника. М.: Высшая школа, 1974.
4. Шабалин С.А. Ремонт электроизмерительных приборов. М.: Издательство стандартов, 1989.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
СЛОЖНАЯ РАЗВЕТВЛЕННАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы:
1. Изучение законов Кирхгофа для расчета сложной электрической цепи.
2. Анализ влияния внутреннего сопротивления генератора на работу электрической цепи.
3. Построение потенциальных диаграмм для замкнутых контуров в сложной электрической цепи.
Необходимые приборы и оборудование.
1. Стенд с набором сопротивлений 
и источников ЭДС 
2. Амперметр.
3. Вольтметр.
4. Монтажные провода.
ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц q в проводящей среде под воздействием электрического поля. Если скорость движения электрических зарядов во времени неизменна, то ток называется постоянным.
Электрический ток в цепи возникает в том случае, если на ее зажимах (полюсах) создана разность потенциалов, т. е. существует электрическое поле вдоль участка цепи. Разность потенциалов между двумя точками называют напряжением и обозначают буквой U.
Сложной цепью называют цепь, которую нельзя привести к простой (т. е. к одному контуру) при помощи замены разветвлений сопротивлений эквивалентными сопротивлениями. К таким цепям относят разветвленные цепи, имеющие более одного источника ЭДС в разных ветвях.
Такие цепи можно рассчитать с помощью законов Кирхгофа.
I Закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма токов в узловой точке схемы равна нулю. 
. При этом токи, текущие к узлу цепи, следует брать с одним знаком (обычно «плюс»), токи, текущие от узла – с противоположным знаком (обычно «минус»). Применительно к рис. 8, по первому закону Кирхгофа можно составить уравнение: 
Рис. 8. Направление движения токов в узел
По I закону Кирхгофа можно составить (n-1) уравнений, где n – число узлов схемы.
II Закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма ЭДС вдоль замкнутого контура равняется алгебраической сумме падений напряжений в этом же контуре. 
В каждую из сумм соответствующие слагаемые входят со знаком плюс, если они совпадают с направлением обхода контура, и со знаком минус, если они не совпадают с ним.
Применительно к рис. 9 по II закону Кирхгофа можно составить следующее уравнение:
Рис. 9. Электрический замкнутый контур
При составлении уравнений для расчета токов с помощью законов Кирхгофа рекомендуется придерживаться следующей последовательности:
а) задаться произвольно-положительными направлениями токов во всех ветвях;
б) составить (n-1) уравнений для узлов, где n – число узлов электрической системы;
в) составить уравнения для контуров.
При составлении уравнений для контуров последние необходимо выбирать так, чтобы в систему составляемых уравнений вошли все ветви системы, а в каждый из контуров – наименьшее число ветвей.
Общее количество уравнений должно быть равно количеству неизвестных. Причем, уравнения должны быть независимыми, т. е. ни одно из них не должно быть следствием других.
Так как для расчета цепи направление токов принималось произвольным, то некоторые расчетные токи могут получиться со знаком «минус». Знак тока нужно изменить на противоположный, изменив одновременно его направление в электрической цепи.
Внутреннее сопротивление генератора.
Под внутренним сопротивлением генератора понимают сопротивление электрическому току всех элементов внутри генератора. Учет его внутреннего сопротивления необходим при анализе и расчете режимов электрической цепи. Вместе с тем при расчете электрических цепей внутреннее сопротивление rвн генератора может оказаться во много раз меньше сопротивления внешней цепи. В этом случае им пренебрегают и считают напряжение на его зажимах не зависящим от тока нагрузки и равным ЭДС генератора.
Если внутреннее сопротивление rвн>0, то такой генератор изображают в виде источника ЭДС с последовательно подключенным к нему резистором rвн (рис. 10).
Рис 10. Генератор ЭДС с внутренним сопротивлением
Если rвн очень велико (по сравнению с внешним сопротивлением), то ток во внешней цепи практически не зависит от параметров самой цепи.
Нахождение внутреннего сопротивления источника ЭДС определяется по следующей формуле:
где: 
– внутреннее сопротивление источника ЭДС,
E – ЭДС источника, определяется при отключенной внешней цепи,
U – напряжение на зажимах источника при включенной внешней цепи,
I – ток, который проходит через источник ЭДС.
Потенциальная диаграмма. Под потенциальной диаграммой понимается график распределения потенциала вдоль какого-нибудь участка цепи замкнутого контура.
По оси абсцисс откладывают сопротивления вдоль контура, начиная с какой-либо произвольной точки, по оси ординат – потенциалы.
Каждой точке участка цепи или замкнутого контура соответствует своя точка на потенциальной диаграмме.
Пример: Составить потенциальную диаграмму для контура изображенного на рис. 9 (предполагается, что величины и направления токов определены).
Произвольно выбирается потенциал какой-либо точки, равный нулю. Допустим точки a, то есть 
. Тогда потенциал точки b определяется:
Потенциалы остальных точек контура
Потенциальная диаграмма для данного контура представлена на рис. 11.
Рис.11. Потенциальная диаграмма замкнутого контура
Полученная диаграмма позволяет просто определить напряжение между двумя любыми точками контура, так как напряжение есть разность потенциалов 
, где
– потенциал точки высшего напряжения,
– потенциал точки низшего напряжения.
ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ
1. Перед выполнением работы изучить установку, систему расположения источников питания с регулятором напряжения, измерительных приборов, элементов схемы, необходимых для работы.
Включать установку только с разрешения преподавателя!
2. Замерить с помощью вольтметра ЭДС источников 
, включив сетевое напряжение стенда и источников . Записать показания вольтметра. После замера выключить источники и сетевое напряжение стенда.
3. Убедившись в отсутствии напряжения на стенде, поочередно выполнить сборку цепей, согласно рис. 12.
Рис. 12. Схемы электрические принципиальные
4. После проверки правильности сборки схем преподавателем включить сетевое напряжение стенда и источники питания ЭДС 
5. Замерить и записать ток каждого участка цепи.
6. Используя уравнение I закона Кирхгофа, проверить правильность соотношения между токами 
полученными при измерении.
7. Измерить напряжение источников питания, используя вольтметр стенда с соответствующим пределом измерения.
8. Результаты измерений занести в таблицу 3:
Таблица 3
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|
9. С помощью законов Кирхгофа рассчитать токи участков цепи, учитывая внутреннее сопротивление источников и заданные сопротивления цепи – 
Рассчитать косвенную погрешность для токов I1, I2, I3.
10. Построить потенциальную диаграмму для контура abcda.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Оборудование.
4. Краткое описание метода расчета схем с помощью законов Кирхгофа.
5. Исследуемая схема.
6. Данные эксперимента, объединенные в таблицу; заданные сопротивления цепи ; рассчитанные внутренние сопротивления источников ЭДС: 
7. Расчет схемы с помощью законов Кирхгофа.
8. Расчет косвенной погрешности для токов I1, I2, I3.
9. Расчет потенциальной диаграммы и построенная потенциальная диаграмма.
10. Краткие выводы по результатам работы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Законы Кирхгофа. Методика расчета сложных цепей с помощью законов Кирхгофа.
2. Влияние внутреннего сопротивления источника ЭДС на режим работы электрической цепи.
3. Методика расчета и построения потенциальной диаграммы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Электротехника под ред. Пантюшина В.С. М.: Высшая школа, 1976.
2. Касаткин А.С. Электротехника. М.: Энергия, 1973.
3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1964.
4. Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. М.: Энергия, 1976.
5. Электротехника под ред. Шихина А.Я. М.: Высшая школа, 2001.
6. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: М.: Гардарики, 2002.
7. Синдеев Ю.Г. Электротехника: [Учеб.для вузов].- Ростов н/Д: Феникс, 1999.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ
ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Цель работы:
1. Физические явления в электрической цепи переменного тока при последовательном соединении проводников.
2. Вычисление параметров электрической цепи.
3. Построение векторных диаграмм при последовательном соединении проводников.
Необходимые приборы и оборудование.
1. Источник напряжения.
2. Резисторы R1, R2.
3. Индуктивные катушки L1, L2.
4. Конденсаторы C1, C2.
5. Амперметр.
6. Вольтметр.
7. Монтажные провода.
ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Электрический ток, изменяющийся с течением времени, называют переменным. Если его мгновенные значения и направления через равные промежутки времени (периодически) повторяются, то его называют периодически изменяющимся.
Наиболее широкое применение в электроэнергетике получил синусоидальный переменный ток.
Однофазной электрической цепью синусоидального тока называют цепь, содержащую один или несколько источников электрической энергии переменного тока, имеющих одинаковую частоту и начальную фазу.
Основные понятия
Мгновенное значение (i) – величина тока в любой момент времени.
Амплитудное значение (
) – максимальное значение тока.
Действующее значение (
) – величина постоянного тока, эквивалентная по тепловому действию переменному току (цепь с резистором).
Начальная фаза (yi) – несовпадение во времени начала синусоиды и начала отсчета времени, выраженное в электрических градусах.
Сдвиг по фазе (j) - несовпадение во времени начал двух синусоид, выраженное в электрических градусах.
Период (T) – время одного полного колебания.
Частота тока (
) – количество полных колебаний в единицу времени. Одно колебание в секунду равно одному герцу (Гц).
Угловая частота (w = 2pf) – угол поворота вектора за единицу времени. Размерность радиан в секунду.
Эти понятия относятся и к синусоидальным ЭДС, напряжению.
Синусоидальную функцию времени можно изобразить вектором, равным амплитуде данной функции, равномерно вращающимся с угловой скоростью w. При этом начальное положение вектора определяется (для t=0) его начальной фазой yi. На рис.13 показан вращающийся вектор тока Im и график изменения тока i во времени.
Рис. 13. Изображение синусоидальной величины тока вращающимся вектором.
Проекция вращающегося вектора тока Im на ось ординат равна мгновенному значению синусоидальной величины тока.
Совокупность векторов на плоскости, изображающих ЭДС, напряжения и токи одной частоты, называют векторной диаграммой.
При исследовании установившихся режимов векторы неподвижны относительно друг друга, а их длина равна действующим значениям электрических величин.
|
|
|
