Лабораторные работы по электротехнике Изучение метода компенсации Изучение работы полупроводниковых выпрямителей Изучение кенотронного выпрямителя Изучение колебательного контура Изучение цепи переменного тока

Электричество Лабораторные работы

Электромагнитные процессы в линиях с распределёнными параметрами. Уравнения однородной линии и их решения для установившегося режима гармонического тока. Бегущие волны. Уравнения однородной линии с гиперболическими функциями, вторичные параметры. Согласование линий между собой и с нагрузкой.

Лабораторная работа 233

Изучение цепи переменного тока

  Если в электрической цепи действует периодически изменяющаяся электродвижущая сила, то в ней возникают колебания тока и напряжения. Амплитуды и фазы этих колебаний на разных элементах цепи – сопро-тивлении (R), индуктивности (L) и емкости (C) - будут разными. Мы будем изучать цепи переменного тока с сосредоточенными параметрами, в которых R, L и C сосредоточены на отдельных участках цепи в виде резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности (Рис. 1), в отличие от цепей с распределенными параметрами, в которых они распределены по всей длине цепи. Кроме того будем считать, что ток в цепи изменяется по гармоническому (синусоидальному) закону .

 


Резистор Конденсатор Катушка индуктивности

  Рис. 1.

При изучении гармонических колебаний широко пользуются методом векторных диаграмм. Суть этого метода состоит в том, что любая физическая величина (x), изменяющаяся по гармоническому закону x = x0cos(wt+j0), может быть представлена как проекция на заданную ось вектора, вращающегося против часовой стрелки. Длина вращающегося вектора равна амплитудному значению x0. Угол, образу-емый этим вектором с заданной осью в начальный момент времени равен началь-ной фазе колебания (j0)  (Рис. 2).

Сопротивление в цепи переменного тока (R-цепь)

 При прохождении переменного тока

 (1)

через резистор, обладающий сопротивлением R, на резисторе появляется переменное напряжение, совпадающее по фазе с колебаниями тока

. (2)

 Сопротивление резистора  не зависит от частоты w

 На рисунке 3а представлена векторная диаграмма для рассматриваемой цепи, а на рисунке 3б - графики зависимостей IR и UR от времени. Так как фазы колебаний тока и напряжения одинаковы, направления соответ-ствующих векторов на векторной диаграмме совпадают.

 


 

  Рис. 3а Рис. 3б

Индуктивность в цепи переменного тока (L-цепь)

 Если через катушку индуктивности идет переменный ток

, (3)

то напряжение на ее выводах будет равно по величине, но противоположно по знаку ЭДС самоиндукции, то есть

 (4)

 Сравнение выражений (3) и (4) показывает, что колебания напряжения на катушке индуктивности опережают по фазе на p/2 колебания тока в ней. На векторной диаграмме (рис. 4а) вектор, изображающий колебания напря-жения, повернут относительно вектора тока на угол p/2 в положительном направлении (против часовой стрелки). На рис. 4б это отражено в сдвиге кривой напряжения относительно кривой тока влево на четверть периода.

 


 

 


 Рис. 4а Рис. 4б

Сопротивление катушки индуктивности, определяемое как отношение амплитудных значений напряжения и тока линейно растет с увеличением

частоты  . (5)

Емкость в цепи переменного тока (C-цепь)

 Если в цепи, содержащей конденсатор, идет переменный ток

, (6)

то происходит периодическая перезарядка конденсатора. По определению I = dq/dt, следовательно

. (7)

При этом напряжение на конденсаторе

. (8)

 Сравнение (6) и (8) показывает, что колебания напряжения на конден-саторе отстают по фазе на p/2 от колебаний тока (см. рис. 5а и 5б).

 Сопротивление конденсатора уменьшается при увеличении частоты.

 (9)

 

 

Определение параметров элементов электрических цепей и исследование простых цепей постоянного тока Цель работы: экспериментальное получение вольт-амперных характеристик и определение параметров активных и пассивных элементов электрических цепей, а также проверка соотношений, используемых для расчета простых электрических цепей постоянного тока.
Электрические токи в металлах, вакууме и полупроводниках