Лабораторная работа34. Исследование электрической цепи переменного тока с активным и реактивными приемниками цель проведения работы
 Скачать 42.83 Kb.
|
|
Лабораторная работа ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ И РЕАКТИВНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ Цель проведения работы. Целью проведения лабораторной работы является ознакомление с простейшими цепями однофазного переменного тока обладающими активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями. Задачи проведения лабораторной работы. В результате проведения лабораторной работы студенты должны: Знать основные свойства потребителей электрической энергии обладающих активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями; Уметь собирать простейшие электрические схемы, выбирать электроизмерительные приборы, измерять основные электрические величины и проводить необходимые вычисления. Теоретический материал. Процессы, происходящие в электротехнических устройствах, как правило очень сложны, они связаны с созданием электромагнитных полей или изменением величин, характеризующих эти поля. Однако во многих случаях основные характеристики электротехнических устройств могут быть получены и описаны с помощью, известных из курса физики, скалярных интегральных величин: силы тока, электродвижущей силы, напряжения, сопротивления и другие величин. При таком описании совокупность электротехнических устройств рассматривают как электрическую цепь, состоящую из источников и приемников электрической энергии, характеризуемых Э.Д.С., силой тока, напряжением, электрическим сопротивлением. Источники и приемники электрической энергии, являющиеся основными элементами электрической цепи, соединяют проводами для обеспечения замкнутого пути для электрического тока. Для включения и отключения электротехнических устройств применяют коммутационную аппаратуру. Кроме этих элементов в электрическую цепь могут включаться электрические приборы для измерения силы тока, напряжения и мощности. Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобразования и использования электрической энергии, процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, напряжении и Э.Д.С. Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, называют элементами электрической цепи. Часть электрической цепи, содержащую выделенные в ней элементы, называют участком цепи. Элементы цепи, предназначенные для генерирования электрической энергии, называют источником питания, а элементы использующие, электрическую энергию -приемниками электрической энергии. При изучении процессов в электрических цепях их изображают графически при помощи схем соединения отдельных элементов. Чаще всего пользуются принципиальными схемами. На принципиальных схемах показывают условные графические изображения элементов и схему их соединения. При описании электрических цепей используют следующие понятия: Ветвь электрической цепи - это участок, элементы которого соединены последовательно. Ток во всех элементах один и тот же. Узел электрической цепи - это точка соединения трех и более ветвей. Контур - это любой путь вдоль ветвей электрической цепи, начинающийся и заканчивающийся в одной и той же точке. Физические процессы в электрической цепи описываются следующими величинами: сила тока, электродвижущая сила, напряжение, электрическое сопротивление. Электрический ток - это явление направленного движения свободных носителей электрического заряда. Такими носителями заряда в металлах являются электроны, в плазме и электролитах - ионы. Электрический ток количественно описывается величиной, которая называется силой тока. Сила тока измеряется в Амперах: [I] = А. Под постоянным током понимают электрический ток не изменяющийся со временем. Переменным называют ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени. Электродвижущая сила характеризует способность стороннего поля вызывать электрический ток. Численно равна работе, совершаемой источником электрической энергии при переносе единичного положительного заряда во всей замкнутой цепи. Измеряется она в Вольтах:[e] = В. Напряжением называется часть Э.Д.С., которая расходуется на преодоление сопротивления внешней части цепи, называется падением напряжения или просто напряжением во внешней цепи. Часть Э.Д.С., которая расходуется на преодоление сопротивления источника тока, называется падением напряжения внутри источника тока. Напряжение, как и Э.Д.С. измеряется в Вольтах: [U] = В. Электрическое сопротивление проводника объясняется соударениями электронов проводимости с атомами проводника. При этих соударениях часть энергии электронов переходит к атомам проводника. Вследствие этого интенсивность колебаний атомов возрастает. Повышение температуры проводника указывает на усиление колебаний атомов. Электрическим сопротивлением называется величина, характеризующая противодействие атомов проводника движению электронов, то есть электрическому току. Сопротивление внешнего участка цепи равно отношению постоянного напряжения на участке к току в нем: R = U/I. Элемент электрической цепи, предназначенный для ограничения тока в цепи, параметром которого является его электрическое сопротивление, называется резистором. Сопротивление измеряется в[R] = Ом. Электрическая цепь в зависимости от значения сопротивления нагрузки R может работать в различных характерных режимах: номинальном, согласованном, холостого хода и короткого замыкания. Электрическая энергия почти во всех случаях производится, распределяется и потребляется в виде энергии переменного тока. Наиболее часто встречается, так называемый синусоидальный переменный ток. Основные законы электрических цепей переменного тока - законы Кирхгофа формулируются следующим образом. Первый закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма мгновенных значений токов в узле равна нулю:  где N - число ветвей, соединенных в узле. Второй закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма напряжений на резистивных, индуктивных и емкостных элементах контура в данный момент времени равна алгебраической сумме Э.Д.С. в том же контуре в тот же момент времени. Для количественной характеристики переменного тока служат следующие параметры. Мгновенные значения тока, напряжений и э.д.с. - это их величины в произвольный момент времени: i = imsin (wt + ji ), u = umsin (wt + ju ), e = emsin (wt + je ). Амплитудныезначения тока, напряжения и Э.Д.С.im, um, em- максимальные величины мгновенных значений. Период Т - промежуток времени, в течение которого ток совершает полное колебание и принимает прежнее по величине мгновенное значение. Период измеряется в секундах. Угловая частота w - характеризует скорость вращения катушки генератора в магнитном поле. Измеряется в рад/с. Связана с периодом следующей формулой: w = 2p/ Т. Циклическая частота(частота)f - величина, обратная периоду и характеризующая число полных колебаний тока за 1с. Частота измеряется[Гц]= 1 / с и определяется : f = 1 / Т. Частота и угловая частота связаны между собой следующим образом: w = 2pf. Фаза.Аргументы периодических функций называют фазой. Фазы характеризуют значения соответствующих величин в заданный момент времени. Значение фазы в начальный момент времени называется начальной фазой. Начальная фаза определяет значение соответствующей величины в начальный момент времени. Действующие значения. За основу для измерения переменного тока положено сопоставление его среднего теплового действия с тепловым действием постоянного тока. Определенное посредством такого сравнения значение силы тока называется действующим значением. Действующим значением переменного тока называется такой постоянный ток, при котором выделяется в резистивном элементе с активным сопротивлением за период то же количество энергии, что и при действии переменного тока. Действующее значение тока меньше амплитудного imв  раз: Аналогично определяются действующие значения Э.Д.С. и напряжений. В общем случае электрическая цепь переменного тока может содержать резистивные, индуктивные и емкостные элементы, параметрами которых являются сопротивление, индуктивность и емкость. Рассмотрим частные случаи. Рассмотрим электрическую цепь, содержащую только резистивный элемент с активным сопротивлением. Под активным сопротивлением понимают такое сопротивление, в котором электрическая энергия преобразуется необратимо в другие виды энергии (тепловую, световую и др.). Активные сопротивления непрерывно потребляют энергию. Сопротивление резистора в цепи переменного тока может отличаться от сопротивления того же резистора в цепи постоянного тока. Это различие обусловлено поверхностным эффектом, при котором ток вытесняется к поверхности проводника, и зависит от частоты. С увеличением частоты сопротивление растет. Однако при относительно небольших частотах, например 50 Гц, его увеличением можно пренебречь. Рассмотрим цепь состоящую из источника Э.Д.С. e = em sin wt и резистора сопротивлением R:   Электрическая энергия, которая преобразуется на активном сопротивлении в тепловую называется активной мощностью. В цепи с индуктивным элементомогромное влияние на процессы протекающие в цепях имеет явление электромагнитной индукции. Явление электромагнитной индукции заключается в том, что изменение магнитного поля вокруг проводника, связанное с пересечением проводника магнитными силовыми линиями, вызывает появление Э.Д.С. в этом проводнике. Ход работы Выбрать электроизмерительные приборы. Собрать схему с активным приемником (резистором).  3. Включить схему после проверки ее преподавателем или лаборантом, снять показания приборов и занести их в Таблицу 1. Таблица 1.
4. Произвести вычисления и результаты занести в Таблицу 1. В этом упражнении при вычислении cos j необходимо его величину округлить до 1. Собрать схему с индуктивным приемником (реальной катушкой индуктивности, она имеет активное сопротивление - сопротивление провода RL и индуктивное сопротивление XL ).  Включить схему после проверки ее преподавателем или лаборантом, снять показания приборов и занести их в Таблицу 2 Таблица 2.
Собрать схему с емкостным приемником (конденсатором).  8. Включить схему после проверки ее преподавателем или лаборантом, снять показания приборов и занести их в Таблицу 3. В случае отличия активной мощности от нуля, необходимо ее величину считать равной нулю. Таблица 3.
Вывод | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
