Питання для самоконтролю

1. Що таке еквівалентний опір схеми? Як за допомогою джерела напруги, вольтметра та амперметра визначити еквівалентний опір схеми?

2. Які з'єднання елементів називаються послідовними, паралельними, змішаними? Яким чином розраховуються еквівалентні опори цих з'єднань елементів?

3. Для яких схем доводиться застосовувати метод еквівалентних перетворень? Що таке еквівалентне перетворення схеми?

4. Поясніть на схемі (рис.2.1 та 2.2), як обирається еквівалентне перетворення для чотириплечого моста.

5. Отримайте самостійно рішення системи рівнянь (2.1) для пере-творення «трикутник – зірка».

Лабораторна робота ц-3

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИЙМАЧІВ РІЗНИХ ТИПІВ В КОЛАХ

СИНУСОЇДАЛЬНОГО ЗМІННОГО СТРУМУ

Ціль роботи: експериментальне дослідження частотних залежностей повного опору і зсувів по фазі між струмом та напругою в активному, ємнісному й активно-індуктивному приймачах.

Теоретичні відомості

Приймачі, що перетворюють енергію електричного струму в тепло або в механічну енергію, називаються активними. У колах постійного струму діють тільки активні приймачі. У колах синусоїдального змінного струму крім активних приймачів зустрічаються такі елементи, які перетворюють енергію електричного струму в енергію магнітного або електричного поля на короткий проміжок часу (на чверть періоду коливання струму), щоб потім знову перетворити цю енергію назад в енергію електричного струму. Такі приймачі, які, в кінцевому рахунку, повертають запасену ними енергію в електричну мережу, називаються реактивними. У колах постійного струму властивості приймача вичерпно описуються одним параметром: опором (або провідністю). У колах синусоїдального змінного струму для опису властивостей приймача потрібні два параметри: повний опір змінному струму (імпеданс ) і кут зсуву фаз між струмом і напругою (зсув по фазі). Повний опір приймача є аналогом еквівалентного опору в колах постійного струму: він визначається як відношення діючого значення поданої на приймач напруги до діючого значення струму, що протікає через приймач. Зсув по фазі аналога в колах постійного струму не має. У колах змінного струму активними приймачами є опори (резистори), тому активні приймачі називаються ще резистивними. Повний опір ідеального активного приймача дорівнює його опору в колі постійного струму, а зсув по фазі дорівнює нулю:

, . (3.1)

Реактивні приймачі бувають двох типів: ємнісні і індуктивні. Ємнісний приймач являє собою конденсатор; енергія електричного струму тимчасово запасається конденсатором у вигляді енергії електричного поля між його обкладинками. Струм, існуючий при перезарядці обкладинок конденсатора, створює враження протікання наскрізного струму через конденсатор. Сила цього струму залежить від частоти змінної напруги і ємності конденсатора: .

Вираз (3.2)

називається ємнісним опором конденсатора. Повний опір ідеального ємнісного приймача дорівнює його ємнісному опору; він є обернено пропорційним частоті струму. У ємнісному приймачі струм випереджає по фазі напругу на 90°. При випередженні струмом напруги зсув по фазі вважається від’ємним; отже, для ємнісного приймача:

, . (3.3)

Індуктивний приймач являє собою котушку індуктивності; енергія електричного струму тимчасово запасається котушкою індуктивності у вигляді енергії магнітного поля котушки. Магнітне поле котушки індукує в ній же ЕРС , що протидіє зміні, що породжує магнітне поле струму. Таким чином, створюється враження, що котушка має додатковий опір в колі змінного струму. Якби опір проводу котушки дорівнював би нулю, то сила струму через котушку залежала б лише від частоти змінної напруги і індуктивності котушки: .

Вираз позначається як і називається індуктивним опором:

(3.4)

котушки. Повний опір ідеального індуктивного приймача дорівнює його індуктивному опору; він прямо пропорційний частоті струму. В ідеальному індуктивному приймачі струм відстає по фазі від напруги на 90°. Отже, для ідеального індуктивного приймача:

, . (3.5)

Реальні приймачі в колах змінного струму мають в тій чи іншій мірі і активні, і індуктивні, і ємнісні властивості одночасно. Повний опір і зсув по фазі реального приймача розраховується за формулами:

, , (3.6)

де - активний, індуктивний і ємнісний опори приймача. У колах змінного струму промислової частоти резистори і конденсатори зазвичай ведуть себе як ідеальні активні і ємнісні приймачі.

В реальних котушках індуктивності, як правило, не можна знехтувати активним опором дроту: повний опір і зсув по фазі котушки розраховують за формулою (3.6), при цьому її ємнісним опором нехтують:

, . (3.7)