51

Лабораторная работа № 2 Электрические цепи однофазного синусоидального тока Цель работы:

• исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей синусоидального тока при наличии потребителей с активно-реактивными сопротивлениями;

• проверка соблюдения I и II законов Кирхгофа для цепи переменного тока;

• определение параметров цепей, установление условий возникновения резонансов напряжений и токов.

Основные теоретические положения Параметры синусоидальных функций

В линейных цепях синусоидального тока электрические величины ЭДС, напряжения и тока являются синусоидальными функциями времени:

u = U_msin(t + _u);  е = E_msin(t + _е);  i = I_msin(t + _i),

здесь u,е,iсоответственномгновенные значениянапряжения, ЭДС, тока, т. е. значения этих величин в рассматриваемый момент времени;t+_u, t+_е,t+_iаргументы синусоидальных функций, называемые фазой илифазовым углом. Фаза отсчитывается от точки перехода синусоидальной функции через нуль к положительному значению. Синусоидальное напряжениеuи токiпоказаны на рис. 1.

Каждая синусоидальная функция времени однозначно определяется тремя параметрами:

• амплитудойU_m,E_m,I_m(максимальное значение синусоидальной функции);

• угловойчастотой(скорость изменения аргумента синусоидальной функции), гдеизмеряется в радианах, деленных на секунду;

• начальной фазой_u,_е,_i(значение аргумента синусоидальной функции в момент начала отсчета времени, т. е. приt= 0) в радианах или градусах.

Кроме того, для характеристики синусоидальных функций времени используют следующие величины:

периодТ= 2/наименьший интервал времени, по истечении которого мгновенные значения периодической величины повторяются;

частотаf = 1/Т, т. е. число периодов в секунду. Угловая частотаи частотаfсвязаны известным соотношением: = 2f.Единица частотыгерц (Гц), 1 Гц = 1 с^-1;

сдвиг фаз между напряжением и током алгебраическая величина, определяемая как разность начальных фаз напряжения и тока:=_u–_i. Сдвиг фаз между одноименными синусоидальными величинами (токами, напряжениями, ЭДС) принято обозначать другой буквой, например;

Рис. 1

действующее значениеU,E,I среднеквадратичное значение переменной величины за период. Наименование «действующее» объясняется тем, что средняя мощность синусоидального тока за период равна мощности постоянного тока, значение которого равно действующему значению синусоидального тока. При синусоидальном токе за периодТв сопротивленииRв тепловую энергию преобразуется та же электрическая энергия, что и при постоянном токеIза то же время:

.

В соответствии с определением “действующее”, т. е. среднеквадратичное, значение синусоидального тока

.

Аналогично определяются действующие значения напряжения и ЭДС: U=U_m/0,707U_m;E=E_m/0,707E_m. Важно знать, что в паспорте электротехнических устройств синусоидального тока указаны действующие значения напряжений и токов и что большинство приборов, применяемых для измерений синусоидальных напряжений и токов, градуированы в действующих значениях.

среднее значениесинусоидальной функции за период равно нулю (одинаковые площади положительной и отрицательной полуволн синусоиды). Поэтому условились под средним значениемI_ср,U_ср,E_срсинусоидальной функции понимать ее среднее значение за положительный полупериод (мгновенные значения положительные). Для тока, изменяющегося по законуi=I_msin(t), среднее значение тока

I_ср = .

Среднее значение синусоидальной величины не зависит от ее начальной фазы. Аналогично определяются средние значения напряжения и ЭДС:

.