ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Ч. 1 (PDF)

6. Получив допуск к работе, студенты производят сборку схемы. Собранная схема должна быть проверена преподавателем. Не допускается включение схемы без разрешения преподавателя. После проверки схемы преподавателем студенты проводят необходимые измерения. Результаты измерений заносятся в подготовленные таблицы.

7. По результатам выполнения работы каждая подгруппа студентов оформляет отчет и защищает его.

В отчете должно быть приведено следующее:

название лабораторной работы;

цель работы;

основные расчетные формулы;

схемы электрических цепей;

результаты предварительных расчетов;

таблицы с результатами измерений;

графики расчетных и экспериментальных зависимостей;

анализ полученных результатов;

выводы.

Графики зависимостей, снятых с экрана осциллографа или построенных на основании данных, приведенных в таблицах, должны иметь по осям обозначение физических величин и размерностей. Не рекомендуется помещать в отчет фотографии экрана осциллографа (возможно только в исключительных случаях, если получаются результаты, не поддающиеся объяснению).

Если лабораторная работа не защищена в срок, то каждый студент подгруппы защищает отчет по лабораторной работе в индивидуальном порядке.

4

и снабжены системой защиты. Стенды с объектами исследования имеют прозрачные стенки. Все необходимые для выполнения лабораторного исследования соединения выполняются с помощью прилагаемых проводников.

В состав модульного учебного комплекса «МУК-ЭТ» входят следующие блоки:

1 – блок амперметра-вольтметра АВ1-07;

2 – осциллограф цифровой лабораторный ОЦЛ2-01;

3 – стенд с объектами исследования С2-ЭТ1-01;

4 – генератор звуковых частот ЗГ1-06;

5 – блок генераторов напряжений ГН2-01;

6 – комбинированный измеритель мощности и фазометр ИМФ1-01;

7 – стенд с объектами исследования С2-ЭМ1-01.

Блок цифрового амперметра-вольтметра АВ1-07 (1) предназначен для измерения постоянного тока и напряжения, амплитуды или действующего значения переменного тока и напряжения.

Осциллограф ОЦЛ2-01 (2) предназначен для визуального наблюдения и измерения параметров электрических сигналов.

Стенд С2-ЭТ1-01 (3) содержит резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, двухполюсники и четырехполюсники.

Звуковой генератор ЗГ1-06 (4) предназначен для формирования сигнала синусоидальной формы с возможностью изменения частоты и амплитуды.

Блок генераторов ГН2-01 (5) предназначен для формирования регулируемых и нерегулируемых постоянных напряжений, однополярных импульсов типа «меандр» частотой повторения 1000 Гц, трехфазного напряжения частотой 1000 Гц.

Измеритель мощности ИМФ1-01 (6) предназначен для измерения амплитуды переменных синусоидальных напряжений и токов, разности фаз между двумя функциями, полной, активной и реактивной мощности.

Стенд С2-ЭМ1-01 (7) содержит резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и трансформатор.

Для соединения элементов стенда используются короткие проводники, а для соединения с приборами комплекса – длинные. Для подключения осциллографа используются контактные группы

«Вх. X» и «Вх. Y».

6

Для расчета и исследования процессов, протекающих в электрической цепи, ее заменяют расчетной схемой замещения, т.е. идеализированной цепью, которая служит расчетной моделью реальной цепи. При получении такой схемы каждый реальный элемент цепи заменяется расчетной моделью – элементом схемы. Математическое описание каждого элемента должно отражать основные протекающие в нем физические процессы.

Одним из приемников электрической цепи является резистивный элемент – резистор. В резистивном элементе с сопротивлением R электрическая энергия необратимо преобразуется в другие виды (тепловую, механическую, энергию излучения и т.п.), чаще всего в тепло. Величина активного сопротивления измеряется в Омах (Ом). Мгновенная мощность, с которой происходит преобразование энергии, определяется соотношением: p = i2R. Резистивные (или активные) сопротивления вводятся в схемы замещения других элементов цепи для учета необратимого преобразования электромагнитной энергии в другие виды.

Для расчета токов и напряжений в цепи задаются положительные направления токов и напряжений. Положительным направлением тока и напряжения полагается их направление от узла с большим потенциалом к узлу с меньшим потенциалом.

На рис. 1.1 φ1(t) ≥ φ2(t), поэтому направление тока и напряжения (падения напряжения) задано от узла с потенциалом φ1(t) к узлу с потенциалом φ2(t). В резистивном элементе напряжение связано с током законом Ома:

Рис. 1.1. Токи и напряжения на участке цепи

Для цепи постоянного тока (рис. 1.1, б) или для действующих значений резистивной цепи с гармоническими источниками UR = R · IR.

8

Если значение сопротивления резистора не зависит от тока, протекающего через него, то такой резистор называется линейным, а электрическая цепь, состоящая только из таких резисторов, – линейной резистивной.

В первой лабораторной работе рассматриваются цепи, содержащие только линейные элементы (резисторы и источники ЭДС и тока).

Источником напряжения (ЭДС, тока) называют источник,

напряжение (ЭДС, ток) которого не зависит от сопротивления внешней цепи RH . Схемы замещения реальных источников приве-

дены на рис. 1.2: источник ЭДС (напряжения) – на рис. 1.2, а, источник тока – на рис. 1.2, б. Величина ЭДС источника (Е) измеряется в режиме холостого хода (т.е. при токе в источнике Ik = 0) и равна напряжению на его зажимах. В схемах замещения источников резистор Rвн = 1/Gвн учитывает тепловые потери энергии, выделяемые внутри источника. Если внутреннее сопротивление источника ЭДС (напряжения) равно нулю, а источника тока – бесконечности, то такие источники называют идеальными (рис. 1.2, б, г).

Рис. 1.2. Идеальные и реальные источники энергии

В реальных источниках внутреннее сопротивление Rвн имеет конечное значение, поэтому на практике за источник ЭДС (напряжения) принимают источник, для которого выполняется условие

10Rвн ≤ Rн ≤ ∞, а при условии 0 ≤ Rн ≤ 0,1Rвн – за источник тока, где Rн – сопротивление нагрузки, к которому подключен источник.

Источники напряжения, ЭДС и тока характеризуются внешними вольт-амперными характеристиками (ВАХ): для источников напряжения и ЭДС – зависимостями напряжения или ЭДС от тока,

9

протекающего через источник, а для источника тока – зависимостями тока от напряжения на его зажимах. На рис. 1.3, а, в показаны внешние характеристики реальных источников ЭДС и тока, где имеются линейный (рабочий, с небольшим наклоном) и нелинейный (с резким изменением) участки характеристик, на которых источник может выйти из строя. На рис. 1.3, б, г изображены внешние характеристики идеальных источников ЭДС и тока. В данной работе рассматриваются источники, которые работают на линейном участке характеристики.

Рис. 1.3. Вольт-амперные характеристики источников энергии

1.1.2. Законы Кирхгофа

Для любой электрической цепи справедливы законы Кирхгофа для токов и напряжений.

Узлом в электрической цепи называется место соединения трех и более ветвей. Место соединения двух ветвей называется устранимым узлом.

Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в проводниках, соединенных в узел, равна нулю:

В (1.2) ток берется со знаком плюс, если он втекает в узел, и со знаком минус, если вытекает.

Ветвью называется участок цепи между двумя узлами, состоящий только из последовательно соединенных элементов. Замкнутым контуром цепи называется путь по ветвям цепи, который начинается и заканчивается в одном и том же узле, при прохожде-

10