7.4 Расчетные формулы

Первый закон Кирхгофа:

∑ I=0, (20)

Второй закон Кирхгофа:

∑Е= ∑ I*R, (21)

Сопротивление источников:

, (22)

, (23)

8 Лабораторно-практическая работа №5

Тема: Измерение потенциалов в электрической цепи, построение потенциальной диаграммы

Цель работы: изучить измерение потенциалов в электрической цепи, построение потенциальной диаграммы

8.1 Оборудование:

1) Источники электрической энергии постоянного тока - 2 шт. «4,5 В»;

2) Магазин сопротивлений - 3 шт;

3) Ключ (тумблер) -1 шт;

4) Мультиметр-1шт. (вольтметр 0…10В).

8.2 Контрольные вопросы

1) Что называется потенциалом электрического поля?

2) Чему равен потенциал электрического поля бесконечно удалённой точки?

3) Что характеризует потенциал точки электрического поля?

4) В каких единицах измеряется потенциал?

8.3 Порядок выполнения лабораторно-практической работы

1) Собрать электрическую схему цепи (рисунок 8);

Рисунок 8 – Исследуемая цепь (опыт №1)

2) Подключить на блоке резисторов заданные преподавателем величины;

3) Предъявить собранную схему преподавателю;

4) Измерить ЭДС источника Е₁ и Е₂, показания записать в таблицу № 5;

6) Включить ключ S, измерить переносным вольтметром потенциалы точек А, Б, В, Г, напряжение U_БВ и записать показания вольтметра в таблицу № 5;

7) Собрать электрическую схему цепи (рисунок 9);

Рисунок 9 – Исследуемая цепь (опыт №2)

8) Установить на магазинах указанные преподавателем величины сопротивлений;

9) Предъявить собранную электрическую схему преподавателю для проверки;

10) Измерить ЭДС источника Е₁ и Е₂, показания записать в таблицу № 5;

11) Включить ключ S, измерить переносным вольтметром потенциалы точек А, Б, В, Г, напряжение U_БВ и записать показания прибора в таблицу №5;

12) Для каждого опыта построить в масштабе по данным таблицы потенциальные диаграммы для контуров АБВГДА двух схем.

Примечание: При выполнении опыта №2 должно выполнятся условие Е1>Е2 или Е2>Е1.

13) Приступить к составлению отчета, который должен содержать:

- тему;

- цель работы;

- оборудование;

- порядок выполнения работы;

- контрольные вопросы;

- вывод по проделанной работе;

- потенциальные диаграммы для каждой схемы.

Таблица 5 – Измерение потенциалов

№ опыта	Из опыта
	El	Е2	φА	φБ	φВ	φГ	φД	UБВ
	В	В	В	В	В	В	В	В
1
2

9 Лабораторно-практическая работа №6

Тема: Резонанс напряжений

Цель работы: изучить резонанс напряжений

9.1 Оборудование:

1) Источник энергии переменного тока « ~30 В»;

2) Мультиметр - 3шт;

3) Ваттметр - 1 шт. (0…1200) Вт;

4) Реостат (потенциометр) -1 шт - на лицевой панели измерительного блока;

5) Катушка - 1 шт. (с прутковым стальным сердечником круглого сечения для плавного поиска резонанса напряжений);

6) Магазин емкостей -1 шт. С = 121 мкФ.

9.2 Контрольные вопросы

1) Какое явление в цепях переменного тока называют резонансным?

2) В каком случае в цепи ток и напряжение совпадают по фазе, если цепь содержит конденсатор и катушку индуктивности?

3) Какая мощность выделяется в цепи при резонансе напряжений?

4) Где практически применяется резонанс напряжений?

9.3 Порядок выполнения лабораторно-практической работы

1) Собрать электрическую схему цепи (рисунок 10);

Рисунок 10 – Резонанс напряжений

2) Предъявить собранную электрическую схему для проверки преподавателю.

3) Включить выключатель S_ПИТ переменного тока, установить при помощи потенциометра заданное преподавателем напряжение и удерживать его величину в течение работы по­стоянным.

4) Записать показания приборов для трех случаев емкостей φ > 0, φ < 0, φ = 0 в таблицу № 6.

5) Приступить к составлению отчета, который должен содержать:

- тему;

- цель работы;

- оборудование;

- порядок выполнения работы;

- контрольные вопросы;

- вывод по проделанной работе;

- потенциальные диаграммы для каждой схемы.

Таблица 6 – Резонанс напряжений

№ опыта	φ	U	I	UL	UC	W
		В	А	В	В	Вт
1	φ = 0
2	φ > 0
3	φ < 0

10 Лабораторно-практическая работа №7

Тема: Резонанс токов

Цель работы: изучить резонанс токов

10.1 Оборудование:

1) Источник энергии переменного тока «~30 В»;

2) Мультиметр - 4шт;

3) Реостат (потенциометр) - 1 шт (на лицевой панели измерительного блока);

4) Катушка индуктивности - 1 шт. (с прутковым стальным сердечником круглого сечения для плавного поиска резонанса токов);

5) Магазин емкостей -1 шт. С = 121 мкФ.

10.2 Контрольные вопросы

1) В каких электрических цепях может возникнуть резонанс токов?

2) Какое сопротивление току будет оказывать цепь при резонансе токов?

3) Почему при резонансе токов ток в конденсаторе или катушке может быть больше тока в неразветвленной части цени?

4) Как практически определить состояние цепи при резонансе токов?

5) Практическое применение резонанса токов.

10.3 Порядок выполнения лабораторно-практической работы

1) Собрать электрическую схему цепи (рисунок 11);

Рисунок 11 – Резонанс токов

2) Предъявить собранную электрическую схему для проверки преподавателю.

3) Включить выключатель S_ПИТ переменного тока, установить при помощи потенциометра заданное преподавателем напряжение и удерживать его величину в течение работы по­стоянным.

4) Записать показания приборов для трех случаев емкостей φ > 0, φ < 0, φ = 0 в таблицу № 7.

5) Приступить к составлению отчета, который должен содержать:

- тему;

- цель работы;

- оборудование;

- порядок выполнения работы;

- контрольные вопросы;

- вывод по проделанной работе;

- потенциальные диаграммы для каждой схемы.

Таблица 7 – Резонанс напряжений

№ опыта	φ	U	I	I1	I2
		В	А	В	В
1	φ = 0
2	φ > 0
3	φ < 0

11 Лабораторно-практическая работа №8

Тема: Трехфазная цепь при соединении приемников звездой

Цель работы: изучить трехфазная цепь при соединении приемников звездой

11.1 Оборудование:

1. Трехфазный источник переменного тока 54/32 В - клеммы А, В, С, 0 на лицевой панели измерительного блока;

2 Мультиметр-5шт;

3. Магазин сопротивлений - 3 шт.

11.2 Контрольные вопросы

1. Какое из соединений трехфазной цепи называют соединением «звездой»?

2. Чему равно отношение при соединении «звездой» линейных и фазных напряжений, линейных и фазных токов?

3. Что такое симметричная и несимметричная нагрузка?

4. Какую роль играет нейтральный провод?

5. Какое напряжение называют «смещением нейтрали»?

11.3 Порядок выполнения лабораторно-практической работы

1) Собрать электрическую схему цепи (рисунок 12);

Рисунок 12 – Трехфазная цепь при соединении приемников звездой

2) Установить на магазине сопротивления заданные преподавателем;

3) Предъявить собранную схему для проверки преподавателю;

4) Включить выключатель S_ПИТ. переменного тока, снять показания амперметров I_А, I_B, I_C и записать их в таблицу №8;

5) Измерить переносным вольтметром фазные I’_A, I’_B, I’_C и линейные U_AB, U_BC, U_CA напряжения, записать в таблицу №8;

6) Измерить ток нейтрального провода I₀ (I_N) и напряжение смещения нейтрали U_N (U₀), данные записать в таблицу №8.

7) Приступить к составлению отчета, который должен содержать:

- тему;

- цель работы;

- оборудование;

- порядок выполнения работы;

- контрольные вопросы;

- схему;

- вывод по проделанной работе;

Примечание:

а) первый и опыт - нагрузка симметричная Z_А=Z_B=Z_C;

б) второй опыт - нагрузка несимметричная Z_А≠Z_B≠ Z_C;

в) третий опыт - обрыв линейного провода фазы «С» Z_А=Z_B ,Z_C =∞;

д) четвертый опыт – обрыв нулевого провода (в четвертом опыте вместо U’_С измеряется U’_Р - напряжение на разрыве).

Таблица 8 – Трехфазная цепь при соединении приемников звездой

№ п/п

Нагрузка

Измерить

Вычислить

IA

IB

IC

U’A

U’B

U’C

UAB

UBC

UCA

UN

IN

PA

PB

PC

P

A

A

A

B

B

B

B

B

B

B

A

Вт

Вт

Вт

Вт

1

ZA = ZB = ZC =

2

ZA = ZB = ZC =

3

ZA = ZB = ZC =

4

ZA = ZB = ZC =

12 Лабораторно-практическая работа №9

Тема: Трехфазная цепь при соединении приемников треугольников

Цель работы: изучить трехфазная цепь при соединении приемников треугольником

12.1 Оборудование:

1. Трехфазный источник переменного тока 54/32В;

2 Мультиметр-7шт;

3. Магазин сопротивлений - 3 шт.

12.2 Контрольные вопросы

1) Какое соединение трехфазной цепи называют соединением «треугольник»?

2) Чему равно отношение при соединении «треугольник»: линейных и фазных напряжений, линейных и фазных токов?

3) Как определяется линейный ток при симметричной и несимметричной нагрузке?

12.3 Порядок выполнения лабораторно-практической работы

1) Собрать электрическую схему цепи (рисунок 13);

Рисунок 13 – Трехфазная цепь при соединении приемников треугольник

2) Установить на магазинах сопротивлений заданные преподавателем сопротивления Z (смотри таблицу № 9).

3) Предъявить собранную эл. схему для проверки преподавателю.

4) Включить выключатель S_ПИТ переменного тока, снять показания приборов I_A, I_B, I_C, I_AB, I_BC, I_CA. Измерить переносным вольтметром напряжение генератора U_AB, U_BC, U_CA для четырех опытов, результаты измерений записать в таблицу №9.

5) Приступить к составлению отчета, который должен содержать:

- тему;

- цель работы;

- оборудование;

- порядок выполнения работы;

- контрольные вопросы;

- схему;

- вывод по проделанной работе.

Примечание:

а) первый опыт - нагрузка симметричная Z_ab = Z_bc = Z_са;

б) второй опыт - нагрузка несимметричная Z_ab ≠ Z_BC≠ Z_ca;

в) третий опыт - обрыв одного из фазных проводов Z_ab = Z_bc; Z_ca = ∞.

г) четвертый опыт - нагрузка симметричная Z_ab = Z_bc = Z_ca (обрыв одного из линейных проводов).

Таблица 9 – Трехфазная цепь при соединении приемников треугольником

№ п/п

Нагрузка

Измерить

Вычислить

UAB

UBC

UCA

IA

IB

IC

IAB

IBC

ICA

PAB

РBC

PCA

Р

В

В

В

A

A

A

A

A

A

Вт

Вт

Вт

Вт

1

ZA = ZB = ZC =

2

ZA = ZB = ZC =

3

ZA = ZB = ZC =

4

ZA = ZB = ZC =

13 Лабораторно-практическая работа №10

Тема: Измерение мощности потерь энергии в ферромагнитном сердечнике катушки

Цель работы: изучить измерение мощности потерь энергии в ферромагнитном сердечнике катушки

13.1 Оборудование:

1. Источник переменного тока «~30В»;

2. Мультиметр - 3шт;

3. Ваттметр - 1шт;

5. Реостат (потенциометр) - 1шт; на лицевой панели измерительного блока;

6. Катушка со стальным сердечником.

13.2 Контрольные вопросы

1) Какие нелинейные элементы применяются в цепях переменного тока и какие практические задачи в технике решаются с их помощью?

2) Как изменяется индуктивность катушки с ферромагнитным сердечником при изменении напряжения на ней?

3) Какие потери энергии называют потерями в стали и какие потерями в меди?

13.3 Порядок выполнения лабораторно-практической работы

1) Собрать электрическую схему цепи (рисунок 14);

Рисунок 14 – Измерение мощности потерь энергии в ферромагнитном сердечнике катушки

2) Предъявить собранную схему цепи для проверки преподавателю.

3) Включить выключатель S_ПИТ переменного тока, предварительно установив потенциометр в положение U = 0. Изменяя напряжение, подводимое к катушке, от нуля до заданной преподавателем величины, снять показания приборов и занести их в таблицу №10.

4) По измеренным U, I, Р вычислить Р_СТ. - потери в стали, Р_М - потери в меди, Р_О - удельные потери, В_М - максимальные потери, В - максимальное значение магнитной индукции.

Параметры катушки:

а) количество витков W_B=160;

б) сечение сердечника S_К = 4,8см²;

в) вес стали G = 0,5кг;

г) сопротивление катушки R_К≈1,2Ом.

5) По полученным данным построить графики:

I=ƒ(U); Р₀=ƒ(В_М)

6) Приступить к составлению отчета, который должен содержать:

- тему;

- цель работы;

- оборудование;

- порядок выполнения работы;

- контрольные вопросы;

- схему;

- вывод по проделанной работе.

Расчетные формулы:

Р_СТ = Р - Р_М, (24)

Р_М=I²R_к, (25)

, (26)

, (27)

Таблица 10 – Измерение мощности потерь энергии в ферромагнитном сердечнике катушки

№	измерить					вычислить
	U	I	Р	f	PСТ		PМ	Р0	ВМ.
	В	А	Вт	Гц	Вт		Вт	Вт/кг	Т
1
2
3
4
5
6

14 Лабораторно-практическая работа №11

Тема: Изучение переходных процессов заряда и разряда конденсатора

Цель работы: изучить переходные процессы заряда и разряда конденсатора

14.1 Оборудование:

1) Источник постоянного тока «30 В»;

2) Мультиметр 2шт: миллиамперметр (0-2 мА), вольтметр (0-30В);

3) Резисторы;

4) Ключ -1 шт;

5) Реостат -1 шт - потенциометр на лицевой панели измерительного блока;

6) Магазин емкостей -1 шт;

7) Секундомер.

14.2 Контрольные вопросы

1) Какой режим в электрической цепи называется установившимся?

2) Какие процессы в электрических цепях называются переходными?

3) Назовите причины переходных процессов?

4) Почему ток в катушке (а напряжение на конденсаторе) не могут изменяться скачком?

14.3 Порядок выполнения лабораторно-практической работы

1) Собрать электрическую схему цепи (рисунок 15);

Рисунок 15 – Переходные процессы заряда и разряда конденсатора

2) Предъявить собранную схему для проверки преподавателю;

3) Включить выключатель S_ПИТ постоянного тока, установить по вольтметру заданное напряжение, вычислить τ (постоянную времени);

4) Произвести пробную зарядку и разрядку конденсатора, включая ключом S соответственно в положение 1 - заряд, в положение 2 - разряд, при этом через каждые τ секунд снимать показания миллиамперметра;

5) Снятые показания вольтметра и миллиамперметра записать в таблицу №11;

6) Построить графики заряда конденсатора для: I=ƒ(τ); U_c= ƒ(τ); U_R=ƒ(τ);

7) Построить графики разряда конденсатора для: I= ƒ(τ); U_c= ƒ(τ); U_R=ƒ(τ);

8) Приступить к составлению отчета, который должен содержать:

- тему;

- цель работы;

- оборудование;

- порядок выполнения работы;

- контрольные вопросы;

- схему;

- вывод по проделанной работе.

Таблица 11 – Изучение переходных процессов заряда и разряда конденсатора

№

Заряд

Разряд

U

t

I

UC

UR

τ

R

С

t

I

UC

В

С

А

В

В

С

кОм

мкФ

С

А

В

1

2

3

4

5

6

Расчетные формулы:

а) для заряда конденсатора:

(28)

(29)

τ = R C (30)

б) для разряда конденсатора :

(31)

(32)