Потенциальная диаграмма

Под потенциальной диаграммой понимается график распределения потенциалов вдоль электрической цепи. По оси абсцисс откладывают со­противления вдоль контура, начиная с какой-либо произвольной точки, на оси ординат – потенциалы. Каждой точке участка цепи или замкнутого контура соответствует своя точка на потенциальной диаграмме.

Домашнее задание

Изучить закон Ома и законы Кирхгофа, а также распределение напряжений и токов в электрических цепях с последовательным, параллельным и смешанным соединением приемников в зависимости от ве­личины их сопротивлений. Запишите формулы, определяющие общее сопротивление для данных схем.

Порядок выполнения работы

1. Последовательное соединение приемников.

1.1. Соберите цепь по схеме рис. 2.3.

1.2. Введите полностью реостаты R₁ и R₂. Установите с помощью автотрансформатора Т₁ заданное напряжение. При неизменном сопротивлении R₁ уменьшите сопротивление R₂ так, чтобы ток изменился в заданных пределах. Запишите показания приборов в табл.2.1. Для каждого опыта вычислите значения мощностей Р₁, Р₂, Р_общ и сопротивлений R₁, R₂, R_э.

1.3. Постройте на одном рисунке графики

Проведите анализ и сделайте выводы о работе схемы рис. 2.3.

 

Рис. 2.3

Таблица 2.1

2. Параллельное соединение приемников.

2.1. Соберите цепь по схеме рис. 2.4.

2.2. Введите реостаты R₁ и R₂. Изменяя сопротивление R₂ так, чтобы ток изменился в заданных пределах, запишите показания приборов в табл. 2.2. Для каждого опыта вычислите значения мощностей Р₁, Р₂, Р_общ и проводимостей g₁, g₂, g_э.

2.3. Постройте на одном рисунке графики

2.4. Проведите анализ и сделайте выводы о работе схемы рис. 2.4.

Рис. 2.4

Таблица 2.2

 

3. Смешанное соединение приемников.

3.1. Соберите цепь по схеме рис. 2.5.

3.2. Введите реостаты. Изменяя сопротивление R₃ так, чтобы ток изменялся в заданных пределах, запишите показания приборов в табл. 2.3. Для каждого опыта вычислите значения мощностей Р₁, Р₂, Р₃, Р_общ, сопротивлений R₁, R₂, R₃, R_э.

3.3. Постройте графики

 

3.4. Проведите анализ и сделайте выводы о работе схемы рис. 2.5.

 

Рис. 2.5

Таблица 2.3

Контрольные вопросы

1. Основные законы линейных электрических цепей.

2. Основные свойства цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединением приемников.

3. Баланс мощности для каждой из изученных схем.

4. Расчет электрических цепей методом эквивалентных преобразований.

5. Почему при изменении R₃ в смешанной цепи происходят также изменения токов, напряжений и мощностей на R₁ и R₂?

Литература:

[1, §1.1 – 1.9; 2, §1.1–1.4; §1.6 – 1.10].

Лабораторная работа №3

ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Цель работы

Выработка умения анализировать электрическое состояние цепи переменного тока с последовательным соединением резистора, катушки индуктивности и конденсатора, ознакомление с условиями возникновения резонанса напряжений и последствиями этого режима.

Основные теоретические положения

Переменным током называется электрический ток, периодически изменяющийся по величине и направлению. В электротехнике наибольшее распространение получили синусоидальные токи (изменяю­щиеся по закону синусоиды).

Основными параметрами синусоидального тока являются:

i – мгновенное значение тока;

I_m – амплитуда тока;

I = I_m/ – действующее значение тока;

I_cp = 2/πI_m – среднее значение тока;

Т – период тока;

f – частота;

ω = 2πf – угловая частота;

φ – начальная фаза.

Аналогичными параметрами характеризуются синусоидальные напряжения и ЭДС.

Электрические цепи с переменными токами по сравнению с цепями постоянного тока имеют ряд особенностей, которые усложняют ана­лиз процессов в цепях. Применение векторных диаграмм при расчете

и исследовании цепей позволяют наглядно представить рассматриваемые процессы и упростить производимые расчеты.

Применение символического (комплексного) метода, основанного на использовании комплексных чисел для изображения векторов переменного тока, позволяет выразить в алгебраической форме геометриче­ские операции с векторами переменных токов и напряжений, благодаря чему все методы расчета цепей постоянного тока применимы и для це­пей переменного тока.

Закон Ома в символической форме:

 

(3.1)

 

где – комплекс действующего значения напряжения;

– комплекс действующего значения тока;

U, I – соответственно действующие значения напряжения и тока;

φ_i, φ_u – начальные фазы напряжения и тока;

– комплекс полного сопротивления;

Z – модуль комплекса полного сопротивления;

φ ₌ φ_u – φ_i – угол сдвига фаз между током и напряжением;

e – основание натурального логарифма;

j = – мнимая единица.