637.теоретические основы электротехники лабораторный практикум

Л. А. Потапов
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ:
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания
Издание второе, дополненное
Брянск
2010
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Брянский государственный технический университет
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

УДК 621.3
Потапов, Л.А. Теоретические основы электротехники: Лабора-
торный практикум [Текст]+[Электронный ресурс].– 2-е изд., доп. –
Брянск: БГТУ, 2010. – 106 с.
ISBN 978-5–89838-530-9
Представлены лабораторные работы по дисциплине «Теорети-
ческие основы электротехники», направленные на формирование
навыков моделирования и исследования электрических цепей.
Лабораторный практикум предназначен для студентов очной
формы обучения специальностей 210106 «Промышленная электрони-
ка», 140604 «Автоматизированный электропривод», 210104 «Микро-
электроника и твердотельная электроника» и 210304 «Радиоэлек-
тронные системы».
Табл. 13. Ил. 62. Библиогр. – 4 назв.
Научный редактор Н.А. Кривоногов
Рецензенты: кафедра «Энергетика» Брянской государственной
инженерно-технологической академии;
кандидат технических наук Н.И. Ушев
ISBN 978-5–89838-530-9 © Брянский государственный
технический университет, 2010

3
ВВЕДЕНИЕ
Предлагаемый лабораторный практикум содержит методические
указания к 15 лабораторным работам по дисциплинам «Теоретиче-
ские основы электротехники» и «Основы теории цепей» и направлен
на формирования у студентов навыков моделирования и исследова-
ния электрических цепей постоянного и переменного тока.
Для успешного выполнения лабораторных работ необходима
предварительная подготовка. Поэтому прежде чем начать работать на
соответствующих стендах, студенты должны, ответить на вопросы
преподавателя по теме предстоящей работы.
Студенты, получившие допуск к лабораторным работам, само-
стоятельно выполняют необходимые соединения и переключения на
лабораторных стендах и перед включением стенда под напряжение
приглашают преподавателя или учебного мастера для проверки пра-
вильности монтажа. Выполнив необходимые измерения, стенд от-
ключают. Дальнейшие изменения схем, отключение одних и подклю-
чение других приборов выполняют при отсутствии питающего
напряжения. Завершив все переключения, вновь приглашают препо-
давателя или учебного мастера для проверки правильности сборки
соответствующей электрической цепи и с их разрешения включают
стенд под напряжение.
Работу выполняет бригада из 2 – 3 человек, готовят один отчет
на всю бригаду. В отчете должны быть представлены электрические
схемы, таблицы экспериментальных данных, формулы для расчетов,
графики, векторные диаграммы и выводы по результатам работы.
Завершающим этапом выполнения лабораторной работы являет-
ся ее защита. При этом каждому студенту индивидуально предлага-
ются 3 – 4 вопроса по материалам отчета. К выполнению следующей
лабораторной работы студенты допускаются только после успешной
защиты предыдущей работы.
Лабораторный практикум предназначен для студентов очной
формы обучения специальностей 210106 «Промышленная электрони-
ка» и 140604 «Автоматизированный электропривод», 210104 «Мик-
роэлектроника и твердотельная электроника» и 210304 «Радиоэлек-
тронные системы».

4
ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
При работе в лаборатории «Теоретические основы электротех-
ники» во избежание несчастных случаев, а также преждевременного
выхода из строя приборов и электрооборудования студент при вы-
полнении лабораторных работ должен строго соблюдать следующие
требования:
– приступая к выполнению лабораторной работы, необходимо
ознакомиться с правилами работы в лаборатории и техники
безопасности;
– после ознакомления с правилами работы в лаборатории и ин-
структажа по технике безопасности необходимо расписаться
в соответствующем журнале;
– при работе в лаборатории запрещается приносить с собой ве-
щи и предметы, загромождающие рабочие места;
– запрещается громко разговаривать, покидать рабочие места и
переходить от одного стенда к другому;
– сборку электрической цепи производить соединительными
проводами при выключенном напряжении питания в строгом
соответствии со схемой, представленной в лабораторном
практикуме, обеспечивая при этом надежность электрических
контактов всех разъемных соединений;
– приступая к сборке электрической цепи, необходимо убе-
диться в том, что к стенду не подано напряжение;
– при сборке электрической цепи необходимо следить за тем,
чтобы соединительные провода не перегибались и не скручи-
вались петлями, приборы и электрооборудование расставля-
ются так, чтобы было удобно ими пользоваться;
– собранная электрическая цепь предъявляется для проверки
преподавателю или учебному мастеру;
– включение электрической цепи под напряжение (после про-
верки) производить только с разрешения и в присутствии
преподавателя или учебного мастера;
– при обнаружении неисправностей в электрической цепи
необходимо немедленно отключить ее от питающей сети и
доложить об этом преподавателю или учебному мастеру;

5
– переключения и исправления в сборной электрической цепи
разрешается производить только при отключенном напряже-
нии питания;
– запрещается прикасаться пальцами, карандашами и другими
предметами к элементам стенда, находящимся под напряже-
нием;
– при работе с конденсаторами необходимо помнить, что на их
зажимах, отключенных от сети, некоторое время сохраняется
электрический заряд, который может быть причиной пораже-
ния электрическим током;
– при обнаружении повреждений электрического оборудования
и приборов стенда, а также при появлении дыма, специфиче-
ского запаха или искрения необходимо немедленно выклю-
чить напряжение питания стенда и известить об этом препо-
давателя или учебного мастера;
– после выполнения лабораторной работы необходимо выклю-
чить напряжение питания стенда, разобрать исследуемую
электрическую цепь и привести в порядок рабочее место;
– при поражении человека электрическим током необходимо
немедленно обесточить стенд, выключив напряжение пита-
ния; при потере сознания и остановке дыхания необходимо
немедленно освободить пострадавшего от стесняющей его
одежды и сделать искусственное дыхание до прибытия врача.

6
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЁННОЙ ЦЕПИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель лабораторной работы – приобретение навыков моделиро-
вания линейных электрических цепей постоянного тока.
ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Задачи лабораторной работы:
– приобретение навыков сборки электрической цепи в соответ-
ствии с заданной схемой;
– приобретение навыков работы с приборами при измерении то-
ков и напряжений.
– изучение методов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания
(КЗ).
– определение параметров эквивалентного генератора, входных
и взаимных проводимостей в различных ветвях электрической цепи.
Продолжительность лабораторной работы – 4 часа.
ОПИСАНИЕ СТЕНДА
Стенд содержит два источника питания с различными ЭДС: Е1 и
Е2, переносной электронный вольтметр, постоянные и переменные
резисторы. Разветвленная цепь собирается из резисторов, закреплен-
ных на стенде. Вместо амперметров включаются измерительные ре-
зисторы соответственно в первую, вторую и третью ветви цепи. При
измерении напряжений прикасаются щупами вольтметра к соответ-
ствующим точкам электрической цепи. Если отклонение стрелки
вольтметра меньше одной трети шкалы, то диапазон измерения пере-
ключают с помощью переключателя, расположенного на лицевой па-
нели прибора.

7
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
В лаборатории
1. Подключить вольтметр к источнику Е1, расположенному на
левой половине стенда, и, вращая рукоятку, установить напряжение
U1 в соответствии с табл.1.
Таблица 1
2. Собрать цепь (рис.1) и измерить напряжения на сопротивле-
ниях Rи и R1. По данным опытов определить параметры схемы заме-
щения источника ЕЭ1 и RЭ1.
3. Аналогично установить напряжение U2 на источнике Е2, рас-
положенном на правой стороне стенда, и, собрав аналогичную цепь,
определить ЕЭ2 и RЭ2.
4. Собрать цепь (рис.2) для проведения опыта короткого замы-
кания.
5. Измерить напряжения на измерительных сопротивлениях Rи,
стоящих в цепях с сопротивлениями R1, R2 и R3. Зная измерительное
сопротивление Rи = 10 Ом, определить токи I1, I2, I3 и записать их в
табл. 2.
6. Собрать аналогичную цепь (рис.3), но подключить источник
Е2 к зажимам d–е, а от зажимов а–в отключить источник Е и закоро-
тить эти зажимы а–в.
Номер недели
текущего месяца
U1 U2
1 13 9
2 12 8
3 11 7
4 10 6
EЭ1
Рис.1
RЭ1
R1
Rи
10 Ом
100 Ом
I2
E1
Рис.2
I1
I3
Rи R4
Rи
RиR1 R2
R3
R5 R6
a
d
ef
b c

8
7. Определить токи I1, I2, I3 (как в п. 5) и записать их в табл. 2.
8. Убрать перемычку с зажимов а–f и подключить к ним источ-
ник Е1. Определить токи I1, I2, I3 ( как в п. 5) и записать в табл. 2.
Таблица 2
Е1 ≠ 0
Е2 = 0
Е1 = 0
Е2 ≠ 0
Е1 ≠ 0
Е2 ≠ 0
опыт
Е1 ≠ 0
Е2 ≠ 0
расчет
I1
I2
I3
9. Используя переменное сопротивление Rн2 (расположено в
центре стенда), собрать цепь (делитель напряжения) (рис.4). Убедить-
ся, что при измени положение рукоятки пере-
менного сопротивления на зажимах 1–2 изменя-
ется напряжение.
10. Подключить делитель напряжения к за-
жимам а–f (где был включен ранее источник Е1)
и, изменяя напряжение Uaf (вращая рукоятку пе-
ременного сопротивления), добиться, чтобы ток I3 стал равен нулю (
при этом источник Е2 не отключен). При этом определить напряже-
ние Uaf и ток I2.
11. Вернуть источник Е1 на зажимы a–f (убрать сопротивление
Rн2) и отключить источник Е2, а вместо него подключить сопротивле-
ние нагрузки Rн1. Должна получиться следующая цепь (рис.5):
E1
Рис.4
2
RН2 1
E2
Рис.3
I2
Rи R4
Rи
RиR1 R2
R3
R5 R6
a d
ef

9
12. Изменяя сопротивление Rн1, измерять на нем напряжение и
ток. Выполнив 4 (5) измерений, добиться получения максимума мощ-
ности в этом сопротивлении. Результаты измерений представить в
виде табл 3.
Таблица 3
Uн
I2
Р = UнI2
13. Отключить сопротивление Rн1 и измерить напряжение Udexx
(опыт холостого хода).
Дома
С помощью программы Workbench (EWB 5.12) собрать вирту-
альную модель исследуемой цепи (рис.6) и проделать с ней те же
эксперименты, что проделаны в лаборатории. Величины Е1 и Е2
установить те же, что были в лаборатории. При значительных разли-
чиях результатов, полученных в лаборатории и на виртуальной моде-
ли, использовать результаты, полученные на модели.
E1
Рис.5
I2Rи R4
Rи
RиR1 R2
R3
R5 R6
a d
ef
RН1
Рис. 6.
E2
6 B
a b c
d
ef
I4
I2I1
I3
R1
110 Ом
R4
300 Ом
R2
210 Ом
R6
360 Ом
R5
150 ОмI5
I6
R3
280 Ом
E1
12 B

10
Для сборки виртуальной модели цепи последовательно пере-
тащите на рабочее поле все элементы цепи: источники напряжения
с панели «Sources» , резисторы с панели «Basic» , вольтметры и
амперметры с панели «Indicators» , мультиметр с панели
«Instruments» . Расположите элементы цепи в соответствии со
схемой. Элементы можно поворачивать, выделив их щелчком левой
кнопки и вызвав окно команд редактирования щелчком правой кноп-
ки. Для соединения элементов в цепь подведите стрелку указателя к
выводу элемента, после появления черной контактной точки
нажмите левую кнопку мыши, протащите проводник до вывода дру-
гого элемента, добившись соединения, отпустите левую кнопку мы-
ши.
Для изменения значения параметра элемента выделите его,
щелкнув левой кнопкой мыши. Затем нажмите правую кнопку, выбе-
рите «Component Properties» и установите необходимое значение
параметра на вкладке «Value». В виртуальной модели значения со-
противлений R1, R2, R3 увеличены на 10 Ом для учета измерительных
сопротивлений реальной модели.
При сборке схемы в EWB 5.12 стрелки токов
должны входить в положительные клеммы ампер-
метров, которые в модели изображены тонкой лини-
ей. При этом значения токов по знаку будут соот-
ветствовать принятым направлениям стрелок.
Мультиметр позволяет измерять постоянные и
переменные напряжения и токи, а также сопротив-
ления. Переключения режимов выполняется нажати-
ем кнопок на панели мультиметра.
Используя полученные результаты, выполнить следующие рас-
четы.
14.На основании измерений п.5 и 6 определить входные и вза-
имные проводимости g11, g12, g13, а также g22, g21, g23.
15. Используя взаимные проводимости и ЭДС Е2, определить
при каком значении напряжения Uaf ток I3 равен нулю. Сравнить с ре-
зультатом, полученном в п.10.
16. Аналогично определить, при каком Ude и неизменном
напряжении Е1 ток I2 равен нулю. Результат сопоставить с п. 13.

11
17. По результатам измерений в п. 12 определить зависимость
UH = f(I2), а также I1 = f1 (I2), I3 = f2 (I1).
18. Используя метод эквивалентного генератора, упростить схе-
му на рис. 5.
19. Определить при каком значении сопротивления RH в нем
выделяется максимум мощности.
20. Оформить отчет о лабораторной работе, в котором для
каждого эксперимента привести схему исследуемой цепи, измерен-
ные величины, формулы, диаграммы, выводы (сравнение результа-
тов эксперимента и результатов расчета). Порядок выполнения рабо-
ты и расчеты сопровождать текстовыми пояснениями.
Подготовить устно ответы на вопросы.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Для определения параметров схемы замещения источников
необходимо:
а) измерив напряжение на зажимах источника, отключенного от
нагрузки (напряжение холостого хода), определить ЭДС эквивалент-
ного генератора Еэ= Uхх;
б) собрав цепь (рис.1), измерить напряжение на известном со-
противлении (см. п.2 работы), определить ток
И
И
R
U
I
R
 или
1
1
R
U
I
R
 ;
записав уравнение напряжений для всей цепи I(Rэ+ RИ+ R1) = Eэ,
определить Rэ.
Для определения входных и взаимных проводимостей необхо-
димо оставить в цепи один источник ЭДС (остальные отключить) и
определить соответствующий ток. Тогда
n
k
kn
E
I
g  . Так, зная ЭДС
Е1=10 В и ток I3 = 2 A, определяем g31 =2/10=0,2 См.
Для цепей, где нет источников, необходимо самим вставить
ЭДС в соответствующую ветвь, например в цепь, равную 1 В, и опре-
делить ток от нее в другой ветви. Зная взаимные проводимости, мож-
но определить ток в любой ветви. Так, при двух ЭДС Е1 и Е2 ток I3 =
g31 Е1+ g32 Е2.
При выполнении п.15 и 16 использовать формулы

12
I3 = g31 Е1+ g32 Е2 и I2 = g21 Е1+ g22 Е2. Приравняв нулю эти токи, опре-
деляем 2
31
32
E
g
g
Uaf  и 1
22
21 E
g
g
Ude  . Сопоставим расчетные значения
Uaf с экспериментальным значением, полученным в п. 10 и расчетные
значения Ude с экспериментальным, полученным в п.13.
При выполнении п. 17 использовать принцип линейности
Uн =а1 +b1I2; I1 =а2 +b2I2; I3 =а3 +b3I1. Коэффициенты ак и bк опре-
деляют, записав названные уравнения для двух опытов.
Цепь на рис.5 можно упростить (рис. 7), ис-
пользуя параметры эквивалентного генератора, где
Еэ = Ude хх
k
э
I
E
R
2
э .
Максимум мощности в нагрузке выделяется
при RН1 = Rэ.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем заключается принцип суперпозиции? Как его приме-
нить для расчета цепей?
2. Как в результате расчета и эксперимента определить взаим-
ные проводимости?
3. В чем заключается принцип линейности?
4. Как определить внутреннее сопротивление автомобильного
аккумулятора у которого Rэ мало (сотые доли Ом)?
5. Как определить для разветвленной цепи в результате экспе-
римента параметры эквивалентного генератора?
6. Для замены части электрической цепи эквивалентным генера-
тором в п.4 проводился опыт короткого замыкания. Всегда ли можно
делать короткое замыкание электрической цепи?
7. Каковы условия получения максимума мощности в сопротив-
лении R3?
8. Нарисуйте схему устройства, использующего аккумулятор с
неизменным напряжением и обеспечивающего регулируемое напря-
жение на выходе.
9. Какие свойства электрических цепей использовались при вы-
числениях в п. 11?
10. Какие свойства электрических цепей использовались при
вычислениях в п. 13?
Рис.7
I2
Rэ RН1
Eэ

13
11. Как определить взаимные проводимости g21 и g32 ? Какие
свойства электрических цепей использовать при этом?
12. Определить взаимную проводимость g31
для приведенной схемы, где R1=2 Ом, R1=3 Ом,
R1=6 Ом.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники / Л.А.
Бессонов. – М.: Гардарики, 2007. – С. 43 –65.
2. Демирчян, К.С. Теоретические основы электротехники. Т.1/
К.С. Демирчан [и др.] СПб: Питер, 2009. –С.40–50
3. Потапов, Л.А. Краткий курс теоретических основ электротех-
ники / Л.А. Потапов. – Брянск: БГТУ, 2005. – С. 15 – 36.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Цель лабораторной работы – приобретение навыков исследова-
ния линейной электрической цепи переменного тока.
– приобретение навыков работы с лабораторными приборами
при изменении токов, напряжений и мощности в цепи переменного
тока;
–определение резонанса напряжений;
– определение параметров схем замещения дросселя (индуктив-
ной катушки).
Продолжительность лабораторной работы – 2 часа
R3R1 R2

14
ПРИБОРЫ, ОБОРУДОВАНИЕ
В лабораторной работе используются переносные лабораторные
приборы, магазины емкостей и индуктивностей, а также лаборатор-
ный автотрансформатор (ЛАТР), позволяющий изменять напряжение
питания исследуемой цепи.
А. В лаборатории
1. Определить параметры индуктивной катушки, используя
цепь, собранную по схеме (рис. 1).
2.Увеличивая с помощью ЛАТРа напряжение, добиться откло-
нения стрелки амперметра более 0,8 шкалы. Записать показания при-
боров (U, I, P), характеристики приборов (тип, марку, класс точности)
и отключить питание.
Примечание. На многопредельных измерительных приборах
указатель переключателя обозначает максимальное значение измеря-
емой величины в этом диапазоне. Так, если на шкале вольтметра сто-
ят цифры от 0 до 100, а переключатель диапазонов стоит на цифре
300, то это означает, что максимальное значение измеряемого напря-
жения составляет 300 В.
Ваттметр может иметь переключатели у токовой обмотки и у
обмотки напряжения, тогда максимальное значение мощности по
шкале ваттметра определяется как произведение диапазонов обмо-
ток. Так, диапазон токов 5 А, диапазон напряжений 30 В, тогда мак-
симальное отклонение стрелки ваттметра показывает мощность 5 х
30 = 150 Вт. Если на шкале 100 делений, то в одном деление 1,5 Вт.
V
AW
V
ЛАТР
Рис. 1

15
3. Рассчитать активное сопротивление индуктивной катушки
R=P/I2
и напряжение U = IR, где I – то же, что и в п.2.
4. Включить последовательно с катушкой блок конденсаторов.
6. С помощью ЛАТРа установить напряжение, рассчитанное в
п. 2. Изменяя на стенде емкость конденсаторов (включая их тумбле-
ром вверх) снять резонансную кривую I(C). Определить более точно
емкость, при которой ток максимален. Для этого вблизи максимума
необходимо добавлять и убавлять емкость, пользуясь самыми малы-
ми емкостями, имеющимися на стенде. Записать для трех точек дан-
ные в таблицу.
Для построения резонансной кривой выбрать еще по 3 емкости
слева и справа от максимума тока, при которых ток примерно в 2 , в
2 и в 4 раза меньше максимального. Заполнить таблицу из 9 строк
Таблица
U, В C, мкФ I, А UC, В UK, В
Б. Дома
7. По результатам измерений в п. 2 определить индуктивность
катушки LК. Оценить погрешность определения активного сопротив-
ления катушки.
Примечание. Относительная погрешность измерения напряже-
ния 70 В при использовании шкалы 100 В и классе точности прибора
0,5 равна
%.71,0
70
1005,0


u

16
При определении относительной погрешности полного сопро-
тивления катушки, которое вычисляется по формуле Z = U/I, относи-
тельные погрешности измерения напряжений и токов суммируются.
8. Рассчитать емкость, которую необходимо включить в цепь
для получения резонанса. Сравнить ее с емкостью, полученной в п. 6.
9. Используя полученные значения R и Lк, рассчитать для того
же напряжения U = IR токи и напряжения на конденсаторе и катушке
при тех же значениях емкостей, что и в п. 6. Заполнить аналогичную
таблицу.
10. Построить векторные диаграммы, используя данные 2-, 5- и
8-й строчек таблицы.
11. Построить круговую диаграмму тока по результатам измере-
ний в п. 2 и с ее помощью определить максимальные ток и емкость
при максимальном токе.
12. Оформить отчет о лабораторной работе, в котором для каж-
дого эксперимента привести схему исследуемой цепи, измеренные
величины, формулы, диаграммы, выводы (сравнение результатов
эксперимента и результатов расчета). Порядок выполнения работы и
расчеты сопровождать текстовыми пояснениями.
13. Подготовить устно ответы на вопросы.
1. При резонансе напряжений равны или не равны напряжения
на катушке и на конденсаторе? Почему?
2. В последовательной цепи переменного тока возможно ли,
чтобы напряжение на одном из элементов было больше входного
напряжения? Поясните ответ с помощью 2-го закона Кирхгофа.
3. Напряжение на конденсаторе достигает максимума до, после
или при резонансе?
4. Напряжение на индуктивной катушке достигает максимума
до, после или при резонансе?
5. В электротехнике принято фазовое определение резонанса.
Как это понимать?
6. Как определить добротность контура?
7. Какие величины равны друг другу при резонансе?

17
8. Нарисуйте векторную диаграмму при резонансе.
9. Пояснить построение круговой диаграммы.
10. Пояснить построение линии переменного параметра.
11. Пояснить определение максимума тока и емкости конденса-
тора при максимальном токе.
12. Определить по кривой диаграмме емкость при токе, равном
половине Imax.
Бессонов. – М.: ГАРДАРИКИ, 2007. – С. 104 – 114, 159 – 161.
2. Попов, В.П. Основы теории цепей / В.П. Попов. – М.: Высш.
шк., 1995. – С. 177 – 197.
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЁННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ния разветвлённой электрической цепи с помощью круговых и топо-
графических диаграмм.
– приобретение навыков построения круговых и топографиче-
ских диаграмм;
–исследование режимов работы электрической цепи с помощью
круговой диаграммы;
– определение резонанса токов.

18
ОПИСАНИЕ CТЕНДА
Стенд содержит встроенный источник синусоидального
напряжения, переносной вольтметр, ползунковый реостат, щитовые
амперметры, встроенные в стенд резисторы, конденсаторы и катушки
индуктивности.
Изменение емкости С достигается включением тумблеров, а ин-
дуктивности дросселя – регулированием воздушного зазора (для это-
го следует отвернуть на один оборот гайку, вытянуть рычаг и снова
завернуть гайку).
1. Собрать цепь по схеме
(рис. 1).
2. Поддерживая напряже-
ние на входе цепи 30 В, запи-
сать в таблицу значения токов
при C=2 мкФ, C = 4 мкФ и за-
короченных входах конденса-
торов.
U, В С, мкФ I1, А I2, А I3, А
30 2
30 4
30 к.з.
3. Собрать цепь по схеме (рис. 2.)
4. Включить в сеть электронный
вольтметр, установить режимы его ра-
боты (переменное напряжение, диапа-
зон 100 или 30 В) и измерить токи и
A1
A2
A3
b
R r
d c
Z
a
f
Рис.2
е
Rк Xк
~ U C
A1
A2 A3
R
V
Рис. 1

19
напряжения на всех элементах цепи: Uab, Ubc, Ubd, Ude, Uef, Uce, Uaf, Udc.
5.Поменять местами резистор и конденсатор во 2-й ветви и вновь
измерить все напряжения и токи.
Б. Дома
6. По данным п.2 построить круговую диаграмму и определить с
ее помощью токи при С = 2 мкФ и С=4 мкФ, а также минимальные
ток и емкость при минимальном токе.
7. По круговой диаграмме определить емкость и ток при резо-
нансе, а также минимальную и максимальную мощности.
8. Построить векторную диаграмму по данным п.2 (при
С=2 мкФ) и по ней определить параметры катушки индуктивности.
Рассчитать емкость, необходимую для получения резонанса токов.
9. Построить топографическую диаграмму напряжений по дан-
ным п.3.
10. Пользуясь топографической диаграммой, определить актив-
ное и индуктивное сопротивление катушки, подключенной к зажи-
мам ef.
При выполнении п.6 и 7. использовать пример 3.9 из [3].
При определении в п. 7 по круговой диаграмме активной мощ-
ности использовать проекцию полного тока на напряжение. При этом
масштаб мощностей mp = UmI. При определении реактивной мощно-
сти использовать проекцию полного тока на ось, перпендикулярную
напряжению, а масштаб мощностей тот же mQ = UmI.

20
При выполнении п. 8 использовать опыт короткого замыкания,
когда UC =0 и
kI
U
R
2
2  , а также заданное значение емкости
C
XC
314
1
 . Отложив в выбранном масштабе mI ток I2 при C=2 мкФ
(например, по оси х), построим на нем в новом масштабе mU напря-
жения 222
RIUR  (параллельно току) и CX XIU C 2 (перпендикуляр-
но току). Сумма этих векторов определит напряжение сети, фазовый
сдвиг между этим напряжением и током I2. Методом засечек достро-
им токи I3 и I1 (ток I3 отстает от напряже-
ния на угол меньше 90о
)
Проекции напряжения U на ток I3
дает UR mabU k
 . Разделив на ток I3,
определим
3I
U
R kR
k  . Аналогично
UX mcbU L
 и
3I
U
X LX
L  . Для наглядно-
сти построении вектор напряжения U пе-
ренесем в начало вектора I3 (рис. 3) Зная параметры катушки Rk и XL,
а также сопротивление R2, можно определить величину С при резо-
нансе, используя равенство реактивных проводимостей при резонансе
токов
C
C
C
Ck
L
X
XR
X
XR
X



 22
2
22
При построении диаграммы по п.9 вначале строят засечками
диаграмму токов (треугольник по трем сторонам). Для этого необхо-
димо отложить в масштабе токов сначала полный ток (например по
оси х) Затем из начала тока проводят окружность радиусом I2/mI, а из
конца – радиусом I3/mI. Пересечение окружностей определит положе-
ние векторов токов (ток I2 должен опережать I1, а ток I3 – отставать)
Топографическую диаграмму напряжений строят двигаясь против то-
ка, откладывая измеренные напряжения в новом масштабе напряже-
ний mU перпендикулярно или параллельно соответствующим токам.
Начинать построение диаграммы с точки е, так как величины Rk и Xk
неизвестны. Отложив напряжение Ude перпендикулярно току I2,
напряжение Ubd параллельно току I2,а напряжение Uab параллельно
U
0 a
b
c c'
1I
2I
3I
22RI
CjXI2

U
Рис. 3

21
току I1, определим положение точки а. Проведя из этой точки окруж-
ность радиусом Uaf / mU, а из точки f окружность радиусом Uef / mU,
определим положение точки f , как пересечение этих окружностей.
Напряжение Uef должно опережать ток I1 на угол меньше 90о
. Проек-
тируя напряжение Uef на ток I1, определим проекции kRU и kXU и с
их помощью – Rk и Xk. Положение точки с аналогично определяют за-
сечками.
1. Дать определение понятия «резонанс токов». Какие величины
равны друг другу при резонансе?
2. Может ли ток в одной из ветвей цепи переменного тока быть
больше чем суммарный ток? Поясните с помощью 1-го закона
Кирхгофа.
3. Всегда ли, изменяя емкость в схеме (рис. 1), можно получить
резонанс токов? Почему?
4. Нарисовать векторную диаграмму при резонансе токов.
5. Пояснить построение векторной диаграммы (п.8) по трем из-
меренным токам.
6. Пояснить построение круговой диаграммы
7. Пояснить построение линии переменного параметра.
8. Пояснить определение емкости при минимальном токе.
9. Пояснить определение емкости при резонансе.
10. Пояснить построение топографической диаграммы (п.9).
11. Как по топографической диаграмме определить сопротивле-
ния R и XL катушки, включенной между зажимами ef ?
12. Определить по круговой диаграмме минимальную и макси-
мальную реактивную мощность цепи (рис. 1) при изменении емкости
от 0 до ∞.
Бессонов. – М.: Гардарики., 2007. – С. 98 – 110, 158 – 162.

22
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
СО ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ
ния электрических цепей, содержащих индуктивно связанные об-
мотки.
– приобретение навыков разметки индуктивно связанных обмо-
ток;
– определение взаимной индуктивности;
– определение параметров индуктивно связанных обмоток;
– построение векторных диаграмм трансформатора.
Стенд содержит две индуктивно связанные обмотки без магни-
топровода, переносной ваттметр, встроенные амперметры, вольтмет-
ры и лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).
А. В лаборатории A W
V
R
L
L
L
L
ЛАТР
~U
Рис.1

23
1. Собрать цепь (рис. 1) для определения параметров индуктив-
ной катушки
2. Довести ток до значения, не меньшего 2/3 предела измерения
амперметра, при плавно увеличивающемся напряжении. Записать по-
казания приборов U, I, P.
3. Повторить действия по п. 2 для второй катушки.
4. Собрать цепь
(рис. 2), соединив индуктив-
ные катушки последователь-
но. Записать показания при-
боров U, I, P.
5. Поменять местами
концы одной из катушек.
Повторить действия по п.4.
6. Собрать схему
трансформатора (рис. 3). В качестве первичной обмотки взять катуш-
ку с меньшей индуктивностью.
7. Установить сопротивление
нагрузки Rн, равное 30 Ом. Измерить
токи и напряжения в цепи.
8. Установить сопротивление
нагрузки Rн, равное нулю, закоротив
его концы. Измерить токи и напря-
жения.
9. Разомкнуть вторичную цепь и измерить токи напряжения.
Б. Дома
10. По результатам измерений, полученным в п.2 и 3 рассчитать
активные и индуктивные сопротивление индуктивных катушек (R1, X1
R2, X2, L1, L2.).
11. По результатам измерений, полученным в п. 4 и 5, рассчи-
тать взаимную индуктивность, коэффициент индуктивной связи, а
также разметить концы обмоток.
12. По результатам измерений, полученным в п. 9, рассчитать
взаимную индуктивность катушек другим методом. Сравнить резуль-
тат с результатом, полученным в п. 11.
V2 A2
Rн
R2
L2
V1
A1
R1
L1
М
Рис.3
A W
V
L1 R1
L2
R2
~U
Рис. 2
1
1
3
1
2
1
4
1

24
13. По результатам расчетов, полученным в п. 10 и 11, составить
уравнения трансформатора и рассчитать токи и напряжения при со-
противлениях нагрузки RH = 30 Ом и RH = 0 Ом. Сравнить результа-
ты с данными п. 7 и 8. Построить векторные диаграммы трансформа-
тора при RH=30 Ом и RH=0 Ом.
При определении параметров индуктивных катушек по экспе-
риментальным данным использовать формулы
22
2
,, RZX
I
U
Z
I
P
R 
При определении взаимной индуктивности сначала по указан-
ным формулам определить сопротивления двух катушек RΣ, ZΣ, XΣ
для одного эксперимента, а затем, поменяв концы одной из катушек,
для другого эксперимента. Тогда
4
âñòðñîãë XX
M


В том опыте, где ZΣ оказалась меньше (или соответственно, при
неизменном напряжении ток оказался больше) там катушки включе-
ны встречно.
Коэффициент индуктивной связи определяется по формуле
21LL
M
K 
Другим методом взаимную индуктивность можно определить по
данным п.9, так как хххх MIU 12  . Тогда
xx
xx
I
U
M
1
2


При выполнении п.13 использовать уравнения трансформатора

25
 
  .0
;
21222
12111


HZIIMjLjRI
UIMjLjRI




При построении векторных диаграмм трансформатора начинать
необходимо с построения тока I2 в масштабе mI. Далее строят диа-
грамму напряжений в масштабе mU, откладывая соответственно I2 R2
и I2 RH, параллельно току I2, далее I2
2LX перпендикулярно току, а
вектор I1XM – замыкающий треугольника напряжений определит
направление тока I1 (ток должен отставать от напряжения I1XM,так как
1IMjUM
  ). Отложив в ранее выбранном масштабе ток I1 перпен-
дикулярно напряжению I1XM, можно по первому уравнению транс-
форматора достроить диаграмму напряжений: I1 R1 – параллельно то-
ку I1, I1XL – перпендикулярно току I1 и далее I2ωM перпендикулярно
току I2. Сумма этих векторов определит входное напряжение U1.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Как в результате эксперимента определить коэффициент вза-
имной индукции?
2. Как в результате эксперимента определить одноимённые кон-
цы индуктивно-связанных катушек?
3. Как рассчитать коэффициент индуктивной связи?
4. Как в результате эксперимента определить индуктивность
обмотки реле?
5. Как проводится «развязка» индуктивно
связанных обмоток?
6. Нарисуйте схему замещения транс-
форматор без индуктивных связей.
7. Прокомментируйте порядок построения векторной диаграм-
мы трансформатора.
8. Что такое «вносимое сопро-
тивление». Отчего оно зависит?
Согласно или встречно включены
обмотки на рис.4? Почему?
9. Согласно или встречно вклю-
чены L1 и L2 на рис.5?
10. Составить уравнение по 2-
му закону Кирхгофа для контура.
I1 I2
Рис. 4
Рис. 5
M12
M12I1
I3
L1
L2
M23
R2
R1
L3

26
11. Согласно или встречно включены обмотки L1 и L3?
Бессонов. – М.: Гардарики., 2007. – С. 117 – 126.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЁХФАЗНОЙ ЦЕПИ,
СОЕДИНЁННОЙ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»
ния трехфазной цепи переменного тока, соединенной по схеме «звез-
да».
– приобретение навыков разметки трехфазных генераторов и
трансформаторов;
– приобретение навыков сборки трехфазной электрической цепи
по схеме «звезда» с нейтралью и без нейтрали;
–построение топографических диаграмм в трехфазной цепи.
Стенд содержит трехфазный трансформатор, четыре ампермет-
ра, два вольтметра, набор резисторов и катушек индуктивностей.
Вторичные обмотки трансформатора выведены на 6 клемм в произ-
вольном порядке (их предстоит разметить, т.е. установить начало, ко-
нец обмоток и порядок чередования фаз).

27
1. Разметить зажимы источника трехфазного напряжения. Для
этого с помощью вольтметра определить: а) зажимы, принадлежащие
одной фазе, б) начало и конец обмоток, в) последовательность фаз.
При выполнении пункта «а» учтем, что источник находится под
напряжением. Присоединяя концы вольтметра поочередно к двум
зажимам генератора и определим обмотки генератора там, где вольт-
метр покажет напряжение, предварительно повесив бирки на зажимы:
A–X, B–Y и C–Z.
При выполнении пункта «б» соединим две обмотки последова-
тельно. Так, к зажиму Х присоединим зажим В и между зажимами А и
Y измерим напряжение. Если напряжение увеличилось в 3раз по
отношению к предыдущим замерам, то необходимо поменять места-
ми бирки B и Y, если не изменилось, то бирки остаются на местах ,т.е.
концы обмотки второй фазы источника угадали уже в п.1 (для объяс-
нения увеличения напряжения определить разность двух напряжений,
сдвинутых по фазе на угол 120о
и ответьте на п.6 контрольных вопро-
сов).
Аналогично определите начало и конец третьей обмотки источ-
ника.
Для выполнения пункта «в» соедините обмотки источника по
схеме «звезда» (объединив X, Y, Z) и подключите по схеме звезда–
звезда без нейтрали фазоуказатель, состоящий из конденсатора и
двух ламп. Ярко горящая лампа ука-
жет фазу, следующую за фазой к ко-
торой подключен конденсатор. При
несовпадении принятых ранее обо-
значений, поменяйте местами бирки,
например, В и С, а также Y и Z.
2. Собрать цепь по схеме «звез-
да–звезда» без нейтрали (рис. 1).
3. Установить во всех фазах ак-
тивную нагрузку (переключателем, устанавливающим характер
нагрузки). Регулируя сопротивление фазы А для первого варианта
A XZA
B YZB
C ZZC
AAA1
N
A2
A4
A3
K Рис.1

28
(или фазы В для второго), установить во всех фазах одинаковые токи
(симметричный режим).
4. Изменяя сопротивление фазы А (или фазы В), исследовать:
симметричный режим (RA=RВ =RC) и несимметричные режимы (RA=0,
RA= , RA>RC., RA< RC). Записать токи фаз, напряжения на фазах
нагрузки и напряжение смещения нейтрали для всех режимов, запол-
нить таблицу.
Номер
програм-
мы работы
Положение
ключа «к»
Изменяемые
параметры
Результаты измерений
IA IB IC UA UB UC Un№ In№
п. 4 «к»
выкл
RA= RB= RC
RA=0
RA=∞
RA> RB
RA< RB
п. 5
«к»
вкл
RA= RB= RC
RA> RB
RA< RB
п. 6 «к»
выкл
C1
C2
п. 7 «к» вкл R–C–L
п. 8 «к» вкл R–L –C
5. Восстановить равную активную нагрузку во всех фазах.. За-
мкнуть кнопку К, образовав таким образом схему «звезда» с
нейтральным проводом. Измерить токи в нейтральном проводе и в
регулируемой фазе, изменяя активное сопротивление в одной из фаз
(для 3 режимов: RA = RC, RA>RC, RA<RC)
6. Установить в одной из фаз емкостную или индуктивную
нагрузку (по указанию преподавателя). Для двух емкостей или ин-
дуктивностей измерить токи и напряжение фаз, напряжение смеще-
ния нейтрали.
7. Установить во всех трех фазах нагрузку разного характера
(R, L и C). Изменяя активное сопротивление, емкость конденсатора и
индуктивность, установить во всех фазах равные токи. Кнопку дер-
жать нажатой. Измерить ток в нейтральном проводе.

29
8. Поменять местами конденсатор и катушку. Измерить ток в
нейтральном проводе.
Б. Дома
9. Построить топографические диаграммы для всех пяти режи-
мов по п.4.
10. Для одного из значений измеренного тока в нейтральном
проводе по п.5 построить векторную диаграмму токов.
11. Построить потенциальную диаграмму напряжений и вектор-
ную диаграмму токов по результатам измерений, полученным в п. 6.
Здесь же построить теоретическую линию перемещения конца векто-
ра напряжения смещения нейтрали для заданного характера изменя-
ющейся нагрузки (круговую диаграмму).
12. Построить векторные диаграммы токов для п. 7 и 8.
При построении потенциальной диаграммы по п.6 использовать
метод засечек (рис. 3). Построив звезду
напряжений источника трехфазных
напряжений, из точек А и В провести дуги
окружностей радиусами равными напря-
жениям на нагрузках в фазе А и В. Точка
пересечения определит положение нейтра-
ли n1 при заданном значении емкости С1.
Повторив подобные построения для кон-
денсатора С2, определим новое положение
нейтрали нагрузки n2. После этого построить круговую диаграмму и
убедиться, что точки n1 и n2 лежат на дуге окружности.
UA
A
N
B
UB
n1
C
Рис. 3

30
1. Как по результатам эксперимента определить последователь-
ность фаз в трёхфазной системе напряжений?
2. Какова разница между фазными и линейными токами и
напряжениями в трёхфазной системе при симметричной нагрузке?
3. Как рассчитать напряжения и токи в трехфазной системе при
соединении нагрузки по схеме «звезда» без нейтрального провода?
4. Что называется напряжением смещения нейтрали? От чего
оно зависит?
5. Какую кривую на потенциальной диаграмме описывает конец
вектора напряжения смещения нейтрали при изменении в одной из
фаз активного, индуктивного, емкостного сопротивлений и двух рав-
ных активных сопротивлениях в остальных фазах?
6. Обмотки трехфазно-
го трансформатора включи-
ли по схемам а и б (рис 4).
Определите показания воль-
тметров в следующих схе-
мах (рис. 4), если ЭДС фазы
Uф = 20 В.
7. В схеме «звезда» с
нейтральным проводом
RA=ХВ =ХC. Сначала в фазе В была индуктивность, а в фазе С емкость.
Потом их поменяли местами. Изменится ли ток в нейтральном прово-
де?
8. Как построить круговую диаграмму в трехфазной цепи при
изменении емкости в одной из фаз?
9. В схеме «звезда» с нейтральным проводом был симметрич-
ный режим, затем произошел обрыв фазного провода. Что измени-
лось и каким образом?
10. В схеме «звезда» без нейтрального провода был симметрич-
ный режим и затем произошел обрыв фазного провода. Что измени-
лось и в каким образом?
11. В схеме «звезда» с нейтральным проводом был симметрич-
ный режим и затем произошло короткое замыкание нагрузки в фазе
А. Что изменилось и каким образом?
12. При каких условиях можно рассчитать трехфазную цепь «на
одну фазу»?
Рис. 4

31
Бессонов. – М.:ГАРДАРИКИ., 2007. – С. 189 – 197.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЁХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ,
СОЕДИНЁННОЙ ПО СХЕМЕ «ТРЕУГОЛЬНИК»
Цель лабораторной работы –приобретение навыков исследова-
ния трехфазной цепи, включенной по схеме «треугольник».
– приобретение навыков сборки электрической цепи по схеме
«треугольник»;
– приобретение навыков работы с двухлучевым осциллографом;
–построение топографических диаграмм в трехфазной цепи.
Стенд содержит встроенный трехфазный трансформатор, 6 щи-
товых амперметров, 2 вольтметра, 2 переносных (лабораторных) ват-
тметра и двулучевой осциллограф.

32
1. Собрать схему (рис. 1).
Следить, чтобы точка с нагрузки
была обязательно подсоединена
к фазе С источника.
2. Установить одинаковые
фазные токи, регулируя пере-
менное сопротивление одной из
фаз. Записать показания амперметров.
3. Отключить один из линейных проводов. Измерить фазные и
линейные токи и напряжения.
4. Восстановить отклю-
чённый провод и отключить
нагрузку одной из фаз (в зави-
симости от номера варианта).
Измерить фазные и линейные
токи и напряжения.
5. Восстановить отклю-
чённую нагрузку. Подключить
в линейные провода конденсаторы или индуктивные катушки (по
указанию преподавателя), имитирующие сопротивление линии (рис.
2).
Измерить фазные и линейные токи, а также напряжения на фа-
зах трансформатора, нагрузки и на сопротивлениях линии (конденса-
торах).
6. Отключить конденсаторы. В фазу с переменным резистором
добавить (подключить) индуктивность. Измерить фазные и линейные
токи и напряжения.
Б. Дома
7. По результатам измерений, полученных в п. 2, 3 и 4, постро-
ить векторные диаграммы. Выявить изменения для полученных
несимметричных режимов.
8. По результатам измерений, полученных в п.5, построить по-
тенциальную диаграмму. Сопоставить потерю напряжения и падение
напряжения в линии.
A1 A4
A2 A5
A3 A6
A
В
С
с
Z1
Z2
Z3
Рис. 1
Рис. 2
A1 A4
A2 A5
A3 A6
A
Z
Y
Z1
Z2
Z3
C
X
c
В
b
a

33
9. По результатам измерений, полученных в п.6, построить век-
торную диаграмму токов и напряжений. Определить угол сдвига фаз
между током и напряжением в ветви с индуктивностью. По диаграм-
ме рассчитать индуктивность.
При выполнении п. 8 необходимо сначала построить в масшта-
бе напряжений треугольник авс напряжений на нагрузке. Из центра
тяжести треугольника провести фазные токи
Iab, Ibc, Ica, параллельно соответствующим
напряжениям. На их основе построить тре-
угольник линейных токов IA, IB, IC. (рис. 3).
Если в линейных проводах имеются
конденсаторы, то напряжения на них на век-
торной диаграмме изображать отрезками Аа,
Вв, Сс, представляющими в соответствующем
масштабе напряжения CcBbAa UUU  ,, . Эти напряжения проводят из
вершин треугольника напряжений на нагрузке (соответственно, а, в,
с) перпендикулярно линейным токам IA, IB, IC в сторону отставания.
Замыкая полученные точки А, В, С, получим треугольник напряже-
ний на генераторе. Арифметическая разность линейных напряжений
на генераторе и на нагрузке определяет потерю напряжения
abAB UUU  .
При этом падение напряжения в линии (на сопротивлениях линии)
UAa, UBb, UCc обычно оказываются больше по-
тери напряжений ∆U.
При выполнении п. 9 сначала строят
треугольник напряжений на нагрузке а, в, с.
Затем в масштабе токов
5
A
I
I
m  А/см про-
водят фазные токи Iab и Ica параллельно соот-
ветствующим напряжениям (когда индук-
A
B
IA
C
Рис. 3
a
bc
Ica
Iab
AI
Рис. 4
a
bc
CI
caI
bcI
BI
abU
abI

34
тивность включена в фазу «вс»). Сопротивления Rab и Rca одинаковы,
поэтому фазные токи Iabи Ica тоже будут одинаковы и равны 3/AI .
Геометрическая разность токов Iab и Ica определит линейный ток IA.
Далее засечками строят треугольник линейных токов (рис. 4). Для
этого из конца вектора тока IA проводят дугу окружность радиусом,
равном току IB в соответствующем масштабе токов mI.
Аналогично из начала вектора тока IA проводят дугу радиусом,
равном току IC. Точка пересечения дуг определяет третью вершину
треугольника линейных токов. В эту вершину
будет направлен искомый фазный ток Ibc.
Этот ток Ibc отстает от фазного напряжения
Ubc на некоторый угол (рис. 5), так как в этой
фазе включена цепь RL. Проектируя напря-
жение Ubc на ток Ibc (для наглядности их целесообразно объединить
вершинами, используя параллельный перенос), определим проекции
RIU BCR  и LBCL xIU  и с их помощью
,
BC
R
I
U
R 
BC
L
L
I
U
x  и

Lx
L  .
Фазовый сдвиг φ между напряжением и токов в этой фазе можно
определить из формулы
R
L
U
U
tg  .
1. Можно ли включить генератор по схеме «звезда», а нагрузку
по схеме «треугольник»?
2. Как связаны друг с другом линейные и фазные токи и напря-
жения в трёхфазной системе при соединении нагрузки «треугольни-
ком»?
3. Как рассчитать фазный ток, если известны линейное напря-
жение и сопротивление нагрузки в схеме «треугольник».
4.Как определить мощность в трёхфазных цепях?.
5.Как изменятся фазные токи при обрыве фазного провода?
6.Как изменятся линейные токи при обрыве фазного провода?
7.Как изменятся фазные токи при обрыве линейного провода?
8.Как изменятся линейные токи при обрыве линейного провода?
Рис. 5
b
c
UR
UL
Ubc
Ibc

35
9.Сопротивление нагрузки равны ZАВ=ZBC=R; ZCA=R+jXL. Изме-
рены фазные и линейные токи. Как построить векторную диаграмму
токов?
10. Как по диаграмме к п. 9 определить сопротивление XL?
11. Как по диаграмме к п. 9 определить фазовый сдвиг между
током и сопротивлением?
12. Опишите построение потенциальной диаграммы по п. 8. Со-
поставьте потери напряжения и падение напряжения в линии.
Бессонов – М.:ГАРДАРИКИ., 2007. – С. 189 – 191.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
ПРИ РАЗРЯДКЕ КОНДЕНСАТОРА
ния переходных процессов в электрической цепи.
– приобретение навыков работы с электронным осциллографом;
–определение параметров электрических цепей по осцилло-
граммам;
– приобретение навыков определения с помощью осциллографа
напряжения и частоты колебаний, а также постоянной времени цепи.

36
Стенд содержит электронный осциллограф, встроенные источ-
ник постоянного напряжения, конденсаторы, резисторы, катушку ин-
дуктивности и поляризованное реле, подключаемое под переменное
напряжение частотой 50 Гц (с такой же частотой переключаются его
контакты, размыкая и замыкая исследуемую цепь). С помощью пере-
ключателей можно изменять параметры резисторов и конденсаторов.
1. Собрать цепь (рис. 1). Замкнуть переключатель SA, отсоеди-
нив таким образом индуктивную катушку.
2. Установить переключатели, изменяющие емкость конденса-
тора и сопротивление резистора, в крайнее левое положение. На ос-
циллографе добиться изображения напряжения на резисторе.
3. Определить начальное и конечное значения напряжений на
конденсаторе и интервал времени разрядки по кривой напряжения на
резисторе, полученной на экране осциллографа. Зарисовать осцилло-
грамму.
Примечание. Для
определения напряжений с
помощью осциллографа
необходимо перемножить
число клеток на экране на
размер масштаба напряже-
ний, указанном возле ручки
переключателя диапазонов.
Интервал времени разряда
конденсатора можно опре-
делить из пропорции, со-
считав число клеток в пе-
риоде между импульсами и
число клеток за время раз-
V
SA
К1
L
К осцил-
лографу
R
C
+
–
Р
~U
50 Гц
Рис.1
r

37
ряда. При этом воспользоваться тем обстоятельством, что период
между импульсами определяется частотой переключений реле (т.е.
1/50 с).
4. Повторить действие по п. 3, изменив сопротивление R.
5. Разомкнуть переключатель SA, подсоединив таким образом
индуктивную катушку. На осциллографе добиться устойчивого изоб-
ражения затухающих колебаний напряжения на конденсаторе. Зари-
совать осциллограмму.
6. Определить критическое сопротивление, изменяя величину R
и наблюдая за изменением характера разряда на экране осциллогра-
фа. Зарисовать осциллограмму.
Б. Дома
7. По результатам измерений, полученных в п. 3, определить по-
стоянную времени разряда и емкость конденсатора. Повторить то же
по п.4. Емкость конденсатора принять равной среднему арифметиче-
скому по двум значениям.
8. Определить амплитуду соседних колебаний и период колеба-
тельного процесса по кривой напряжения на конденсаторе, получен-
ной на экране осциллографа в п.5. По результатам измерений, полу-
ченных в п. 5, рассчитать параметры колебательного процесса ( и ω).
9. Рассчитать параметры колебательного процесса по известным
параметрам цепи L, C, R+Rk (рис. 1) и сравнить результаты этого
расчёта с результатами расчетов, полученными в п. 8.
10. Определить критическое сопротивление по емкости, полу-
ченной в п. 7, и заданной индуктивности. Полученное значение кри-
тического сопротивления сравнить со значением, полученным в п. 6.
11 Оформить отчет о лабораторной работе, в котором для каж-

38
При определении постоянной
времени цепи RC по эксперименталь-
ным данным следует учесть, что раз-
ряд конденсатора определяется по
формуле

t
C eUtU

 0)( . Выбирая
две точки на кривой (рис. 2) с ордина-
тами а и в, отстоящими по времени на
∆t, можно записать отношение двух соответствующих напряжений

tttt
C
C
eee
ttU
tU




/
)(
)(
. Откуда
b
a
lï



 .
Зная, что для цепи RC постоянная времени τ = RC, можно определить
емкость С по известному сопротивлению R
R
C

 .
При выполнении п. 8 работы можно определить декремент ко-
лебаний как отношение двух последующих амплитуд
T
Tt
t
e
tAe
tAe 









)sin(
)sin(
)(
и логарифмический декремент колебаний ∆ = δT.
Определив период колебаний Т по осциллограмме, рассчитыва-
ем
L
R
T 2


 , частоту затухающих колебаний
T
f
1
 и угловую ча-
стоту затухающих колебаний ω = 2πf.
1. Какими величинами характеризуется процесс разрядки кон-
денсатора на резистор?
2. Как по кривой зависимости напряжения на конденсаторе от
времени UC, при разрядке конденсатора на резистор, определить по-
стоянную времени разряда τ ?
3. Объяснить принцип работы осциллографа.
4. Каким образом в лабораторной установке на экране осцилло-
графа удается наблюдать переходный процесс, длящийся доли секун-
ды?
Рис. 2
uc(t)
a
b
∆t t

39
5. Какими параметрами характеризуется колебательный процесс
разрядки конденсатора на индуктивную катушку? Как они определя-
ются?
6. Дайте определение понятия «критическое сопротивление».
7. Дайте определение понятия «декремент затухания». Как он
определяется?
8. Как связаны друг с другом ток и напряжение на конденсато-
ре?
9. Как связаны друг с другом ток и напряжение на индуктивно-
сти?
10. Сформулируйте законы коммутации.
11. Нарисуйте график тока i=10(e-100t
– e-400t
).
12. Нарисуйте график u= 1000e-100t
sin500t
Бессонов. – М.: Гардарики., 2007. – С. 243 – 249.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
С ИСТОЧНИКОМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ния переходных процессов в электрической цепи с источником по-
стоянного напряжения.

40
V РП
~U
50 Гц
U
R1 R2
L
C
RO
Рис.1
–
+
SA
– приобретение навыков получения осциллограмм в цепях RC,
RL, RCL;
– определение постоянной времени и декремента затухания в
исследуемых переходных процессах;
– закрепление навыков работы с электронным осциллографом.
Стенд содержит двухлучевой электронный осциллограф, встро-
енные источники постоянного напряжения, резисторы, конденсаторы
и катушки индуктивностей, переключаемые соответствующими пере-
ключателями. С помощью поляризованного реле РП, подключенного
к переменному напряжению частотой 50 Гц, замыкаются и размыка-
ются контакты исследуемой цепи. Это позволяет получить периоди-
ческий сигнал и сравнительно просто его осциллографировать.
1. Собрать цепь
(рис.1).
2.Отключить индук-
тивную катушку с помо-
щью переключателя SA
(на схеме переключатель
перевести в верхнее по-
ложение). На экране ос-
циллографа получить
изображение зависимости
напряжения и тока конденсатора от времени.
Примечание. Общие входы осциллографа подключить к клемме
«–», а измерительные входы осциллографа – к сопротивлению RO и
конденсатору С.

637.теоретические основы электротехники лабораторный практикум

637.теоретические основы электротехники лабораторный практикум

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to 637.теоретические основы электротехники лабораторный практикум

Similar to 637.теоретические основы электротехники лабораторный практикум (20)

More from ivanov1566353422

More from ivanov1566353422 (20)

637.теоретические основы электротехники лабораторный практикум