Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Основные сведения об электрических цепях.

Электроизмерительные приборы и измерение основных

Электрических величин

Цель работы – ознакомление с электроизмерительными приборами, способами их включения, а также измерение основных электрических величин на постоянном и переменном токе.

Программа работы

1. Ознакомление с техническими характеристиками настольных приборов. Определение типа, пределов измерения, цены деления, класса точности.

2. Измерение напряжений, токов и мощностей в цепях постоянного и переменного тока.

3. Определение сопротивлений с помощью показаний приборов по законам Ома и Джоуля-Ленца.

Основные сведения об электрических цепях.

Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенная для прохождения электрического тока.

Электрическая цепь состоит из источника, приемника и промежуточных звеньев (проводов, аппаратов).

Источниками электрической энергии являются устройства, в которых происходит процесс преобразования других видов энергии (химической, тепловой, механической) в электрическую энергию.

Примеры: гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, генераторы.

На электрических схемах источники электроэнергии обозначаются следующим условным обозначением

E - электродвижущая сила (э.д.с.)

Ro - внутреннее сопротивление источника.

Если Ro = 0, то говорят, что у нас источник э.д.с.

Если Ro = 0 и Е = const, то источник называется идеальным. Аккумуляторная батарея по своим параметрам близка к идеальному источнику э.д.с.

Идеальный источник тока I = const

Rвн- внутреннее сопротивление источника тока должно быть гораздо больше сопротивления нагрузки.

Величина тока не зависит от сопротивления нагрузки.

Электрический ток в проводящей среде есть упорядоченное движение электрических зарядов.

Известно, что электрический ток проводимости в металлах представляет собой перемещение отрицательно заряженных частиц - электронов, ток в электролитах и газах - перемещение как положительных так и отрицательных заряженных частиц - ионов.

В любом электротехническом устройстве одновременно протекают 3 энергетических процесса:

1) превращение электрической энергии в тепло, работу

или

P - мощность в цепи постоянного тока,

p - мгновенные значения активной мощности в цепи переменного тока.

2) накопление энергии в магнитном поле

,

Y_K - потокосцепление k - го контура,

L_kl - взаимная индуктивность k - го и l - го контуров.

3) накопление энергии в электрическом поле

,

q_k - заряд k - го проводника

U_kl - напряжение между k - м и l - м проводниками.

С_kl - емкость между k - м и l - м проводниками.

Мгновенные значения напряжения и тока характеризуют режим работы устройства и называются параметрами режима или характеристиками режима.

Величины R(Ом), L(Гн), C(Ф) зависят от свойств самого устройства, его конструкции и являются параметрами этого устройства.

Те или иные соединения этих элементов называются электрической цепью, а графическое изображение цепи - электрической схемой.

Пример.

Реальная катушка индуктивности. Схема замещения.

R - протекающий ток нагревает проводники.

L - в катушке создается запас энергии магнитного поля.

C - в межвитковых емкостях создается запас энергии электрического поля.

Электрическому току приписывается направление, за которое принимают направление перемещения положительных зарядов (противоположное направлению движения отрицательных зарядов).

Участок электрической цепи с обозначением

направления тока.

Электрический ток может быть постоянным или переменным во времени. Единицей измерения тока является ампер (А). Численно ток определяется как , где q - количество электричества, прошедшего через рассматриваемое сечение проводника за время t.

Приемниками электроэнергии (нагрузкой) являются устройства, в которых электрическая энергия превращается в световую (лампочки), тепловую (дуговая печь), механическую (электродвигатели). На электрических схемах постоянного тока приемники обозначаются

R - сопротивление или резистор.

Сопротивлением называется элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую. Термин "сопротивление" применяется для условного обозначения элемента цепи и для количественной оценки величины R.

Величина R любого приемника, строго говоря, не остается постоянной при протекании по нему тока, так как сопротивление зависит от температуры.

Для практических расчетов в электрических цепях величину R можно принимать постоянной. Поэтому зависимость напряжения на сопротивлении R от силы тока (вольт-амперная характеристика) будет линейной.

U = I×R

= const

Электрические цепи, в которые включены постоянные по величине сопротивления, называются линейными.

Некоторые сопротивления значительно изменяют свою величину в зависимости от величины тока или величины напряжения. Вольт-амперная характеристика таких сопротивлений является нелинейной. Электрические цепи, включающие в себя такие элементы, называются нелинейными.

¹ const

Обозначение на схемах

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью.

измеряется в сименсах (см).

Измерением называется процесс нахождения опытным путем значения физической величины с помощью специальных технических средств. Электроизмерительные приборы широко используются при наблюдении за работой электроустановок, контроле за их состоянием и режимами работы, при учете расхода и качества электрической энергии, при ремонте и наладке электротехнического оборудования.

Наибольшее распространение получили аналоговые приборы непосредственной оценки, которые классифицируются по следующим признакам: род тока (постоянный или переменный), род измеряемой величины (ток, напряжение, мощность, сдвиг фаз), принцип действия (магнитоэлектрические, электромагнитные и ферродинамические), класс точности и условия эксплуатации.

Для расширения пределов измерения электрических приборов на постоянном токе используются шунты (для тока) и добавочные сопротивления (для напряжения). На переменном токе используются трансформаторы тока и напряжения.

Измерение напряжения осуществляется вольтметром, подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.

Измерение тока осуществляется амперметром, включаемым последовательно с элементами исследуемой цепи.

Измерение мощности и сдвига фаз в цепях переменного тока производится с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которая включается последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.

На данных лабораторных стендах напряжение, сопротивление и ток можно измерить либо мультиметром, расположенном на стенде, либо с помощью преобразователя и компьютера.

На данных лабораторных стендах мощность, сдвиг фаз, сопротивление участка электрической цепи вычисляется компьютером по показаниям двух приборов - амперметра и вольтметра, подключенных к этому участку.

Цена деления прибора представляет собой значение измеряемой величины, вызывающее отклонение стрелки прибора на одно деление и определяется зависимостями:

; .