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:

; .

Поиск по сайту: