Меню

Ток одноименный что такое

Анализ электрических цепей Лекции и лабораторные работы

Назначение и принцип действия трансформатора Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор имеет не менее двух обмоток, у которых есть общий магнитопровод и которые электрически изолированы друг от друга.

Одноименные зажимы

При анализе цепей с взаимной индуктивностью возникает задача определить, каким образом (согласно или встречно) по отношению к выбранным условным положительным направлениям токов включены рассматриваемые индуктивные катушки и в соответствие этим какой знак (плюс минус) необходимо использовать выражениях (10.10), (10.11). Если конструкции индуктивных катушек, частности направления их намотки, известны, а заданы, то для выбора знака достаточно, воспользовавшись правилом буравчика (правоходового винта), определить магнитных потоков самоиндукции каждой из катушек. Например, применяя правило буравчика, устанавливаем, что у изображенных на рис. 10.1, взаимоиндукции катушек одинаковы.

При вычерчивании принципиальных электрических схем цепей с взаимной индуктивностью индуктивные катушки изображают помощью условных графических обозначений, которые не отражают особенностей их конструкции. Для выяснения, является ли данное включение катушек согласным или встречным, вводят понятие одноимённых зажимов связанных индуктивных катушек.

Одноименными зажимами двух связанных индуктивных катушек называется пара зажимов, выбранных таким образом при одинаковых относительно этих зажимов направлениях токов магнитные потоки самоиндукции и взаимоиндукции в каждой из них суммируются. Одноименные зажимы помечают одинаковыми значками (буквами, точками, звездочками, треугольниками т. п.), проставляемыми непосредственной близости к соответствующим зажимам. Вторую пару одноименных специально не обозначают (рис. 10.2).

Когда общим магнитным потоком связано не две, а большее количество индуктивностей, одноимённые зажимы каждой из пар обозначают с помощью различных значков. Магнитные усилители с самонасыщением (МУС) Дроссельный магнитный усилитель в сочетании с внутренней положительной обратной связью по току – представляет собой МУС.

Рис. 10.2. Условные графические обозначения связанных индуктивностей на эквивалентных схемах

Итак, если токи связанных индуктивностей одинаково ориентированы относительно одноименных зажимов, то такое включение является согласным и в выражениях (10.11) следует использовать знак плюс, противном случае, встречным необходимо минус (величина М при этом считается положительной). Например, индуктивности L1 L2 на рис. 10.2 включены согласно, а L3, L3 — встречно.

10.3. Коэффициент связи между индуктивными катушками

Величина, количественно характеризующую степень связи между катушками — коэффициент связи. Коэффициент kм представляет собой среднее геометрическое из отношений потока взаимоиндукции к потоку самоиндукции каждой катушек:>

(10.12)

Значения коэффициента связи лежат в пределах 0

Таким образом, максимальное значение взаимной индуктивности катушек не может превышать среднего геометрического их индуктивностей.

Выводы>

Если две индуктивности связаны, то напряжение на зажимах одной из них зависит не только от протекающего через неё тока, но другую.

Индуктивную связь между катушками учитывают, вводя понятие взаимной индуктивности.

Количественно степень связи катушек характеризуется коэффициентом связи.

В зависимости от взаимного расположения индуктивных катушек различают встречное и согласное включение. При согласном включении магнитные потоки самоиндукции взаимоиндукции суммируются, при встречном — вычитаются.

Различают однофазные и трехфазные трансформаторы. На щитке трансформатора указывают его номинальное напряжение, полную мощность, токи, напряжение короткого замыкания, число фаз, частоту, схему соединения, режим работы и способ охлаждения. В зависимости от напряжения различают обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). По способу охлаждения трансформаторы делят на сухие и масляные. На рис. 9.2 показан трехфазный трансформатор масляный с трубчатым баком, где 1 – магнитопровод; 2 – обмотка НН; 3 – обмотка ВН; 4 – выводы обмотки ВН; 5 – выводы обмотки НН; 6 – трубчатый бак; 7 – кран для заполнения маслом; 8 – выхлопная труба для газов; 9 – газовые реле; 10 – расширитель масла; 11 – кран для спуска масла.

Источник

Одноименные зажимы индуктивно связанных катушек.

Рассмотрим две катушки ,расположенные на одном основании (рис 5.2)

Направление тока и вызванного им магнитного потока связаны по правилу правого винта. Следовательно ток i1 будет вызывать поток Ф1, направленный влево. Ток i2 будет вызывать магнитный поток Ф2 ,также направленный влево.

Зажимы индуктивно связанных катушек, одинаковое направление токов относительно которых, вызывает одинаковое направление потоков –называются одноименными. На электрических схемах цепей одноименные зажимы катушек принято обозначать жирными точками или звездочками .

Последовательное соединение индуктивно связанных катушек при согласном включении.

Рассмотрим две индуктивно связанные катушки ,соединенные последовательно (рис 5.3) . Каждая из катушек обладает индуктивностью L1 и L2 и активным сопротивлением проводника из которого катушка изготовлена r1 и r2. Индуктивная связь на электрической схеме указана двусторонней стрелкой и взаимной индуктивностью М.

Одноименные зажимы катушек обозначены жирными точками и расположены так, что протекающий под воздействием напряжения uтокiвызывает в катушках одинаковое направление потоков. Поэтому включение называется согласным.

Запишем уравнение представленной на рис 5.3 цепи в мгновенных значениях токов и напряжений

Для комплексов действующих значений токов и напряжений последнее уравнение примет вид:

Перепишем это уравнение следующим образом:

Выражение в квадратных скобках называется сопротивлением двух последовательно соединенных индуктивно связанных катушек при согласном включении

Выражение в круглых скобках называется полной индуктивностью двух последовательно соединенных индуктивно связанных катушек при согласном включении

Очевидно Zсогл>Z, гдеZ-полное сопротивление двух последовательно соединенных катушек без индуктивной связи:

Увеличение сопротивления Zсогл происходит за счет увеличения полной индуктивности Lсогл.

Построим векторную диаграмму двух последовательно соединенных индуктивно связанных катушек при согласном включении. Для этого задаемся вектором тока . Напряжение на активном сопротивлении первой катушкисовпадает по фазе с током. Напряжение на индуктивности первой катушкиопережает ток на 90 0 . Откладываем этот вектор с конца вектора под прямым угломk току . Напряжение на первой катушке, вызванное индуктивной связьютакже опережает ток на 90 0 . Откладываем этот вектор с конца вектора . Напряжение на активном сопротивлении второй катушкисовпадает с током. Напряжение на второй индуктивностии напряжение на второй катушке обусловленное взаимной индуктивностьюопережает ток на 90 0 .

Откладываем вектора напряжения в таком же порядке: следующий вектор откладывается с конца предыдущего.

В результате получим векторную диаграмму изображенную на рис 5.4.

Соединяя начало вектора и конец последнего вектора, получим напряжение. Сумма первых трех векторов напряжения дает напряжение на первой катушке. Напряжение на второй катушке, получается как сумма последних трех векторов напряжения.

Последовательное соединение индуктивно связанных катушек при встречном включении.

Рассмотрим две последовательно включенные индуктивно связанные катушки (рис 5.5). Каждая из катушек обладает индуктивностью ии активным сопротивлением проводника из которого катушка изготовленаи. Индуктивная связь на электрической схеме указана двусторонней стрелкой и взаимной индуктивностью М.

Одноименные зажимы катушек обозначены жирными точками. Ток втекает в одноименный зажим первой катушки и вытекает из одноименного зажима второй катушки. Следовательно магнитные потоки катушек будут направлены навстречу друг к другу. Поэтому такое включение называется встречным.

Запишем уравнение представленной на рис 5.5 цепи в мгновенных значениях токов и напряжений

Отличается приведенное уравнение от соответствующего для согласного включения отрицательными знаками при напряжениях взаимоиндукции. Физически эта означает противоположные направления падений напряжения самоиндукции и взаимоиндукции, вызванные встречным направлением потоков катушек.

Для комплексов действующих значений токов и напряжений последнее уравнение примет вид:

Перепишем это уравнение следующим образом:

Выражение в квадратных скобках называется полным сопротивлением двух последовательно соединенных индуктивно связанных катушек при встречном включении.

Выражение в круглых скобках называется полной индуктивностью двух последовательно соединенных индуктивно связанных катушек при встречном включении.

Очевидно , гдеZ – полное сопротивление двух последовательно соединенных катушек без индуктивной связи.

Уменьшение сопротивления Zвстр происходит за счет уменьшения полной индуктивности Lвстр на величину 2М.

Таким образом справедливо равенство

Взаимную индуктивность М двух катушек можно определить через полную индуктивность при согласном и встречном включениях.

Вычитая из выражения для Lсогл выражение для Lвстр получим:

Читайте также:  Номинальный ток 520 а

,

Построим векторную диаграмму двух последовательно соединенных индуктивно связанных катушек при встречном включении. Построение диаграммы подробно описано в разделе 5.3 . Отличие состоит в том , что векторы напряжения взаимоиндукции будут отставать от тока и иметь противоположное по сравнению с рис 5.4 направление.

Векторная диаграмма для встречного включения представлена на рис 5.6

Вектор напряжения , приложенного к цепи, представляет собой сумму векторов всех напряжений. Сумма первых трех векторов дает напряжение на первой катушке. Напряжение на второй катушкеполучается как сумма последних трех векторов напряжения.

Для встречного включения катушек представляет интерес рассмотрение двух частных случаев.

Случай 1. . Взаимная индуктивность М больше индуктивностиL2 , но меньше индуктивности L1. Для этого случая векторная диаграмма представлена на рис 5.7

Из диаграммы видно, что напряжение на второй катушке отстает по фазе от тока, что наблюдается в цепях с активно-емкостным характером сопротивления. Отставание напряжения на второй катушке от тока называется эффектом емкостного сопротивления. Он может наблюдаться только на одной из катушек у которой индуктивность меньше взаимной индуктивности.

Случай 2. . Индуктивности катушек равны между собой и равны взаимной индуктивности . Для этого случая векторная диаграмма представлена на рис 5.8

Из диаграммы видно, что приложенное напряжение и ток в цеписовпадают по фазе. Входное сопротивление цепи носит активный характер. Реактивное сопротивление равно нулю. Этот эффект используется на практике при изготовлении высокоточных сопротивлений для измерительных устройств. Как правило такие сопротивления выполняются в виде отрезка высокоомного проводника, намотанного на изолирующее основание. Индуктивность такой обмотки отрицательно сказывается на точность работы измерительного устройства, т.к индуктивное сопротивление зависит от частоты.

Для того, чтобы избавится от индуктивности сопротивление наматывают двумя проводниками одновременно и полученные катушки включают встречно.

При этом выполняется условие , а.

Источник



Что такое электрический ток?

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

  • к производственному цеху;
  • квартире;
  • на поле;
  • в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Опыт с заряженными телами

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Электрофорная машина

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м 2 . Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Читайте также:  Неравенство токов в фазах

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

  1. Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
  2. квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
  3. Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
  4. Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Электрический ток в металлах

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Электрический ток в газах

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

  • все благородные металлы;
  • медь;
  • алюминий;
  • олово;
  • свинец.

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Источник

Одноименные и разноименные зажимы индуктивно-связанных катушек

На практике встречается согласного и встречное включение катушек.

При согласном включении магнитные потоки самоиндукции и взаимоиндукции в катушках по направлению совпадают, поэтому ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции в каждой катушке также направлены одинаково.

При встречном включении магнитные потоки, а также ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции по направлению противоположны.

На схемах замещения взаимная индуктивность обозначается буквой М и дугой, объединяющей два индуктивно-связанных элемента (рис. 8.1). Для того чтобы различать согласное и встречное включения, на схемах обозначают также начала индуктивно-связанных катушек, отмечая их точками или звездочками.

Зажимы индуктивно-связанных катушек называют одноименными (начала или концы), если при согласном включении положительное направление токов, принятое на схеме, относительно этих зажимов одинаково (рис.8.1 а). При встречном включении (рис.8.1,б) ток в одной

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

катушке направлен к началу, а в другой – к концу.

Разметка зажимов на основе опыта.

Направление магнитных потоков катушек зависит от их взаимного расположения и направления намотки витков. При отсутствии сведений о расположении начал и концов можно провести простой опыт, для которого кроме самих индуктивно-связанных катушек требуются гальванический элемент (или аккумулятор) и гальванометр

(рис.8.2)
Рис.8.2.
Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

Одну из катушек через ключ присоединяют к гальваническому элементу, к зажимам другой подключают гальванометр. В момент замыкания ключа возникают токи в обеих катушках, причем ток i2 создает магнитный поток, направленный навстречу потоку первой катушки (правило Ленца). Поэтому при включении гальванического элемента токи i1 и i2 направлены противоположно относительно одноименных зажимов. Направление тока i1 известно, так как известна полярность источника питания, а направление тока i2 определяется по отклонению гальванометра. Ток i2 направлен к положительному зажиму гальванометра, если стрелка его отклоняется по шкале (шкала односторонняя). Одноименными зажимами катушек являются зажимы, к которым присоединены зажимы источника и гальванометра: два других зажима также одноименны.

Индуктивно связанные катушки имеют такие параметры, как активное сопротивление, индуктивность, взаимная индуктивность. Активное сопротивление зависит от длины, сечения и материалопровода. Индуктивность зависит от конструкции катушки, числа витков, сечения катушки, ее длины и проводимости среды (сердечника), все это выражено в формуле:

Взаимная индуктивность катушки зависит от индуктивности в каждой из них и их взаимного расположения.

1. Индуктивность вычисляется по результатам измерения силы тока, напряжения и активной мощности. Для включения стенда его подготавливают к работе, т.е. собирают схему согласно рисунка 8.2.

Читайте также:  Чем вредны блуждающие токи

2.

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

Подключают ваттметр токовую катушку к клеммам 1-2 причем к контакту «1» подключают 1 токовый конец со звездочкой, к контактам 3-4 подключают катушку напряжения ваттметра, причем конец со звездочкой к клемме «3». К клеммам подключают измеряемую катушку. Разблокировав кнопку « Стоп» показывают руководителю собранную схему и с его разрешения нажимают кнопку « Пуск». Снять показания “PV” “PA” “PW” и занести в таблицу и по опытным данным рассчитать.

Полное сопротивление :

Активное сопротивление:

Индуктивное сопротивление:

Индуктивность катушки:

Согласное включение. Таблица8.2

U, B I, A P, Вт Z, Ом R, Ом XL, Ом L, Гн
Из опыта Из расчета
Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

Встречное включение. Таблица8.3

U, B I, A P, Вт Z, Ом R, Ом XL, Ом L, Гн
Из опыта Из расчета

2. Для опытного определения взаимной индуктивности измеряют: ток, напряжение и мощность в цепи при согласном или встречном включении катушек индуктивности. При этом рассчитывают индуктивность при согласном LL и встречном LB включении индуктивностей по раннее приведенным формулам. Взаимную индуктивность определяют:

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

так как не всегда можно определить, как включены катушки согласно или встречно.

Есть соотношение, когда при согласном включении индуктивностей их полное сопротивление всей цепи больше чем при встречном включении XLc > XLв; ZC > Zв

A

Исходные данные: средний диаметр кольца 10см; его поперечное сечение –

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

квадрат со стороной 0.02м.

1. Вычисление взаимной индуктивности.

Взаимная индуктивность M=ψ21/I121 . w/I1, где Ф21 – магнитный поток, пронизывающий вторую катушку с числом витков w2, но созданный током I1 в первой катушке.

Ток I1, проходящий по виткам первой катушки, создает в точках средней линии магнитную индукцию Bср = μHср, где Hср— напряженность магнитного поля в точках средней линии. Hср = I1 . w1/lср. I1 . w1=Fмс – магнитодвижущая сила. lср =πdср – длина средней магнитной линии.

Магнитный поток, создаваемый током любой из обмоток, пронизывает витки другой обмотки (подразумевается, что диаметры обмоток мало отличаются друг от друга). Таким свойством обладают не только кольцевые катушки, но и цилиндрические, если их обмотки распределены равномерно. Поэтому Ф211, следовательно M=Ф1 . w/I1.

2. Вычисление коэффициента связи.

k=M/(√L1 . L2), где М – взаимная индуктивность, L1 и L2 индуктивности

обмоток, которые можно определить по формулам: L1= ψ/I1 = Фw1/I1=

3. Вычисление индуктируемой ЭДС.

При переменном токе в первой катушке во второй индуктируется ЭДС индукции е2=-w221/dt=-Mdi1/dt, где производная di1/dt определяет скорость изменения переменного тока первой катушки.

Если током i2=i1 питать вторую обмотку вместо первой, то в первой обмотке будет индуктироваться ток е1=-w112/dt=-Mdi2/dt,= е2

Таким образом, индуктируемая ЭДС в любой из индуктивно-связанных обмоток одна и та же, если в обмотках протекают одинаковые токи.

В этом проявляется принцип взаимности индуктивно-связанных катушек.

1. Какие контуры называют индуктивно или магнитно-связанными?

2. В чем проявляется принцип взаимности для индуктивно-связанных катушек?

3. Как определяется взаимная индуктивность?

4. Как определяется коэффициент связи?

5. В чем заключается физический смысл явления электромагнитной индукции?

6. Как определяется ЭДС индукции?

7. Как определяется ЭДС самоиндукции?

8. Где используется явление взаимоиндукции?

В результате выполнения лабораторной работы студент должен

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

иметь представление:

· о физических процессах электромагнитной индукции и самоиндукции;

· основные параметры и характеристики магнитного поля, явлениях индукции и самоиндукции;

· основные зависимости для расчета индукции и самоиндукции;

· рассчитывать параметры индукции и самоиндукции;

· обрабатывать и анализировать результаты расчетов и экспериментов;

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

Практическая работа 2.

Тема: Расчет неразветвленной цепи переменного тока с помощью векторных диаграмм, символическим методом.

Цель работы: закрепление методики расчета неразветвленной цепи переменного тока, построения топографической диаграммы и ее применения для определения параметров участка цепи, применения комплексных чисел для расчета цепей переменного тока.

Задание к практической работе.

1. Повторить по учебнику или конспекту законы Ома и Кирхгофа для переменного тока в символической форме.

2. Повторить методику построения векторной диаграммы.

3. Повторить методику построения многоугольников сопротивлений.

4. Получить у преподавателя задание и выполнить расчет с построением топографической диаграммы и многоугольника сопротивлений цепи.

5. Определить по диаграмме напряжение на заданном участке, записать закон его изменения.

6. Выполнить расчет цепи символическим методом.

7. Защитить работу.

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

Таблица 2.1.

№ варианта R1 Ом R2 Ом R3 Ом X1 Ом X2 Ом X3 Ом X4 Ом Дополнительный параметр
QL1=150вар
I=2A
U=40B; Ψ=30 0
U=50B; Ψ = 45 0
I=5A
I=3A
PR1=150Bm
U=100B
S=360Bm
P2=200Bm
I=4A
I=2A
P=200Bm
S=800BA
U=80Bm
I=3A
I=2A
U=60B
U=50B
I=4

Контрольные вопросы.

1. Как определяется полное сопротивление неразветвленной цепи переменного тока?

2. Приведите формулы определения сопротивлений элементов цепи, полного сопротивления цепи в символической форме.

3. Объясните порядок построения топографической диаграммы.

4. Что означает коэффициент мощности и как он определяется?

5. Способы повышения коэффициента мощности?

6. От чего зависит величина фазового сдвига между общим напряжением цепи и током?

7. От чего зависит знак угла фазового сдвига?

8. При каких значениях реактивных сопротивлений цепи ток и общее напряжение совпадают по фазе?

9. Что означает индуктивный характер цепи?

10. Что означает емкостной характер цепи?

11. Объясните физический смысл активной мощности.

12. Объясните физический смысл реактивной мощности.

В результате выполнения практической работы студент должен

иметь представление:

ü о влиянии различных параметров нагрузки на конфигурацию векторных диаграмм, на коэффициент мощности;

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

знать:

ü основные зависимости для расчета параметров векторных диаграмм;

ü правила построения векторных диаграмм для неразветвленных цепей переменного тока;

ü законы Ома и Кирхгофа в символической форме;

уметь:

ü выполнять построение векторных диаграмм для электрических цепей различной структуры и состава элементов нагрузки;

ü

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

подбирать параметры элементов электрической цепи для решения заданной задачи;

ü применять комплексные числа для расчета цепей переменного тока.

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

Лабораторная работа 9.

Тема: Исследование электрической цепи переменного тока при последовательном соединении активного и реактивного сопротивлений.

Цель работы: экспериментально проверить влияние величины активного и реактивного сопротивлений на электрические параметры цепи.

Объект и средства испытаний.

Объектом испытаний является неразветвленная электрическая цепь переменного тока.

Оборудование.

Электрическая цепь смонтирована на стенде. В качестве измерительных приборов используются щитовые и выносные приборы. Питание стенда осуществляется от центрального пульта преподавателя.

Наименование прибора Тип Характеристика Количество
Амперметр
Вольтметр
Вольтметр

З

Задание к лабораторной работе.

1. По методическому пособию к лабораторной работе ознакомиться с порядком ее выполнения.

2. По конспекту или учебнику повторить:

ü основные параметры переменного тока ;

ü законы Ома и Кирхгофа для переменного тока;

ü

Изм.
Лист
Подпись
Дата
Стр

построение векторной диаграммы неразветвленной

цепи переменного тока;

ü треугольники сопротивлений и мощностей.

3. Подготовить отчет по лабораторной работе.

4. Ознакомиться с измерительными приборами и записать основные технические данные в таблицу 9.1.

5. Определить цену деления каждого измерительного прибора.

6. Получив допуск, снять показания приборов и занести их в таблицу.

7. По полученным данным рассчитать сопротивление каждого элемента цепи и его мощность, сопротивление и мощность всей внешней цепи.

8. Учитывая, что частота изменения тока и напряжения составляет 50 Гц, определить индуктивность катушки.

9. Убедиться, что выполняется законы Ома для действующих и

амплитудных значений электрических параметров цепи.

10. Построить векторную диаграмму и убедиться, что законы Кирхгофа выполняются для векторных величин электрических параметров цепи.

Источник