Автор: Раскатов А.И.  

Теги: электротехника   лабораторные работы  

Год: 1962

Похожие

Электротехника

Курс электротехники

Основы электротехники и электроники в задачах с решениями

Основы электротехники, микроэлектроники и управления. Теория и расчет. Том 1

Текст 
                    А. И.РАСКАТОВ
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
ВСЕСОЮЗНОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ПРОФТЕХИЗДАТ
Москва 1962


6П2.1
Р.24
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
В книге даны по разделам краткие теоретические сведе­
ния по электротехнике, методика и порядок выполнения ла­
бораторных работ.
Книга составлена в соответствии с учебными програм­
мами по общей электротехнике техникумов профтехобразова.
ния и может быть использована в качестве руководства к
лабораторным работам по общей электротехнике, а также
частично по курсам «Теоретические основы электротехники»
и «Электрические машины» электротехнических специально­
стей техникумов.
Автор А. И. Раскатов - доцент кафедры электротехники
и электроники Московского технологического института мяс­
ной и молочной промышленности.
Со всеми замечаниями по книге просим обращаться по
адресу: Москва, Центр, Хохловский пер., 7, Профтехиздат.


ПРЕДИСЛОВИЕ
Пр.и современном ,ра,зв,итии электротехники и широком ее
применении во всех областях на1родного хозяйства инженерам,
техникам tИ рабочим самых ·различных ,специальностей прихо­
дИ'I'СЯ в своей рабо'I'е иметь дело с ВО'Пtросами прим.енения элек­
троэнер,r,ии. Без достаточно глубокого знания элею1рот,ехники
и ясного пред,ста,вления о ф,из,ических процессах в электриче­
сюих установках нельзя улучшить технологию производства,
применить новые методы конТtроля, измерений и т. д.
Существ,енной соста,вной ча,стью пр-елодавания курса «Элек­
тротехника». являются лабо·раторные заня11ия. Лабораторные
занятия помогают лучшему усвоению курса и ,развитию у уча­
щих,ся практических на-вы.1юв.
Да1нное руководство содержит 38 лабораторных работ. Ра­
боты составлены так, что в зависимости от числа часов, отво­
димых на лабо-раторные занятия, отдельные работы могут быть
выполнены полностью :или ча,стично. Вводный теоретичес:к;ий ма­
тер,иал, чтобы облегчить .У~ащимся подготовку, излага,ется по
nтдельным работам. Это ~,дет учащимся возможность выпол­
нять лабораторные ,работы пр1и любой по"слеловательности. Ка­
ждая лабо1раторная работа построена по плану:
1) цель работы;
2) общие сведения;
З) описание установ~и и методика проведения опыта:
4) порядок проведения работы;
5) контрольные вопросы.
Обычно элект,рот-ехНlические лаборатории ,имеют неодинако­
вое оборудование, поэтому в каждой работе приводится не~
сколько схем, с тем чтобы преподаватель имел возможность
. выбора.


ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ В ЛАБОРАТОРИИ
1. Занятия учащи~ся в ла·боратории проводятся в дни и
часы согласно расп,исаН!ию заняТ1ий.
2. Вход в лабораторию в-ве,рхней одежде воспрещает,ся.
3. Группа, работающая в лаборатОР'ИИ, ,разбивается препо­
давателем на бригады. В каждой бригаде должно быть не более
двух-трех человек.
4. Каждый учащийся должен за,ранее получить у препода­
вателя задание к предстоящему заняТ1ию и хорошо ;подготовить
его. Учащийся, 1не подготовивший задания, к занятиям не допу­
скается.
5. Учащиеся, пропу,с11ившие учебные занятия в лаборатории
по болезни или не допущенные к занЯ'тиям .из-за неподготовлен­
ности, должны выполнить пропущенную работу в свободное от
занятий ·время, в ча1сы по расписанию лаб-оратории.
6. Перед началом работы каждый учащийся должен озна­
комиться с -приборам1и, необходимыми для выполнения данной
работы, зап.исать ~номинальные величины приборов системы,
клаесы точности, за•вод, фабричные номера; вычерТ1ить схему
соединения на бумаге и показать преподавателю. После утвер­
*дения схемы преподавателем учащиеся пр1Истулают к •ее сбор­
ке при разомкнутых рубильниках.
17. Сборку схем нужно начинать с главной последователь­
ной цепи, а затем подключать параллельные цепи, например
цепи ваттметров, фазометров и т. п .
. 8 . ~Необходимо проверить правильность положения электро­
измерительных приборов согласно у:казательным стрелкам, а
также проверить нулевое положение стрелок приборов.
9. Собранную схему должен проверить препода!Ватель или
лаборант. Включать рубильники можно только после разреше­
ния преподавателя или лаборанта.
4


1О. Запрещаетсs~ прикасаться голыми руками к неизолиро­
ванным частям рабочей установки и включать под напряжение·
провода, у которых один из концов остается свободным.
11, Всякие пересоединения в схеме должны производиться
при выключенных рубильниках. После каждого пересоединения
схема должна быть проверена препода,вателем или лаборан­
том.
112. Перед началом работы, а также перед каждым включе­
нием схемы регулировочные реостаты должны быть полностью
включены, а переключатели электроизмерительных приборов
на несколько пределов измерений должны быть установлены
на наибольшие значения.
113. Прежде чем приступать к записи показаний приборов,
следует предварительно проделать весь опыт.
14. Показания приборов следует записывать в заранее со­
ставленную таблицу в делениях шкалы с последующим их пе­
реводом ,в именованные величины.
1-5. Во !Время работы запрещается отходить от приборов и
машин, находящихся под напряжением.
116. За,прещается брать оборудование и приборы с чужих
рабочих мест без разрешения преподавателя или лаборанта.
117. В случае неисправности или повреждения приборов уча­
щиеся должны немедленно зая1Вить об этом преподавателю или
лаборанту.
1,8. По окончании работы каждый учащийся должен пред­
ста~в,ить препода1вателю таблицы наблюдений с контрольными
подсчетами и получить,.рт него поме11ку, что результаты рабо­
ты верны. Толыко после этого можно приступить к разбор,ке
схемы, отключив предва1рительно источник питания. Бели полу­
ченные данные неправ1ильны, то опыт следует повторить.
19. К: следующему занятию каждый учащийся обязан пред­
ставить отчет о проделанной раб0те, в котором должны содер­
жаться следующие данные:
а) группа, фамилия и инициалы, производи1Вшего опыт;
б) дата проведения опыта;
'В) краткое содержание работы;
г) схемы;
д) данные приборов (система. тип, номер и т. д.), машин
(номинальные значения мощности, тока, напряжения, коэффи­
циента мощности, скорости вращения и т. д.) и аппаратуры;
е) таблицы с результатами измерений и вычислений;
ж) формулы, по коrорым производились вычисления;
з) графики.
5


20. Схемы, диаграммы и графики должны быть ~вычерчены
при помощи чертежных инструментов, а отчеты написаны чер­
нилами. Диаграммы и график·и нужно выполнять в масштабе.
В начале осей кюординат должен быть нуль, а по осям - рав­
номерные деления масштабов. Если в одной системе координат
имее11ся нес,колыко графиков, то желательно их вычерчивать
разноц,ветными карандашами или тушью.


Глава/
ПОСТОЯННЫЯ ТОК
РАБОТА No 1
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ
МЕТОДОМ ВОЛЬТМЕТРА И АМПЕРМЕТРА
Цель работы
Целью работы Я'Вляе'tся озна1юмление с измерением соп,ро­
тивлений средней вел1Ичины (от 1 до 100 ООО ом) методом
вольтметра и а,мперметра.
Общие ,сведения
Метод вольтметра и амперме11ра полу~ч1Ил широкое ,пр1имене­
ние на праюшк,е. Он основан на прим,енении закона Ома к уча­
стку .ц~пи. Зная паден,ие напряжеНrия Их на участке •С сопротив­
лением rx и ток fx, проходящий через него, можно оп~ределИ'ть
веооч,ину сопро11ивления по форм~ле
и
r = ____.!.
х
•
fx
(1)
Измерение сопро'Гинл.ений можно !Производить по двум схе­
мам, изображенным на ·рис. 1 ,и 2. Рассмо11рим каждую схему в
отдельности. При измерении сопро11и,вления по схеме ,р1ис. 1 ам­
перме-гр показывает действитешшое значенtие проходящего по
соп~ротивлению r; тока / х; вольтметр же показывает не только
падение напряжения 'В измеряемом сопротивлении, но и паде­
ние напряжения И А в амперметре, т. е. И= Их+ И А·
Поэ-гому действ,и-гельное значение сопротивления будет рав­
но:
Их И- Ид U-lxrд
И
r =----~=---=--rд,
хfx
fx
fx
fx
где И - напряж.е:нrие, показываемое вольтмет1ром;
r д - оопротивле,ние амперметра.
(2)
7


При изме,реНlии сопротивлен,ия по схеме рис. 2 вольтметр по­
кажет ,падение нап~ряжения на ,измеряемом сопротивлении r,,, а
амле,рметр - сумму токов, проходящих через ,измеряемое со­
противление и вольтметр, т. е. / =fx+f v· Искомое сопрот1ивле­
ние равно:
Их
Их
Их
r =-=-------
х fx 1-lv 1_Их
Гv
где rv -~еопротивлен1ие вольтм,етра;
/
Их
"
v=
-
-
ток проходящии через вольтметр.
rv
'
krx
Рис. 1. Первая схема измерения
сопротивления методом вольтмет­
ра и амперметра
Рис. 2. Вторая схема измерения
сопротивления методом вольтмет­
ра и амперметра
(3)
Первую схему мы применяем тогда, когда измеряемое со­
противление r" велико по оравнЕ:нию с сопротивлен1Ием r А ам­
перметра.
Вторую -схему п,р,именяем тогда, когда измеряемое сопро­
тивление rx мало ,по сравнению с оопро11ивлеН1ием r v вольт­
ме~ра.
Если не требуется особой точности в измерении сопротивле­
ний 1или неизвестны сопро11ивлен1Ия r А и r v, то можно опреде­
лять соп,ротивление по приближенной формуле незавиоимо от
того, как включены приборы, т. е.
где U - напряжение, показываемое вольтметром;
/ - ток, показываемый амперметром.
Относительная ,погрешность оп,ределяется 1по формуле
Т = r'x-rx.1000/o.
(5)
Гх
Если измерение сопротивления производится при токе мень­
ше 0,5 а, то в этом случае рекомендуется применять схемы, по-
8


казанные на ,рис. 3 и 4. В этих схемах делител-ем напряже­
ния Д можно плавно регулировать ток в измеряемом сопротив­
лени,и, но расход энергии здесь больше, чем в сх,емах р.ис. 1 1и 2.
Рис. 3. Видоизмененная первая
схема измерения сопротивле­
ния методом вольтметра и ам-
перметра
Рис. 4. Видоизмененная вторая
схема измерения сопротивления
методом вольтметра и ампермет-
ра
Измерение сопротивлений методом вольтметра и амперметра
Измерен~ие сопротивлений пр·оизводим по схемам, ,показан­
нымнарис.1и2(или3и4).ВэтихсхемахР - двухполюс­
ный рубильник; П - предохранители; r Р - ,регул1ировочный рео­
стат, Д - делитель напряжения, V - вольтметр, измеряющий
напряжение; А- амперметр, измеряющий ток; rx -
изме,ряемое
сопр,отивление.
Таблица 1
Измерено
Вычислено
Наимеио-
и
[
r х Irхер lг'х lг'хер1
Измеряемый
1 Примеча-
ванне
Cv=
СА=
ние
=
объект
дел.1 дел. 1 ом/ /ом1
1 О/о
? схемы
в
а
ом
ом
~
1
2 Рис. 1 Катушка
3
4
5 Рис. 2 Катушка
6
7
8
9
Рис. 1 Вольтметр
10
11 Рис. 2 Вольтметр
12
Примечание. rхер и r'х ер определяются как средние арифметиче­
ские из трех•измеренных значений сопротивлений.
9


Опыт из,мерения сопроТlивлений п~роизвод1ится ·следующим
об,разом. Включаем ,рублтшик Р, при этом р•еrул,иров:очный ре­
остат r Р в начале оюыта должен быть .полностью нключен (или
движок делителя напряжения Д должен находиться в верхнем
положении), а затем устанавливаем такое сопротивление регу­
лировочного реостата, чтобы получить нормальные отклонения
прибора-в, 1и зап~исываем по·казания прибо1р,о,в в табл. 1. В дан­
ной работе следует измерить сопротивл1еН1ия двух катушек (или
каких-Лiибо двух друnих приемников) и вольтметра.
Каждое соп~ротивлена-~е желательно измерить при трех раз­
личных значениях тока 1и определить его вел,ичину как среднее
арифметическое значение трех измеренных сО1пр-от,ивлений. На
основании полученных данных опыта (согласно табл. 1) вычи­
сляем из·меряемые сопротивления по формулам (2), (3), (4) и
находим от,носмтельные полрешнос11и по формуле (5).
Порядок проведения работы
1. Озна,ко-миться с аппаратур'ОЙ и пр~иборам1и, необходимыми
для выполнения работы, ,и записать их теХiнические данные.
2. Соб,рать схемы, изображенные на ри,с. 1 1и 2 или 3 и 4.
З. По' двум схемам проивве-е11и ,измеР'ения сопротивлений
двух катуiШек (~или каК'Их-л-ибо двух дру,гих приемников) и
вольтметра.
4. На основаН1и.и данных опыта (соглаено табл. 1) опреде­
лить измеряемые сопротивления и най11и отнооительные пог.ре­
шносТIИ.
КОНТIРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
.I . .Какие достоинства и недостатки способа измерения сопротивлений
вольтметром и амперметром?
12. Какой из приборов вносит погрешность, если измерение сопротивле­
ния производится по схеме рис. 1?
З. Какой из приборов вносит погрешность, если измерение сопротивле­
ния производится по схеме рис. 2?
4. По какой схеме следует включать приборы при измерении малых
сопротивлений и по какой схеме- при измерении больших сопротивлений?
5. Что называется относительной погрешностью?
РАБОТА No 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЯСТВИЯ
НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ПРИБОРА
Цель работы
Целью работы является озrнакомлени,е учащихся с наnрева­
тельным прибором и опр,еделение его к. п. д.
10


Общие сведения
На основании многочисленных опытов Ленц ~и Джоуль не­
завwсимо друг от друга установили, что элек-грический ток, про­
ходя по проводнику, выделяет коJDичество тепла, которое про­
порционально квадрату тока, сопротивлению про,водника и вре­
мен,и прохождения тока ,по .проводнику:
Q= О24J2rt
'
'
где Q - количество тепла, выделяемого током, кал;
/ - ток, пр·оходящий по про·водн1ику, а;
r - оопротивление проводника, ом;
t - время, сек.
(6)
Если обозначить через И напряжение, приложенное к кон­
цам проводника, то на основании за,кона Ома можно на1п~и·сать:
и
и
И=rf,1=
-
,r=-
.
r
/
Подставляя эти соотношен1Ия в формулу (6), получ,им:
и2
Q=0,24J2rt = O,24VJt = 0,24 - t.
(7)
r
В данной работе, пользуясь законом Ленца - Джоуля, опреде­
ляем к. п. д. нагревательного прибора. Нагревательный прибор
представляет собой металлический сосуд с двойным дном ил1и
двойными ,стенками, между ко·юрыми ломеща,ется наnреватель­
ный элемент. Пр1и пр,охожденши тока элемент нагревается и пе­
редает тепло внутренним -стенкам сосуда, а последние в свою
очередь ,передают тепло воде, налитой в нагревательный при­
бор.
Количество тепла, выделенное ток,ом / наг,ревательному
прибору, по закону Ленца - Джоуля будет равно:
Q1 =O,24Vlt.
(8)
Количество тепла, которое получ~ит вода за тот же промежуток
в•ремени, определяется по формуле,
Q2 =Мс(& -&0),
(9)
гдеМ- вес.воды г;
-бо - начальная температу~ра воды;
-б - -конечная температу1ра водь,;
с - теплоемкость.
Коэффициент полезного действия нагревательного ,прибора
есть отношение количества тепла, полученного водой, к кол~иче-
1ству тепла, выдел-енному током:
"/) = Q2 1003⁄4.
(10)
Q,
11


Вел,ич1ина к. п. д. Т] нагревательных п,риборо,в колеблется в
пределах от 60 до 95%.
Испытание нагревательного прибора
В за,виоимос-ги от того, какИМ'И нагревательными приборами
раополагает лаборатор,ия, опыт может быть произведен по схе­
ме ,рис. 5 ил~и 6. Рас-сматривая схему рис. 5, мы видJим, ч·ю на­
гревательный элемент со­
стоит из двух 0,1,инаковых
секцийАиВиимееттри
зажима 1, 2 и 3, выведенные
наружу. Благо,1,аря такому
устройству с помощью спе­
циального шнура (рис. 7)
Рис. 5. Схема для испытания нагрева- можно включать в сеть одну
тельного прибора (с тремя зажимами) секцию или две секции, сое­
диненные последовательно,
или две секции, соединенные
параллельно. В первом случае включают зажимы 1 и 2 или 2 и 3;
во втором -1 и 3; в третьем случае к одному проводу включа­
ются ,вместе зажимы 1 и 3, а к другому проводу - зажим 2.
Рис. 6. Схема для испытания на­
гревательного прибора (с двумя
зажимами)
~
ilJзl
Рис. 7. Схема
шнура, включаю-
щего в сеть на­
гревательный при-
бор
Опыт про1Изводится следующим обtразом. В нагревательный
прибор нал1Ивает,ся необходимо.е количе,ство воды М, 'Измерен­
ное при помощи м,ензу,рки (1Или каким-л1ибо другим способом).
Затем тер,момет,ром измеряем начальную температу1ру воды;
после чеr,о включа,ем рубильник Р (,рис. 5 ил1и 6) и записываем
12


через каждые две м1инуты температуру воды*, п·оказания ам­
перм,етра и вольтме11ра. Опыт продолжается до тех пор, пока
вода не заюипит. Результаты на·блюдений за·ши1сьгваем в табл. 2.
Таблица 2
Измерено
Вычислено
и
l
{1
11.
tмQ,Q,
ТJ
w
--
--
-
--
--
--
--
Примеча-
Cv=
ел=
стоимость
':
злектро-
ние
"
дел, 1 ш.J
~
знергии,
?
град град
°1о
коп.
в
а
мин г кал кал
"'
~
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
\
На ооно•вании полученных данных ОIПЫТа (согласно табл. 2)
пост,ро:ить кривые: ТJ = f.( t) и Q2 = (J) ( Q1), как показано на рис. 8
--t
Рис 8. Зависимость коэффици­
ента полезного действия от
времени
f)loC:..-- ---- ---
-
a,
Рис. 9. Зависимость количества
тепла, полученного водой, от ко­
личества тепла, выделенного то-
ком
и 9. Опр•едел1ить также стоимость эл:е,ктроэн.ерnии для нагрева
данного объема воды до кипения, если стоiИмость одного кило-
* При каждом измерении температуры воду следует тщательно пере­
мешивать.
13


ватт-ча·са равна 4 1юп. Электрическая эне~рлия. выраженная в
киловатт-часах, 01пределяе'!'ся по формуле
W- Ult
-
1000-3600 '
(11)
где t - в,ремя, сек.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с а,ппа,ратурой и приборами, необходимыми
для выполнения работы, и зап~исать ;их техниче,сюие данные.
2. Собрать схему, изображенную на рис. 5 ил1и 6.
3. Произвее'ГИ исшытан1ие нагревательного прибора.
4. На основании полученных да,нных опыта (согла,сно
та·бл. 2) 01пределить для каждого измерения к. п. д. нагрева­
тельного прибора.
5. На ооновании полученных данных опыта и подсчета (со­
гласно табл. 2) построить юр,ивые: ri=f(t) ,и Q 2=cp(Q1).
6. На основании показаний вольтметра и амперметра
(табл. 2) определить для каждого измерения сопротивление
нагревательного 1прибора ,и объяснить причину ,разницы между
найденными вел1ич,ина,ми с-опро11ивлений.
7. Оп,ределить стоимость элек'Гроэнергии, затраченной на
на.грев воды.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
!. На каком принципе основана работа нагревательных приборов?
12. Напишите формулу коэффициента полезного действия нагреватель­
ног,о прибора.
3. Зависит ли величина коэффициента полезного действия нагревате.1ь­
ного прибора от его конструкции и температуры окружающей среды?
4. Напишите формулу электрической энергии, потребляемой нагрева­
тельным прибором.
РАБОТА No3
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ
Цель работы
Целью работы является ОiПЫ'ГНая п~ров,е,р•ка соотношений ддя
цепи постоянного тока при последовательном ,со.еmинении при­
емнико·в. *
* !Последовательной цепи.
14


Общие сведения
Последовательным соединением приемников называют такое
их с,оед1Инен1и,е, при кото1ром чер,ез все приемники л,роходит один
и тот же ток. Раосмотрим це~r1ь, со·стоящую из 11рех последова­
тельно соед1иненных п,риемн1иков (,рис. 10). На1пряжение И, при­
ложенное к цепи, ра,вно ,сум,ме нап,ряжений на за•жимах отдель­
ных приемников:
(12)
где U1, U2 и U3 - на1пряжения на заж1имах отдельных пр:ием:­
Н1ико.в.
Обозначив сопротйвления отдельных приемников через r1, r2
и r 3, на основании закона Ома можем написать:
И1= rif;И2=r2I; И3= r3I.
(13)
Под!ставляя эти соотношения в уравнение (,12), получим:
И=rif+r2I+r3I=(r1 +r2+r3)/=rl,
(14)
если положить
r= Г1+Г2+Гз,
(15)
т. е. эквивалентное сопротивление цепи при последовательно.1,1,
соединении приемников равно сумме сопротивлений отдельных
приемников. Следовательно, цепь, со-
стоящую из нескольких последова-
+~
тельно включенных приемников, мож-
но заменить одним эквивалентным
г;
приемником с сопротивлением r, при­
чем ток / и напряжение И должны
остаться неизмененными. На основа­
нии формулы (14) закон Ома для це­
пи, состоящ~й из нескольких последо­
вательно включенных приемников, при­
мет вид:
и
и
l=----
r,+r2+rз
r
(16)
и
Г'z
Рис. 1О. Последователь­
ное соединение приемни­
ков
Умножив левую и правую части уравнения (15) на / 2, получим:
r/2= ri/2+ri2+rsf2
или
(17)
* Такую же формулу получим, если умножим левую и правую части
уравнения (12) на/, т. е. U/ = И~/+И2l+И3/
или
(17')
15


т. е. мощность, пот1ребляемая всей цепью, равна сумме мощно­
стей, потребляемых отдельными приемниками. Из уравнений
( 13) видно, что пр:и последовательном соед:иненши пр,иемников
налряжен~ия на зажимах отдель,ных приемников относятся ме­
жду собой как сопротивления этих u1,рием,нико:в. Осно•вным не­
достатком последовательной цепи являет<:я то, что изменение
сопрот,ивлен~ия одного из приемников от,ражается на ,реж,име ,ра­
боты других. Кроме того, выключение одного из пр,иемню.<ов
приводит к выключению остальных, т. е. раз,рыву цепи.
Испытание последовательной цепи
Ислыта'Н'ие по,следовательной цепи производится по схеме
рис. 11, в которой Р - двуХJполюсный рубильник; П
-
предо­
храН1ител1и; rp -·регулировочный реостат, который служ1ит для
регулирования на,пряжения на зажимах всей це1Пи; r1 и r2 --
ламповые реостаты (,вместо ламповых ,можно применить прово­
лочные реостаты); V, V1 и V2 - вольтметры*, измеряющие на­
пряжение на зажимах всей цепи и на зажимах приемников;
А - ампер.метр, 111змеряющий ток / в цепи.
Гz
Рис. 11. Схема для испытания последовательного
соединения приемников
Опыт пр-оизводится следующим образом. Включ1ив рубиль­
ник Р, :регулировочным ·реостатом r Р у~стана,вливаем заданное
напряжение на зажимах всей цепи, которое во время опыта
подщерж1ивается постоянным, а при помощи ламповых (или
проволочных) реостатов r 1 и r 2 изменнем ток в цепи, а следо­
вательно и напряжение на зажимах этих ,реостатов. Число из­
мерений следует сделать не, менее трех, одно из них при оди­
наковом числе включенных ламп в реостатах. При каждом из­
менеН!и~и -гака за,rnисываем показания приборов в табл. 3.
* Вместо трех вольтметров можно применить один вольтметр, измеряя
поочередно напряжения И, И1 и И2.
16


Таблица 3
Измерено
Вычислено
/
и,
и,
ии,+и.r, г.Г1+r~rР,р•рР,+Р,
---- -- -- --
-
-
-
-
-·
-
-
--
СА=CV=CV"~ Cv=
Примеч а-
ние
: ш.1 а дел./ в=т:=т: 8
омомомомвтвтвт
вт
1
2
3
Зная аюказания вольтметров и амперметра, определяем сле­
дующие величины:
1сопро-гивления ,реостатов
(18)
сопротивление двух последовательно ,включенных реостатов
.( вс-ей цепи)
и
r=-
;
(19)
[
мощности, потр,ебляемые реостатами,
Р1= И1I = r1f2, Р2=И2/=ri2;
(20)
мощность, потребляемую двумя последовательно ·включенными
реостатами (всей цооью),
P=Иl=r/2.
(21)
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с аппаратурой 1и пр,иборам'И, необходимы­
ми для выполнения работы, и заюисать их технические данные.
2. Собрать схему, ,изображенную на рис. 11.
З. При одинаковом числ,е включенных ламп в реостатах r1
и r2 записать показания пр1иборов в табл. 3, затем установ1Ить
разл1Ичное число ламп в р,еостатах и снова записать показания
прибор-ов и т. д.
4. На ос,новании полученных да,нных опыта (,согл_асно
табл. 3) определить сопротивления каждого реостата и всеи це­
пи, а также мощнос1'И, потребляемые каждым реостатом и нсей
цепью.
5. ПроверlИТь результаты изм,ерений по формулам ( 12), ( 15)
и (17).
17


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется последовательным соединением приемников (участков
электрической цепи)?
12. .Как распределяются напряжения при последовательном соединении
приемников?
3. Чему равно эквивалентное сопротивление цепи при последователь­
ном соединении приемников?
4. Написать закон Ома для цепи, состоящей из пяти последовательно
включенных приемников.
5. Чему равна мощность всей цепи при последовате.1ыюм соединении
пяти приемников?
РАБОТА No4
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ
Цель работы
Целью работы является опытная проверка основных соотно­
шений для разветвленной электрической цепи *.
Общие сведения
Параллельным соединением приемников называется такое
их соединение, п,ри котором все они находятся под одним и тем
+
и
1
же напряжением. Рассмотрим
-
А
цепь, состоящую из трех парал0
6
лельно включенных приемников
(рис. 12). Применяя первый за­
'з кон Кирхгофа к узлу А (узлом
или узловой точкой называется
такая точка, в которой сходятся
,не ме.нее трех проводников), по­
лучим:
Рис. 12. Параллельное соединение
приемников
I= /1+/2+/3,
(22)
т. е. сумма токов, притекающих к
узлу, равна сумме токов, уходя­
можно представить и в другом
щих от него. Уравнение (22)
виде:
(23)
В этом случае первый закон Кирхгофа гласит: алгебраиче­
ская сумма токов в узле равна нулю. При этом токи, притекаю­
щие к узлу, условно считаю11ея положительными, а уходяЩIИе
от него - 011рицательными. Обозна·чим напряжение на зажимах
• Цепи постоянного тока с параллельным соединением приемников.
18


приемников через V, сопротивления отдельных приемников че­
рез r 1, r 2, r 3, а проводимости приемников через g1, g2, gз.
На основании закона Ома токи отдельных п,р,иемников будут
равны:
и
и
I,=
-
=
Ugl; 12 =
-
= Ug2;
Г1
Г2
.(24)
Из формулы (24) имеем:
И=r1/1=r2/2= rзfз,
откуда
f1_Г2
_
g1./2
_
Гз_ g~
-----,
-----,
/3
r,
g2
lз
r2
g3
(25)
т. е. токи распределяются в параллельно соединенных приемни­
ках обратно пропорционально сопротивлениям или прямо про­
порционально проводимостям приемников. Подставляя значения
токов из формул (.24) в формулу (22) будем иметь:
/= _!!_+ .!!_+!!. =
и(-1+_1+_1)= _!!_ '
(26)
r1
r2
r3
r,
r2
r3
r
если положить
(27)
где r- эквивалентное (общее) сопротивление цепи.
1
1
1
1
Так как -
= g,-
=
g1,
-
= g2,
-
= g 3, то формула
r
~
~
~
(27) примет вид:
(28)
т. е. эквивалентная проводимость цепи при параллельном со­
единении приемников равна сумме проводимостей отдельных
приемников. Таким образом, цепь, сост.оящую из нескольких
параллельно включенных приемников, можно заменить одним
эквивалентным при,емником с провод;имастью g, чтобы ·при том
же напряжении V в нем проходил ток /, равный току в нераз­
ветвленной час'Т'и цепи.
ЕслlИ параллельно ,соединены два приемника, то экв·ивалент­
ное сопротивление цепи найдем из формулы (27):
откуда
2*
_1_ =
_1_+
_1_ =
Г1+Г3
r
r,
r2
r,r2
r=
_r _,, ---'r2'- -
r,+Г2
(29)
19


Если есшро1швления па1раллельно включенных пр.иемников
одинаковы (r1 =r 2 =rз= ... =rп), то эквивалентное •солротивление
цепи найдем 1из формулы
_1=_1+__!_+ ...+ _1 =
_!!_,
r
r,
r2
rп
r1
откуда
r-2
-
'
п
(30)
где r 1 - сопротивление одного .приемн~ика;
п - число параллельно ·включенных пр,иемников.
Следует отметить, что эквивалентное соп,рот,ивление цепи
при параллельном соединении п~риемНJиков всегда меньше на­
именьшего 1из сопротивлений, имеющих,ся в данной цепи. Умно­
жив левую ,и illpaвyю части формулы (22) на на1пряжение И,
получим:
или
И/=И/1+U/2+И/3
Р=Р1+Р2+Р3,
(31)
т. е. мощность, потребляемая всей цепью, равна сумме мощно­
стей, потребляемых отдельными приемниками. При постоянном
напряжении на зажимах параллельно включенных приемников
·ююи отдельных пр:иемнико.в не зависят друг от друга. Поэтому
приемники (лампы, электродвигатели и др.) обычно включают­
ся параллельно.
Испытание разветвленной цепи
Иапытание ,раз,ветвленной цепи постоянного тока произво­
дится по схеме, изображенной на рис. 13. В этой схеме Р- двух­
полюсный рубильник; П - предох,ранители; Гр
-
регул;ировоч­
ный реостат, пр·и помощи кото,рого напряжение на зажимах
приемников поддерживается постоянным; r1 ,и r2 - лам1повые
реостаты (вместо ламповых можно применить проволочные ре-
Измерено
Вы
и
I,
I,
[
l = I,+I,
Cv=
Сд=
Сд=
Сд=
t::
1
1
1
1
?
дел.
в
дел.
а
дел.
а
дел.
а
а
~
1
2
3
20


остаты); А, А 1 и А 2 - амюерм•етры, измеряющие токи в нераз­
ветвленной части цепи и в приемниках; V - вольтметр, изме­
ряющий напряж,ение на зажимах цепи.
'i
Рис. 13. Схема для проверки первого закона
Кирхгофа
Опыт производится следуюЩ1им образом. Включив рубиль­
ник Р, регули,ро,вочным реостатом r Р устанавливаем заданное
напряжение на зажимах цепи, которое во в1р,емя опыта поддер­
живает,ся постоянным; реостатам,и r 1 и r2 устанавливаем од,и­
наковые токи в параллельных ветвях 1И записываем показания
приборов ,в табл. 4. Затем про:изводим еще два измерения при
различных значениях сопротивлений реостатов r1 и r 2 . Зная по­
казания вольтметра и амперметров, опр'еделяем следующие ве­
личины:
сопротивлЕшия реостатов
и
и
r1=-
,r2
=-
11
lз
(32)
сопротивление всей цепи
r=и
(33)
1'
мощности, потребляемые реостатами и всей цепью,
Р1= И/1 =ri/1
2
;
Р2=U/2 = r
2
/
2
2
;
Р=UI=r/2.
(34)
Таблица 4
числено
и
r,
r,
r
-
g,
.g,
g
Р,
Р,
р
Р,+Р,
[
--
-- --
------
--
--
--
--
При>1еча-
иие
ом
ом
ом
ом
'/ом '/ом '/ом вт вт вт
вт
21


Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимы­
ми для выполнения работы, и запи,сать их теJСничесюие данные.
2. Собрать схему, изображенную на ,рис. 13.
3. Реостатами r1 и r2 установ1ить одинаковые токи в па,рал­
лельных ветвях и записать показания пр,иборов в та'бл. 4. За­
тем произвест,и еще два измерения !Пр,и ,различных значеН,иях
сопротивлений ,реостатов r 1 и r 2 .
4. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 4) определ1ить ,сопротивления каждого ,реостата и всеи
цепи, проводимости каждого реостата ,и ·всей цепи и мощности,
пот,р,ебляемые каждым реостатом и всей цепью.
5. Проверить ,результаты измерений и вычислений по фор­
мулам (22), (25), (28), (29), (31), (33) и (34).
КОН11РОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
11. Что называется параллельным соединением приемников?
2. Как распределяются токи при параллельном соединении приемников?
3. Чему равна эквивалентная проводимость цепи при параллельном со•
единении приемников?
4. Напишите первый закон Кирхгофа для четырех параллельно соеди•
ненных приемников.
,5. Чему равна мощность всей цепи при параллельном соединении прием­
ников?
РАБОТА No 5
СМЕШАННОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ
Цель работы
Целью работы является опытная ,проверка основных соотно­
•шений для смешанного соед:инения пр~иемников.
Общие ,сведения
Смешанным соединением приемников называют такое их
соединение, п,ри котором часть из них соединена последова­
тельно, а часть - параллельно (рис. 14). Рассмотрим расчет
электрической цепи на смешанное соединение приемников
(рис. 14). Предположим, что задано напряжение И на зажимах
всей цепи и сопротивления отдельных приемников r,, r2 и rз.
Найти токи отдельных приемников. Заменяем два параллельно
включенных сопротивления r 2 и r 3 эквивалентным сопротив­
лением:
(35)
22


В этом случае схему, изображенную ,на рис. 14, можно за­
менить схемой рис. 15. Так как сопротивление r 1 включено
последовательно с сопротивлением r23 (рис. 15), то эквивалент­
ное сопротивление r всей цепи будет равно:
(36)
+-1.i .
r;
r;
и
'z
и
Г"zз
llz
Рис. 14. Смешанное соединение при­
емников
Рис. 15. Последовательное со­
единение приемников
Зная напряжение И на зажимах всей цепи и сопротивл1ение r
цеп,и, можно определить ·юк в нераз:ветвленной части цепи:
и
11 =-.
r
На1Пряжение на зажимах сопротивления r1 равно:
И1 = r1f1.
Напряжение на зажимах параллельных ветвей:
И2 = r2зf1
или
И2 = U-U1.
Токи в параллельных ветвях:
12=И2,fз=И2.
Г2
Га
Мощности, потребляемые приемниками:
Р1=И1f1=r11i2; )
Р2=U2f2 = r2f/; }
Р8=И2/8= r31/. J
(37)
(38)
(39)
(40)
(41)
(42)
23


Мощность, потребляемая всей цепью:
Р= И/1 = r/12
или
(43)
(44)
Испытание цепи при смешанном соединении приемников
Испытание при смешанном соединении приемников произ­
водится по схеме, изображенной на рис. 16. В этой схеме ?-
двухполюсный :рубильник; П - предохраНlители; r Р - регули,ро­
вочный рео·стат, при помощи которого напряжение на зажимах
Рис. 16. Испытание цепи при смешанном соединении
приемников_
всей цепи поддерживается постоянным; r 1, r2 и r 3 - ламповые
реостаты (вместо ламповых можно применить проволочные ре­
остаты); А 1 , А2 и А 3 - ампермет1ры, измеряющие токи прием­
ников; V, V 1 и V2 - вольтметры, измеряющие напряжение на
зажимах в,сей цепи ,и напряжение на зажимах отдельных п,ри­
емников (вместо т,рех можно применить один вольтметр, изме­
ряя поочер,едно напряж,ен:ия И, И1 ,и И2).
Опыт производит,ся следующим образом. Включив рубиль­
ник Р, регулировочным реостатом rp устанавливаем заданное
напряже.ние, которое во время опыта поддерживаем постоян­
ным; реостатами r2 и r 3 устанавливаем одинаковые токи в
па,раллельных ветвях и за[I,исываем показания приборов в
табл. 5.
Затем изменяем сопротивление реостата r1 и снова записы­
ваем показания приборов. После этого производим еще два
измерения при постоянных сопротивлениях реостатов r1 и r2, а
изменяем только сопротивление реостата rз. Зная показания
воль'I'м•е11ров и амперметров, определяем следующие величrины:
сопр,от,ивления реостатов
24
и
r-
1.
1--,
I,
И2
Г2= _.
I'
2
(45)


tv
"'
"
=
~
1
2
3
4
"
=
;а!;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Таблица 5
Измерено
Вычислено
и
и,
и,
I,
I,
/з
и
Р, Р, Рз р Р,+Р,+Рз
r,
r,
Гз
r
-
I,
При меча-
--
--
--
---- --
--
Cv=
Cv=
Cv=
СА= СА= СА=
ние
дел.1 8
дел.1 8
дел.1 8
дел.1 а дел.\ адел. , а
омомомомомвтвтвтвт
вт
Таблица 6
Измерено
Вычислено
Тип
Ир
/р
_tp_ 1
из
/3
tз
1J~
rв.р rв.з
аI<ку-
CV=
СА=
Cv=
СА=
Примеча-
муля-
ние
тора
1
дел. ,
1
дел. 1
дел.
в
а
град
в
мин
°!о
°!о ом
мин
дед.
а
ом
П р и м е ч а н и е. Число измерений в данной работе зависит от ус,,овий проведения опыта.


сопротивление всей цепи
и
r=- ·
(46)
•
11'
мощности, по1'ребляемые отдельными приемниками ,и всей
цепью по формулам (42) и (43).
Зная сопротивление отдельных приемников, можно опреде­
лить сопротивление всей цепи по формуле (36).
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с ал1па,ратурой и приборами, необходимы­
ми для выПОЛ,Нения работы, и записать их технические данные.
2. Собрать схему, ,изображенную на ,рИlс. 16.
3. Реостатами r1, r2 и rз при постоянном напряжеН1ии на за­
ж,имах цепи установить одинаковые токи в па 1раллельных вет­
вях и записать показания приборов в табл. 5. Затем изменить
сопротивление ,реостата r1 и сно:ва заш1исать показания прибо­
ров. После этого произвести еще два отсчета по пр·иборам при
постоянных сопротивлениях реостатов r1 ,и r2, а изменять сопро­
тивление ре-астата rз.
4. На основании полученных данных
табл. 5) определить сопротивлеН1ия каждого
цепи, мощности, потребляемые каждым
цепью.
опыта (согласно
р-еостата и вс,ей
реостатом и всей
5. Проверить результаты измерений и вычислений по фор­
мулам (36), (43), (44) и (46).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
•1. Что называется смешанным соединением приемников?
2. Напишите формулу эквивалентного сопротивления цепи при смешан•
ном соединении приемников, если три приемника соединены параллельно,
.а четвертый - последовательно им.
З. Чему равна мощность цепи при смешанном соединении приемников?
РАБОТА No 6
ИСПЫТАНИЕ АККУМУЛЯТОРОВ
Цель работы
Целью ,работы является ознакомление с усТ1ройством акку­
мулятора и исследованием процессов ,разряда и -заряда акку­
мулятора.
Общие сведения
Аккумуляторы делятся на два типа: свинцовые ('или кислот­
ные) и щелочные (кадмиево-никелевые 1и ~елезо-никелевые).
26


Емкостью аккумулятора называется кол,ичество электриче­
ства, отдаваемое аккумулятором при разряде (разрядная ем­
кость). К:олич:ество электричества, п·оглоща,емое при за,ряде,
оп·ред€ляет зарядную емкость аккумулятора. Емкость аккуму­
.ТJятора измеряется в ампер-часах (а• ч). Следует отметить, что
емкость аккумулятора за-висит от типа пластин, •величины 11х
поверхности и числа пластин, от плотности и объема электроли­
та. В~еличина разрядной емкости указывается на щитке аккуму­
лятора, она зави-с:ит от величины •разрядного тока ·и значитель­
но падает .с его увеличением . .Величина разрядного и зарядного
токов указывается на щитке акку,мулятора. Если / 3 -
ток при
заряде аккумулятора, I Р- ток пр:и •разряде аккумулятора и
если эти токи :поддерживаются неизм,енными, то количество
электричества, поглощенное аккумулятором при заряде, будет
ра,вно:
а при разряде
где f 3 и fp - продолжительность заряда и разряда.
(47)
(48)
Отдача (к. п. д.) аккумулятора по емкости есть отношение
разрядной емкости к зарядной:
'У/=Qp =lpfp .
(49)
Qз lзtз
Отдаttей (к. п. д.) аю1vумулятора по энергии называется отноше­
ние энергии, отданной аккумулятором при разряде, к энергии,
поглощенной им при заряде:
Wp
'Y/w= Wз'
(50)
где WP- энер~ия, отданная аккумулятором пр·и ,разряде;
W3-
энергия, пот-ребляемая • аккумулятором при ·заряде.
На практике часто определяют энергию, отдаваемую акку­
мулятором П'рИ разряде, а также энергию, потребляемую .при
заря·де по следующи,м ,формулам:
WP = Ир.ер /Р tp,
Wз = Из.ер /з fз,
(51)
(52)
где Ир. ер - среднее напряжение при разряде, которое 1равно
среднему арифметическому из напряжения в на­
чале ·разряда И р.н 1И в конuе разряда Ир.к, т. е.
Ир.и+ Ир.к
Ир.ер·= 2
(53)
27


Из.ер - среднее напряжение при заряде, которое равно:
И _ Из.н+Из.к
з.ср -
2
(54)
Каждый ·ов:инuовый аккумулятор состоит из комплектов по­
ложительных и отрицательных пластин, электролита и сосуда.
Отрицательных пластин в свинцовом аккумуляторе на одну
больше, чем положительных. Следовательно. каждую ,положи­
тельную пластину ,располагают между двумя отрицательным:и.
В свинцовых аккумуляторах применяются пластины трех типов:
поверхностные, коробчатые :и решетчатые (пастированные или
массовые). Поверхностные плас'J'ины делаются литыми из хими­
чески чистого св:инца. Чтобы увеличить поверхность эт-их пла­
стин ,с обе.их сторон они снабжаются ребрышками. Поверхно­
стные пластины применяются в качестве положительных пла­
стин для стациона1рных аккумуляторов типа С и СК.
Ко,робчатая пластина состоит ,из двух ,решеток. отлитых из
св:инца. В крупные ячейки решеток вмазывается активная мас­
са, состоящая из свинцовой пыли ,РЬ с дабавлением 1,9 % сер­
нокислого бария BaS04, замешанной на серной кислоте H 2 S04.
Сернокислый барий нвляется расширителем, предохра·няющим
активную массу от усадки, и в х·имичес1юй реакци:и участия не
пр,инимает. Свинцовые решетки скрепляют между собой и за­
крывают с обе:их внешних сторон свинцовыми листами с мел­
ю-iм:и отверстиями. Следовательно, активной массой является
пористый или ,губчатый свинец РЬ. Коробчатые пластины при­
меняют в качестве отрицательных пластин в стационарных ак­
кумуляторах типа С и СК. Решетчатая пластина состоит из ре­
шетки с мелкими ячейкам:и, в которые вмазывается паста, со­
стоящая из смеси окислов ,свинца - свинцового глета РЬО ·И
сурика РЬз04 или свинцовой пыли РЬ, замешанных на серной
кислоте H2S04. В качестве раоширителя применяется ,серноки­
СJIЫЙ барий BaSt04. Решетчатые пластины применяются для пе­
реносных аккуму лятор,ов в качестве как положительных ( с па­
стой из С'винrцовой пыли), так и отрицательных (с пастой из
смеси свинцового глета и сурика). В качестве электрол:ита
свинцовых аккумулято•ров применяется ,водный ~раствор серной
кислоты, который приготовляется •из химически чистой ·серной
кислоты H2S04 и дистилл:ированной •воды. Электродами свинцо­
в-ого аккумулятора в заряженном состоянии являются: перекись
свинца РЬ0 2 (анод ~положительная пластина) и чистый сви­
нец РЬ (катод - отрицательная пластина).
Основными признакам:и окончания заряда свинцовых акку­
муляторов являются: сильное выделение газов на пластинах
обеих полярностей («к-и пение» электролита); повышение плот­
ности электролита до 1,2-;--1,21; повышение напряжения до
28


2,772,8 в; в конце заряда положительные пластины становятся
темно-коричневыми, а отрицательные - светло-серыми.
При разряде аккумуляго·ра пр·оисходит переход перекиси
свинца РЬО2 rи губчатого свинца РЬ в ,сернокислый свилец
PbS04 с образованием воды, т. е. плотность электролита падает
в конце разряда l,17-+-1,15. Следует обратить внимание, что
свинцовый аккумулятор нельзя разряжать н:иже чем до 1,75 в,
так как при глубоком разряде аккумулятор может быть испор­
чен. Это ,объясняе-гся тем, что при глубоком 1разряде активная
масса пластин переходит в сплошную массу сернокислого свин­
uа с выделением крупных кристаллов, которые при нормальном
заряде аккумулятора не восстановятся ни в перекись свинца
РЬО2, н:и в чистый губчатый ,свинец РЬ.
Щелочные аккумуляторы подразделяются на железо-нике­
левые и ,кадм,иево-никеле-вые. Конструкции положительных и
отрицательных пластин почти одинаковы, но положительные
пластины имеют несколько больший 1размер и толщину. Отли­
чаются они только активной массой. Активной ,ма,ссой положи­
тельных пластин в заряженном •состоянии как· для железо-нике­
левых, так и кадмиево-н:икелевых аккумуляторов является гид­
рат окиси н:икеля Ni(OH) 3.
Активной массой заряженных отрицательных пластин желе­
зо-никелевых аккумуляторов является губчатое железо Fe.
Активная масса заряженных оТJрицательных пла,стин состоит из
губчатого кадмия C:d (80+85%) и губчато:-о железа Fe (20-+ -
15%). Электролитом щелочных акку,муляторов является 20-про­
центный .раствор едкого калия КОН с добавлением моногидра­
та л:ития LiOH. Емкость щелочных аккумуляторов возрастает
с увеличением температуры и падает с ее уменьшением. Она
мало зависит от величины раз1рядного тока. Следует отметить,
что плотность электролита в щелочных аккумуляторах не из­
меняется во вр,емя заряда и разряда и остается п,риблиз:итель­
но постоянной.
Щелочные аккумуляторы по сравнению со свинцовыми обла-
дают:
большей механической прочностью;
они меньше требуют ухода;
имеют меньший вес;
не боятся короткого замыкания;
длительное время могут оставаться в разряженном состоя­
нии.
К недостаткам щелочных аккумуляторов по сравнению со
свинцовым:и относятся:
большое внутренне сопротивление,
меньшая отдача (к. п. д.);
меньшее ра·бочее напряжение.
29


Исследование разряда и заряда аккумулятора
На рис. 17 показаны схемы для заряда и разряда аккуму­
лятора. Схема рис. 17, а применяется тогда, когда имеется
амперметр с нулем в середине, а схема рис. 17, 6 - когда име­
ется амперметр с нулем слева. В этих схемах Р - двухполюс­
ный рубильник; П - предохранители; П1
-
двухполюсный пе­
реключатель, который служит для быстрого переключения акку-
а1
б}
Рис. 17. Схемы для заряда и разряда аккумулятора:
а -- при пользовании ампе.рметром с нулем в середине, 6 - при
пользовании амперметром с нулем слева
мулятора с заряда на ·разряд и обратно; r1 - реостат для регу­
.,шрования тока при заряде; r 2 - реостат для регулирования то­
ка при разряде; V - вольтметр магнитоэлектрической системы.
измеряющий напряжение на зажимах аккумулятора (предел
его измерения должен соответствовать наибольшему напряже­
нию аккумулято1ра, а шкала должна быть подробной и позво­
лять отсчитывать rтоказания с точностью до сотых долей воль­
та); А - ампер,метр магнитоэлектрической с·истемы, измеряю­
щий ток пр:и заряде ,и разряде аккумулятора *.
Опыт производится сначала ,с заряженным аккумулятором.
Если аккумулятор не был полностью заряжен, то его следует
доза,рядить номинальным током до наибольшего напряжения,
* До проведения опыта необходимо убедиться в правильности полярно­
сти аккумулятора по отношению к полярности сети.
30


соответствующего типу эдемента. Пос.1е этого .переключатель П1
ставим ,в подожение / и реостатом r2 ,быс11ро устанавпиваем
разрядный ток согдасно данным паспорта. Разрядный ток во
время опыта поддержи,вается неизменным при помощи реоста­
та r2 . В начале разряда в течен:ие 3-5 мин, ,измерения следует
производить через 15-20 сек, посде чего записи .по вольтметру
производим через 10-15 мин. Показания приборов 'Записывае,м
в табд. 6.
Разряд нужно прододжать до тех пор, пока напряжение на
зажимах аккумудятора не ;станет равным 1.8 в (или 1,75 в) ддя
свинцового и 1,1 в ддя щелочного аккумуляторов. Во время
опыта измеряется :пр:и помощи ареометра плотность электро­
лита. Есди требуется определить внутреннее сопротивление ак­
кумулятора, то следует перед разрядом из,мерить его э. д. с.
Ер.и (при разомкнутой внешней цепи вольтметр ,измеряет
э. д. с. аккумулятора, так как падением напряжения ·ввиду ма­
лой ,величины можно пренебречь) и напряжение И р.н в начаде
раз:ряда, т. е.
(55)
где r'в.н - внутреннее сопротивдение аккумулятора в начаде
разряда.
Напряжение Ир.к• измеренное в конце разряда, равно
(56)
где Ер.к- э. д. с., измеренная в конце разряда аккумулятора;
/Р-ток при разряде;
r'в.к - внутреннее сопротивление аккумулятора в конце
разряда.
Внутреннее сопротивление аккумулятора в начале и 1В конце
разряда найдем из формул (55) и (56):
(57)
и
(58)
Средняя величина внутреннего сопрот,ивления аккумулятора
при раз1ряде будет равна:
r~.н + r~.к
2
(59)
На основании полученных данных опыта (согласно табл. 6)
<;тро:им кривую Ир =f(tp), как показано ·на рис. 18. После раз­
ряда аккумулятора следует быстро перейт.и к ,его за'Ряду. Ддя
31


этого переключатель П1 став,им в положение II; реостатом r1
быстро устанавливаем зарядный ток, равный номинальному.
Зарядный ток / 3 во время опыта поддерживается ~неизменным.
Показания приборов записываем 'В табл. 6. Эа,ряд аккумулято­
ра следует продолжать до тех пор, пока напряжение у свинцо­
вого аккумулятора не станет равным 2,7-2,8 в, а у щелочного-
1.8 в. Напряж,ение, измеренное в начале заряда,
(60)
где Ез.н- 'Э. д. с., измеренная в начале заряда;
r~.н - внутреннее сопротивление аккумулятора в начале
заряда;
/3-
ток при заряде.
Up
1
Рис. i8. К:ривая изменения
напряжения свинцового ак­
кумулятора при разряде
Рис. 19. К:ривая изменения на­
пряжения свинцового (кислотно­
го) аккумулятора при заряде
Напряжение, .измеренное в конце за,ряда,
Из.к = Ез.к + r~_Jз,
(61)
где Еэ к - э. д. с., измеренная в конце заряда;
r:'.к - внутреннее сопрот.ивление аккумулятюра в конце
заряда.
Внутреннее ,сопроти,вление аккумулятора в начале и конце
заряда определяют из формул (60) 1И (61):
"
Из.н-Ез.н
r в.и = -"-' - --"-'""
lз
"
Из.к-Ез.к
rв.к=-~-~-'--'-
lз
(62)
(63)
Средняя величина внутреннего ·сопротивления аккумулятора
при заряде
(64)
32


На основа1нии полученных данных опыта (согласно табл. 6)
строим юривую И3 = f (/3 ), как показано на рис. 19.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с устройством аккумуля1'ора, аппаратурой
и ,приборам,и, необходимыми для выполнения работы, 1И запи­
сать их технические да,нные.
2. Собрать одну из схем, изображенных на рис. 17.
3. Произвес11и •разряд аккумулятора.
4. На основании полученных данных опыта ( согласно
табл. 6) построить кривую И p=f (t р).
5. ПрО1извести заряд акку~мулятора.
6. На основании полученных данных опыта (согласно табл. 6)
построить юр,ивую Из =f (t3).
'7. На осно'вании полученных данных опыта и подсчета (со­
гласно табл. 6) определить разрядную и зарядную емкос1'и ак­
кумулятора, отдачу (к. л. д.) по емкости и энерf\ИИ и внутрен­
,нее сопротивление аккумулятора при разряде и заряде его.
Сравнить получ,енные данные для испытанного аккумуля1'ора с
нормалыным,и техническими данными для этого аккумулятора и
сделать соответст,вующие выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
11. Опишите устройство аккумулятора.
Q. Что называется разрядной и зарядной емкостью аккумулятора?
З. Напишите формулу отдачи аккумулятора по энергии.
4. Какой процесс происходит в аккумуляторе при разряде?
5. Какой процесс происходит в аккумуляторе при заряде?
6. Какие основные преимущества и недостатки щелочных и свинцовых
аккумуляторов и где они применяются?
,7. Почему при заряде аккумулятора напряжение на зажимах его долж­
но быть выше э. д. с.?
8. Почему при включении в сеть аккумуляторов на заряд необходимо
проверить полярность их по отношению к сети?
РАБОТА No 7
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ, ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И СМЕШАННОЕ
СОЕДИНЕНИЕ АККУМУЛЯТОРОВ ИЛИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ
Цель работы
Целью ·ра,боты является испытание аккумуляторов или галь­
ва'lшческих элеменrов при 1различно,м их соединении.
3-2546
33


Общие сведения
Для -соединения аккумуляторов или гальванических :элемен­
тов в батареи применяет,ся последовательное, параллельное и
смешанное соединение их.
Последовательным соединение.м акку1иуляторов (или гальва­
нических элементов) * называется такое их соединение, когда от­
е
рицательный полюс первою аккуму­
::t±. лятора (или гальванического эле­
-
-
-
мента) соединяют с положительным
полюсом второго аккумулятора (эле­
мента), отрицательный полюс вто­
J- рого - с положительным полюсом
~--------
третьего и т. д. (рис. 20). При после­
Рис. 20. Последовательное со­
единение аккумуляторов (или
гальванических элементов)
довательном соединении аккумуля­
торов (или гальванических :элемен­
тов) э. д. с. батареи равняется сум-
ме э. д. с. отдельных аккумуляторов
(или гальва,нических элементов):
(65)
а ,внутреннее сопротивление батареи равняется сумме внутрен­
них сопротивлений отдельных аккумуляторов (или элементов):
Гв.б=Гвt +Гв2 + ...+rвп•
(66)
где r 01 , r82 , rнп - внутренние сопротивления отдельных акку­
муляторов (или ·элементов).
Ток во ,внешней цепи будет равен:
J= Е5
(67)
Гв.б+r '
где r - ,сопро11ивление внешней цепи.
Если батарея состоит из п одинаковых (Е1 = Е2 = ... =
= Еп, Г81 = Г82 = ... = rвп) последовательно соединенных ак­
кумуляторов (или элементов), то э. д. с. батареи равна:
E6 =nE,
(68)
а внутреннее сопротивление бата•реи
(69)
гдеr8-
внутреннее сопротивление одного аккумулятора (или
элемента).
* Иногда вместо термина «гальванический элемент» будем употреблять
термин «элемент».
34


Если батарея замкнута на внешнее сопротивление r, то ток
в цепи будет равен:
1=
nr8 +r
Гв.б+r
(70)
где E6=nE - э. д. с. батареи;
Е - э. д. с. одного аккумулятора (ил.и элемента).
Напряжение на зажимах ,батареи при последовательном со­
единении аккумуля'Горов или гальванических 0лементов рав­
няется· сумме напряжений 1на зажи- !21~--------- .
мах отдельных аккумуляторов или
111
элементов. Последовательное соеди-
~ _J_±_
_Jz
нение аккумуляторов (или элемен-
г
тов) применяется тогда, когда на-
r-
r-
-
пряжение одного аккумулятора или
_
_
_
элемента будет мало для питания f21
данной цепи, а величина номиналь­
ного разрядного тока равна или
больше тока цепи. Последователь­
ное соединение аккумуляторов (или
элементов) получило широкое при-
Рис. 21. Параллельное соеди­
нение аккумуляторов (или галь­
ванических элементов)
менение, например в радиотехнике, телеграфии.
Параллельным соединением аккумуляторов ( или элементов)
(рис. 21) называется такое их соединение, когда все положи­
тельные полюсы аккумуляторов (,или элементов) соединяются
вместе, образуя положительный полюс батареи. Отрицательные
полюсы аккумуляторов (ил:и элементов) также соединяются
вместе, образуя отрицательный полюс батареи. Рассмотрим
частный случай, когда все аккумуляторы (или элементы) и,ме­
ют одинаковые э. д. с. и одинаковые внутренние сопротивления,
т. е.
Е1=Е2=...=Етиrвl=Ув2=...=rвт·
В этом случае е. д. с. Е 6 батареи равняется э. д. •С. Е одного
аккумулятора (или :Э.'1емента):
Еб=Е,
(71)
а внутреннее сопротивление батаре:и будет равно:
(72)
гдеr8-
внутреннее сопротивление одного аккумулятора (или
элемента);
т - число параллелыно включенных аккумуляторов (:или
элементов).
~
м


Если батарея, состоящая из т параллельно включенных
аккумуляторов (или элементов), замкнута на .в,нешнее сопро­
тивление r, то ток в цепи будет равен:
Е
Е
I= ----- -----
rв.б+r
Гв
-+r
т
(73)
Па;раллелыное соединение акку,муляторов :или элементов
применяется в тех случаях, когда ,напряжение одного аккуму­
:а----.~-----.
лятора или элеме,нта соответствует
I I напряжению данной цепи, а ток в це-
-1.±. пи должен быть :больше номиналь-
-t-
_+
нога тока од!ного аккумулятора (эле-
-
мента).
J:r-
__
1.--~---I•-
Смешанным соединением (рис.
_
_
_
22) аккумуляторов (или элементов)
называется такое их соединение,
Рис. 22. Смешанное соединение
аккумуляторов (или гальвани•
ческих элементов)
когда имеется нескольк•о параллель­
но соединенных групп, каждая из
которых состоит из одинакового чис­
ла последователь~но соединенных ак-
кумуляторов (или гальванических
элементов). Э. д. с. батареи при смешанном соединении аккуму­
ляторов (или гальванических элементов) определяется по ,фор.­
муле
E6 =nE,
(74)
а внутреннее сопротивление батареи равно:
(75)
гп.е п - число по,следовательно соединенных аккумуляторов
.(или тальван:ичесюих элементов) в группе;
т - число параллельных групп.
Ток при смешанном соединении аккумуляторов (или гальва­
нических элементов) определяется по формуле
пЕ
nr8
'
-- +r
т
где r - сопро'Гивление ,внешней ~цепи.
(76)
Омешанное соединение аккумуляторов (или гальван:ичесюих
элементов) применяется тогда, когда напряжение и ток прием­
ника энергии (сети) ,больше напряжения ,и тока отдельного ак­
кумулятора (или гальванического элемента).
36


Испытание последовательного, параллельного и смешанного
соединений аккумуляторов (или элементов)
На рис. 23 показаны схемы последовательного, параллельно­
го и смешанного соединений аккумуляторов (или гальваниче­
ских элементов). В этих схемах Р -- однополюсный рубильник
(вместо однополюсного можно применить двухполюсный ру­
бильник); V - вольтметр, измеряющий напряжение на зажимах
батареи; А - амперметр (либо миллиамперметр в зависимости
от т,ого, что испытываются аккумуляторы ·или гальванические
элементы), измеряющий ток ,во внешней цепи.
а)
г)
Рис. 23. Схемы испытания аккумуляторов или элементов при различном
способе их соединения:
а - при последовательном соединении аккумуляторов (или гальванических элементов),
б - при параллельном соединении аккумуляторов (или гальванических элементов).
в и г - смешанное соединение аккумуляторов (или гальванических элементов)
На рис. 23, а показа.но последовательное соединение акку­
муляторов (или -гальванических элементов). При разомкнутом
рубильнике Р ,измеряем э. д. с. батареи, при ·этом падением на­
пряж,ения в батарее пренебрегаем из-за малой его величины.
Затем включаем рубильник Р и измеряем напряжение на зажи­
мах цепи и ток в цепи. Показания приборов записываем
в табл. 7.
На рис. 23, б показано па,раллельное соединение аккумуля­
торов (или гальванических элементов). При разомкнутом ру­
бильнике Р измеряем э. д. с. батареи. Затем включаем рубиль­
ник Р и ,измеряем ~напряжение на зажимах батареи и ток -во
внешней цепи.
37


Таблица 7
Измерено
Вычислено
Соединение
Еб
и~ггв.бгвррр Тj
аккумуляторов
Cv=
..:т ,::1:
При меча-
или гальваничес-
ние
t::
ких элементов
дел.\
?
в
омвтвт°1о
~
ом ом
1 Последова-
тельное соеди-
нение (рис. 23,а)
2 Параллельное
соединение
,
(рис. 23, б)
3
Смешанное
соединение
(рис. 23, в)
4
Смешанное
соединение
(рис. 23, z)
На .р;ис. 23, в показана батарея, состоящая из трех групп по
два аккумулятора (или гальваничес1юго элемента) в каждой.
При разомкнутом рубильнике Р из.меряем э. д. с. батареи. За­
тем включаем рубильник Р и ,измеряем напряжение на зажи­
мах батареи и ток во внешней цеп:и.
На рис. 23, г показана батарея, состоящая из двух групп по
три аккумулятора (или гальванического элемента) в каждой.
При 1разомкнутом •рубильнике Р из.меряем э. д. с. батареи. За­
тем включаем рубильник Р и измеряем напряжение на зажи­
мах батареи и ток во внешней цепи. Во всех четырех опытах
нагрузка остается постоянной. Зная показания вольтметра и
амперметра, можно определить сопротивление внешней цепи,
т. е. нагрузки по фор.муле
и
r=-.
/
(77)
Внутреннее сопротивление батареи определяется по формуле
Еб-r/ _ Еб- И
(78)
Гв б= ----
.
/
/
Внутреннее сопротивление одного аккумулятора (или галь­
ван,ичешюго ~элемента) в зависимости от того, по какой схеме
произ·водили опыт, •определяется по формулам (69), (72) и (75).
38


Мощность, отдаваемая батареей, определяется по формуле
Р= VI.
(79)
Мощность, развиваемая батареей,
Pp=Ei.
Коэффициент полезного дейстtшя батареи
р
т.=-.
Рр
Порядок проведения работы
(80)
(81)
1. Оз,накомиться с аппарцтурой и приборами, необходимы­
ми для выполнения работы, и записать их технические данные.
2. Собрать схему, изображенную на рис. 23, а, и произвести
измерения при разомкнутом и замкнутом рубильнике Р.
3. Собрать схему, изображенную ,на рис. 23, 6, и произвести
измерения при разомкнутом и замкнутом рубильнике Р.
4. Собрать схему, изображенную на рис. 23, в, и произвести
измерения при разомкнутом ,и замкнутом рубильнике Р.
5. Собрать схему, :изо,браженную на рис. 23, г, и произ1вести
измерения при разомкнутом и замкнутом рубильнике Р.
6. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 7) для каждой схемы определ,ить: сопротивление нагруз­
ки r; внутреннее сопротивление бата,реи r в. 6 ; среднее значение
внутреннего сопротивления одного аккумулятора (или гальва­
нического элемента) r 8 ; мощность Р, отдаваемую батареей во
внешнюю цепь; мощность Р Р' развиваемую батареей; к. п. д. 11·
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
!. Что называется последовательным соединением аккумуляторов или
гальванических элементов и когда оно применяется?
2. Что называется параллельным соединением аккумуляторов или галь­
ванических элементов и когда оно применяется?
'3. Что называется смешанным соединением аккуму.,яторов или гальва­
нических элементов и когда оно применнется?
4. Чему равна э. д. с. батареи при последовательном и парал.1ельном
соединении аккумуляторов или гальванических элементов?
,5. Написать формулу закона Ома для цепи, состоящей из трех после­
довате.%но соединенных элементов и приемника энергии.
6. Написать формулу закона Ома для цепи, состоящей из трех парал•
лельно соещшенных элементов и приемника энергии.
7. При каком соединении аккумуляторов или гальванических элементов
получается наименьшее внутреннее сопротивление батареи?


Глава 11
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ
РАБОТА No 8
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
КОНДЕНСАТОРОВ
Цель работы
Целью работы является определение емкости 0,11,ного кон­
денсатора, а также двух последовательно и двух параллельно
соединенных конденсаторов.
Общие сведения
Два проводника (обкладки), разделенные диэлектриком,
п•редста·вляют ообой электрический конденсатор или просто кон­
денсатор. В простейшем конденсаторе обкладки •и.м,еют форму
параллельных пластин, это так называемый плоский конденса­
тор. Если конденсатор присоединить к сети постоянного тока,
то на его обкладках поя,вятся электрические заряды, равные по
величине, но прот.ивоположные по знаку. Величина электриче­
ского заряда q на •одной из ,обкладок 1юнденсатора пропорцио­
нальна напряжению V, приложенному к обкладкам конденса­
тора:
q=СИ.
(1)
От,ношен:ие электр.ическото заряда q к напряжению И на об­
кладках конденсатора называется электрической емкостью или
просто емкостью конденсатора и обозначается буквой С, т. е.
С= _!L.
и
(2)
Емкость измеряется в фарадах (ф), а также в ·более мелких
единицах - микрофарадах (1 мкф=11О-в ф) 1И пикофарадах
(1пф= 10-12ф).
40


Последовательное соединение конденсаторов. При последо­
вательном соединении ,конденсаторов (,рис. 24) напряжение,
приложенное к батарее конденсаторов, равняется сумме напря­
жений отдельных конденсаторов:
(3)
Так как при посл~довательном соединении конденсаторов
заряды на всех его обкладках одинаковы, то напряжения от-
дель:ных конденсаторов будут равны:
+
И1=
.!L;И2= .!L;Ц3= _!!_
.
(4)
cl
С2
Сз
Подставляя эти соотношения в формулу
(3), получим:
И=q(-1+_1+_1).
cl
Сз Сз
Разделив обе части уравнения ~на q, полу­
чим
J!... = _1 +-1 +-1 =-1'
q
cl
С2СзС
если положить
1
1
1
1
С=С,+С2+Сз '
(б)
где С1, С2 и Сз - емкости отдельных кон­
денсаторов;
--------
и,
и
1Iз
Рис. 24. Последователь­
ное соединение конден­
саторов
С- эквивалентная (общая) емкость батареи.
Если соединены последовательно два конденсатора, то об­
щая их емкость будет ~равна:
(6)
Если последовательно соединены п одинаковых конденсато­
ров ( С1 = С2 = Сз = ... ), то общая емкость всей батареи конден­
саторов будет равна:
с _!;,
-
'
п
где С1 - емкость одного коаденсатора.
(7)
~Следовательно, общая емкость последовательно соединенных
конденсаторов одинаковой емкости меньше емкости одного кон­
денсатора в п ,раз.
Так как при последовательном соединении -конденсаторов
q=C1U1=C2U2=С3И3,
41


то напряжения между конденсаторами распределяются обрат­
но пропорционально емкостям:
ц=~;1⁄2=~;~=~.
®
И2С1ИзС2И1Сз
Параллельное соединение конденсаторов. При параллельном
с•оединении конденсаторов (рис. 25) напряжение у всех конден­
саторов будет одинаково и ~равно И, а электрические заряды на
их обкладках пропорциональны емкостям:
+q
и
Cz
-q,,
Рис. 25. Параллельное соединение
конденсаторов
(9)
Заряд всей батареи параллельно соединенных конденсаторов
равен сумме зарядов отдельных конденсаторов:
(10)
или
q=И(С1+С2+С3).
Разделив обе части уравнения на напряжение И, получим:
если положить
(11)
т. е. эквивалентная (общая) ем.кость батареи параллельно со­
единенных конденсаторов равняется сумме емкостей отдельных
конденсаторов. Если параллельно соединены п одинаковых кон­
денсаторов (С1=С2=Сз= ... =С,,), то общая емкость всей бата­
,реи конденсаrоров будет ~равна:
(12)
тде С1 - емкость о!дного конденсатора.
Следовательно, общая емкость параллельно · соединенных
'Конденсаторов одинаковой емкости больше :ем~ости одного кон­
денсатора в п ,раз.
42


Определение емкости конденсатора баллистическим
гальванометром
На рис. 26, а показана сх;ема для определения емкости кон­
денсатора баллистическим гальванометром. В этой схеме П - од­
нополюсный пер,еключатель, Е O -
нормальный элемент, БГ -
баллистический гальванометр, С O -
образцовый конденсатор
(конденсатор-эталон) с ·известной емкостью. Опыт производит­
ся следующим образом. Переключатель П ставим в положе-
а;
~~rп2
fJ_ г
о_
С1
С2.
б)
f
2
,.Г±с-f-
С2
б)
Рис. 26. Схемы для определения ем­
кости конденсаторов баллистическим
гальванометром:
а - определение емкости одного нонденса­
тора. б - определение емкости конденса­
торов при последовательном нх соедине­
нии, в - оп,ределение емкости конденсато•
ров при параллельном их соединении
н.ие 1 и заряжаем образцо,вый конденсатор до напряжения И.
Затем переключатель П ставим в положение 2 и разряжаем
конденсатор через гальванометр, пр.и этом отсчитываем число
делений шкалы п O при пер·вом макоимальном отбросе. После
этого вместо образцового конденсатора С O включаем 'Исследуе­
мый конденсатор С 1 и повторяем опыт так же, как и с образцо­
вым конденсатором, т. е. сначала переключатель П ставим в
положенrие 1 и за1ряжаем исследуемый конденсатор до напря­
жения И, а затем переключатель П ставим в положение 2 и
разряжаем исследуемый конденсатор через гальва1ном,етр, при
9том отсчитываем число делений шкалы п 1 пр.и первом макси­
мальном отбросе.
Количество электричества, прошедшее через гальванометр в
первом и во .втором случае, соответственно рав,но:
qo=сои=Сбпо И q= С1И =Сбп1,
где С 6 - баллистическая пос;гоянная гальванометра.
43


Разделив одно уразнение на дру,гое, получим:
откуда
Со по
-=-
с-Сn1
1- о-·
по
(13)
Зная п0, n1 и С0 , можно опр•еделить емкость С 1 исследуемо­
го конденсатора. Следует отметить, что опыт повторяется не
менее трех раз и в формулу ( 13) подставляется среднее ариф­
метическое значение из найденных значений для отбросов. Та­
ким же образом определяется емкость второго исследуемого
конденсатора. Затем соединяем последовательно исследуемы€'
конденсаторы (рис. 26, 6) и определяем их эквивалентную (об·
щую) ,емкость С пос , как было сказано выше. После этою со­
единяем параллельно исследуемые конденсаторы (рис. 26, в) и
определяем их общую емкость Спар . Следует сравнить •резуль•
таты непосредственного определения емкостей Спое и С пар с
результатами вычисления их по формулам (6) и (11). Результаты
наблюдений и ·вычислений зап1исываем в табл. 8.
Таблица 8
Измерено
Вычислено
.No
Исследуемые
отклонение вычислен-
~
Примеч а-
гальвано-
ная
с,+ с,
п/п конденсаторы н характер
метра
емкость
с,+ с,
ние
их соединения
делений
ф
ф
ф
1 Первый конденса-
2
3 тор
4 Второй
5
конден-
6 сатор
7 Последовательное
соединение конден-
са торов
8 Параллельное сое-
динение
конденса-
торов
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с конденсатора,ми, нормальным элементом
и ,баллистическим гальванометром и записать их т•ехн'ические
данные.
44


2. Собрать сх,ему, ,изображенную на рис. 26, а.
3. Зарядить образцовый конденсатор С 0 и разрядить е:ю на
гальваномrетр.
4. Вместо образцового конденсатора С O включить исследу­
емый конденсатор С1 , зарядить его, а затем разрядить через
гальванометр.
5. Определить .емкость С1 первого конденсатора.
6. Таким же способом определить емкость С2 второго кон­
денсат,ора.
7. Соединить последовательно исследуемые конденсаторы
(рис. 26, 6), зарядить их и затем разрядить через гальванометр.
8. Определ.ить емкость С пос двух последова11ельно соединен­
ных конденсаторов.
9. СоедJинить -параллельно исследуемые конденсаторы
(рис. 26, в), зарядить их и затем разрядить через гальванометр.
10. Определить емкость Спар двух параллельно соединенных
конденсатоrров.
,11. Сравнить результаты непосредственного определения
емкостей Спое и С пар с результатами выч:исленип их по фор­
мула,м (6) и ,(,1'1).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется конденсатором?
2. Что называется емкостью и в каких единицах она измеряется?
З. Напишl!те формулу эквивалентной емкости батареи при последова •
тельном соединении конденсаторов.
4. Чему равна эквивалентная емкость батареи при параллельном соеди­
нении конденсаторов?
5. Два параллельно соединенных конденсатора емкостью С1 каждый
соединяются затем последовательно. Как изменится при этом эквивалент­
ная емкость?
6. Напишите формулу энергии электрического поля конденсатора и в ка­
ких единицах она измеряется?


Глава III
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
РАБОТА No9
ПРОВЕРКА ЗАКОНА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОП ИНДУКЦИИ, ЯВЛЕНИЯ.
САМОИНДУКЦИИ И ВЗАИМНОП ИНДУКЦИИ
Цель работы
ЦеJiью работы явля:ется получение э. д. с. индукции, само­
'Индукции и ,взаимной индукции и выяснение факторов, от кото­
рых завиоит величина и направлен1ие :индуктированной э. д. с.
Общие :сведения
Электродвижущая сила индукции. Закон электромагнитной
индукции был открыт Фарадеем в 1831 r. Явление э,1ектромаг­
нитной индукции заключается в том,
что г:ри движении прямоJiинейного
проводника
в
маr,нитном поле
(рис. 27) и пересечении И!\! линий
магнитной индукции в проводнике
возникает (индуктируется) э. д. с.
Эта э. д. с. носит название э. д. с.
индукции. Такое же явление мы име-
ем, если проводник неподвижен, а
маr.нитное поле перемещается, т. е.
линии магнитной индукции пересе-
Рис. 27. Движение проводника кают проводник. Величина индукти­
в однородном (равномерном) рованной э. д. с. в прямолинейном
магнитном поле
проводнике прямо пропорциональна
магнитной индукции В, скоростw
движения v проводника в магнитном поле, активной длине l
проводника* и синусу угла а между направлением движения
* Под активной длиной проводника надо понимать ту длину проводни­
ка, которая пересекает линии магнитной индукции.
46


проводника и :направлением вектора маrнит,ной индукции (маг­
нитного поля)
е=Blvsinсх,
где е - э. д. с. индукции, в;
вб
В - магнитная индукция,
-
;
.м2
l - активная длина проводника, м;
(1)
v - ско:рость движения проводника ,в магнитном поле.
м/сек.
Если прямолинейный проводник движется перпендикулярно
направлению магнитного поля (вектору магнитной индукции).
то в проводнике индуктируется наибою,шая э. д. с. ;индукц:ии~
e=Blv.
(2)
Если проводник дв,ижется в магнитном поле и не пересекает
линии магниТiной индукции, то в проводнике не индуктируется
э. д. с. индукции. Направление ,и:ндуктированной э. д. с. опре•
деляется по правилу правой руки.
Если правую руку расположить так, чтобы линии магнитной
индукции входили в ладонь, а отогнутый под прямым углом
большой палец указывал направление
движения проводника, то четыре вытяну­
тых пальца покажут направление индук­
тированной э. д. с. Если проводник не­
подвижен, а перемещается магнит,ное по­
ле, то направление индуктированной
э. д. с. индукции также можно определить
по правилу правой руки; только в этом
случае действительное движение поля за­
меняется обратным. Если концы провод­
ника соединить проводом, находящимся
вне магнитного поля, то в образовавшем­
ся контуре под действием э. д. с. индук­
ции появится электрический ток.
Рассмотрим индуктирование э. д. с.
индукции в замкнутом контуре (рис. 28).
Если прямолинейный проводник (осталь­
ная часть контура находится вне малнит­
ного поля) за время Лt переместится пер­
пендикулярно направлению магнитного
поля на расстояние Ла, то скорость дви-
жения проводника будет равна:
да
v=- .
лt
1
1
1
~--
/.
/N
Рис. 28. Индуктирова­
ние э. д. с. в замкнутом
контуре
47


Э. д. с., индуктируемая в проводнике, определяется по формуле
Ла
e=Blv = Bl-.
лt
Так как произведение lЛа п1редставляет собой площадь ЛS,
описанную проводником при его движении, а произведение
площади ЛS и магнитшой индукп:ии В ,равн~о магнитному пото•
ку ЛФ, пересеченному проводником (контуром) при движении,
то э. д. с., индуктируемая в проводн:ике (контуре), будет опре­
деляться по фо,рмуле
е=Влs=лФ.
(3)
Лt
Лt
Так как из.менение магнитного потока, оцепленного с конту­
ром, может ~иметь разные знаки, то возникающая вследствие
это·го в контуре :Э. д. с. индукции может иметь разные направ­
ления в зависимост~и от того, увелич:ивается л:и магнитный по­
ток, сцепленный с контуром, или уменьшается. Поэтому, при­
нимая ·во внимание П1равило Ленца, э. д. с. ,индукции пишут со
знаком минус и тогда формула (3) пр:им1ет вид:
или
ЛФ
е=--
е=
dФ
dt
лt
(4)
Данная формул1Ировка закона эл·ектр•омагнитной индуюции
была дана Максвеллом. Из этой формулы видно, что э. д. с.,
индуктируемая в замкнутом контуре, равна скорости изменения
магнитного потока, сцепленного с контуром, взятой со знаком
минус. Следовательно, при возрастании магнитного потока, сце-
ЛФ
пленного с контуром, когда - >О, э. д. с. ,индукции будет
Лt
отрицательна, а при уменьшени~и магнитного потока, когда
Дф
--
<0, э. д. с. индукции будет положительна.
Лt
Электродвижущая сила самоиндукции. Электрический ток,
проходя по контуру (цепи), создает магнитный поток, сцеплен­
ный с эт:и.м контуром. Если ток в контуре будет изменяться, то
и магнитный пот,ок, сцепленный с контуром также будет изме­
няться; вследствие этого в конту~ре буд•ет ,индуктироваться
э. д. с. Эта э. д. с. нооит названше э. д. с. самоиндукции, а само
явление называется самоиндукцией. ЕслlИ магнитное поле, со­
здаваемое контуром, расположено в не-ферромагнитной среде,
то магнитный поток, сцепл-енный с контуром, пропорционален
току i в контур,е:
Ф=Li.
(5)
48


Коэффициент пропорциональности L называется индуктив­
ностью контура ( цепи) и измеряется в гн. Если ток в контуре
изменяется на величину Лi, то и магнитный поток, сцепленный
с контуром, ;изменяется на веЛ'ИЧIИНУ ЛФ = LЛi.
В контуре будет :индуктироваться э, д. с. самоиндукции:
или
дф
дi
е =-'--= -L-
L
дt
Дt
di
eL=-L-.
dt
(6)
Из этой формулы видно, что э. д. с. самоиндукiЦИИ прямо
пропорциональна скорости изменения 'ГОка в контуре. Направ­
ление э. д. с. определяется по правилу Ленца. ПрiИ возрастан:ии
дi
тока, когда - >О, э. д. с. самоиндукции направлена против
дt
тока в контуре, т. е. э. д. с. самоиндукции отрицательна. При
дi
уменьшении тока, когда - <0, э. д. с. самоинду,кции совпада-
дt
ет с направлением тока в контуре, т. 1е. э. д. с. самаиндукци1и
положительна. :Следует от:метить, что э. д. с. самоиндукции воз­
никает в :цепи постоянного тока лишь в моменты включения,
отключения или изменения режима цеп1и.
Электродвижущая сила взаимной индукции. Пусть мы име­
ем два контура (цепи), бЛ'изко расположенные друг относитель­
но друга. Если по одному из контуров, например первому, бу­
дет проходить ток, то часть магнитного потока, создаваемого
этим контуром, будет сцепл~ена со вторым контуром. При из­
менени1и тока в первом контур,е будет изменяться и магнитный
поток, оцепленный со вторым контуром, и во втором контуре
будет индуктироваться э. д. с. Эта э. д. с. ,носит название э. д. с.
взаимной индукции, а само явление называется взаимной ин­
дукцией ( взаимоиндукцией). Величина индуктированной э. д. с.
взаимной индукции во ·втором контуре определяется по фор­
муле
или
(7)
где М - взаимная индуктивность двух контур·ов, гн.
Уравнение (7) показывает, что э. д. с. взаимной :индукции,
индук11ируемая в одном из двух индуктивно связанных конту­
ров, прямо пропор1циональна изменению скорости тюка в .дру­
гом. Явление взаимной индукции широко используется в элек­
тротехнике. например в трансформаторах.
4-2546
49


Опытная проверка закона электромагнитной индукции,
явления самоиндукции и взаимной индукции
Электродвижущая сила индукции. На рис. 29 показана ка­
тушка, к которой присоединен гальванометр с нулем в сере­
дине. Опыт производим следующим о,бразом. Внутрь катушки
медленно вводим постоянный магнит северным полюсом, а затем
медленно выводим его. В первом случае стрелка гальванометра
отклонится (например, вправо). Это показывает, что в катушке
Рис. 29. Схема для проверки
закона электромагнитной ин­
дукции
индуктируется э. д. с. индукции, а
под действием э. д. с. в катушке воз­
никает ток. Во втором случае стре.1-
ка гальванометра отклонится в об­
ратную сторону (влево). Если мы
прекратим движение постоянного
магнита внутри катушки, то стре.1ка
гальванометра установится на нуле.
Таким образом, :viы приходим к сле­
дующему выводу: чтобы индуктиро­
валась э. д. с. в катушке, необходимо
относительно нее перемещать посто­
янный магнит или же, наоборот,
постоянный маг.нит должен быть не-
подвижен, а катушка должна пере­
мещаться. Направление индуктированной э. д. с. зависит от на­
правления движения постоянного магнита (магнитного поля)
от,носитель.но катушки или наоборот. Затем внутрь катушки мед­
ленно вводим постоянный маг.нит южным полюсом, а потом мед­
ленно выводим его. В этом опыте стрелка гальванометра будет
отклоняться в противоположные стороны по сравнению с пер­
вым опытом. Повторяем опыты, для чего быстро вводим постоян-
1ный маг.нит внутрь катушки, а затем быстро выводим его. Берем
катушку с большим числом витков и все опыты повторяем.
Электродвижущая сила самоиндукции. Янление самоиндук­
ции хорошо наблюдать при выключении цепи постоянного тока;
в этом случа,е ток i изменяется от первоначального значения /
до ~нуля. В данном случае э. д. с. самоиндукцИIИ будет совпа­
дать с направлением выключаемого -гака.
Величину э. д. с. самоиндукции можно приближенно изме­
рить вольтметром с двухсторонней шкалой (нуль в середине
шкалы) специального устройства. На рис. 30 показано направ­
ление тока в катушке 1и вольт.метре при включенном ру~б:ильн1и­
ке Р, а на· рис. 31 - направление тока и э. д. с. самоиндукции по­
сле выключения рубильника. Из рис. 30 и 31 видно, Ч'ГО 1На­
правление тока в вольтметре после выключеНlия рубильника Р
противоположно цервоначальному. Таким образом, при 1размы­
кани~и П:епи стрелка вольт,м,етра, возвращаясь ,на нуль, откло-
50


няется в обратную сторону. Величина отклонения стрЕ:,~ки зави­
сит от величины индукт,иру,емой в катушке э. д. с. самоиндук­
ции и инерции ·вращающейся части вольтметра. Чтобы устра­
нить последнюю причину, вольтметр снабжен специальным при­
способлением, которое удерживает стрелку вольтметра на нуле
р
+
1
/~
Рис. 30. Направление тока в
вольтметре при включенном
рубильнике
Рис. 31. Направление тока в
вольтметре после выключения ру­
бильника
при включенном рубильнике, но стрелка может отклоняться в
обратную сторону. Вследствие этого отклонение стрелки вольт­
метра приближенно будет пропорционально индуктируемой
э. д. с. самоиндукции.
Опыт производится по схеме, ·.изображенной •на рис. 32. В
этой схеме Р - двухполюсный рубильник; П
-
предохра•нителя;
К - катушка, которая должна иметь несколыю выводов; r Р -
к
Гр
Рис. 32. Схема для проверки явления самоиндукции
регулировочный реостат, при помощи которого мож~но изменять
ток в катушке; А - амперметр, измеряющий ток в катушке*;
V - вольтметр, приблизительно измеряющий э. д. с. самоиндук­
ции.
Опыт лроизводится следующим образом. Включив рубиль­
ник Р, реостатом rР устанавливаем заданный ток в катушке.
* Током в вольтметре пренебрегаем.
4*
51


Затем размыкаем рубильник и производим отсчет по вольтмет­
ру. Показание воль11метра записываем в табл. 9. Измеря·ем
э. д. с. самоиндукции пр!и различных числах витков катушки
без стального сердечника в катушке. После этого вставляем
стальной сердечник в катушку 1и снова производим измерения.
В заключение следует измерить э. д. с. самоиндукции пр!И трех
различных значениях тока в катушке и при постоянном числе
витко,в катушки.
Таблица 9
Измерено
М п/п
е
1
eL
1
е2М
Примечание
в
1
в
1
в
Э. д. с. взаимной индукции. Опыт ~производится по схеме,
изображе,нной на рис . .ЗЗ. В этой схеме применяются две ка­
Рис. 33. Схема для провер­
ки явления взаимной ин­
дукции
тушки, из которых одна имеет боль­
шое число витков, источник питания
(аккумулятор или гальванические
элементы) и вольтметр с нулем в
середине. Опыт производится сле­
дующим образом. •С<оединяем источ-
1ник пита1ния с катушкой, имеющей
малое число витков, вследствие чего
вокруг нее возникает постоянное
магнитное поле. Эту катушку сна­
чала без стального сердечника, а
затем со стальным сердечником
вставляем внутрь катушки с боль-
шим числом витков, а потом выни­
маем из нее и производим наблюдение. После этого, поместив
меньшую катушку внутри большей, с помощью ключа к, вклю­
чаем и выключаем ток при неподвижных обеих катушках и
производим наблюдения.
Порядок проведения работы
l. Ознаком1иться с аппаратурой 1и приборами, необходимы­
ми для выполнения работы, и записать их 1'ехН1ические данные.
2. Собрать схему, изо1браженную на рис. 29.
52


3. Внутрь катушки медленно вводить и выводить постоян­
ный магнит сначала северным, а затем южным полюсом.
4. Внутрь катушки быстро ввод1ить, а затем вывод:ить сна­
чала северный, а затем южный полюс постоянного магнита.
5. Собрать схему, ~изображенную на рис. 32.
16. Измерить э. д. с. самоиндукции лри различных числах
витков катушкш без с~ального сердечника.
7. Измерить э. д. с. самоиндукции при различных числах
витков со стальным ,сердечником.
8. Измерить э. д. с. самоиндукции при трех различных зна­
чениях тока и при постоянном числе витков катушки.
9. Собрать схему, изображ·енную на р:ис. 33.
10. Катушку с током вводить внутрь катушки, соединенной
с гальва,нометром, и выводить из нее.
11. Поместить катушку с током внутри неподвижной катуш­
ки и с помощью ключа к 1 включить и выключить ток при не­
подвижных обеих катушках.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
!. Что такое явление электромагнитной индукции?
~-
Что характеризует магнитная индукция и в каких единицах она из­
меряется?
З. Напишите формулу э. д. с., индуктируемой в прямолинейном провод­
нике, при перемещении его во внешнем магнитном поле.
4. Сформулируйте правило правой руки.
5. По какой формуле определяется э. д. с., индуктируемая в замкну­
том контуре?
б. В чем заключается явление самоиндукции и взаимной индукции?
7. Напишите формулы э. д. с. самоиндукции и взаимной индукции.


Глава IV
ОДНОФАЗНЫЯ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
РАБОТАNo10
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АКТИВНОГО
И ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИИ
Цель работы
Целью работы является опытная проверка основ.ных соотно­
шений для последовательной цепи переменного тока, обладаю­
щей активным и индуктивным сопротивлениями.
Общие сведения
Пусть в цепь переменного тока включена катушка с актив­
ным сопротивлением r и индуктивностью L (р~ис. 34). Эту цель
[
-=
и
Рис. 34. Цепь, содержащая
активное сопротивление r и
индуктивность L (катушка)
r
L
l·
~
r
lfu
и
L
И1,
Рис. 35. Последовательное со­
единение активного сопротив­
ления r и индуктивности L
можно рассматривать как последовательное соединение актив­
ного сопротивления r и ,индуктив•ности L (р,ис. 35). При прохо­
ждении переменного синуооидального тока
(1)
по катушке в ней создается переменный синусоидальный маг­
нит,ный поток, который индукт:ирует в катушке э. д. с. самоин-
.54


дукции е L· Электродвижущая сила самоиндукции имеет такое
направление, что она препятствует изменению тока, т. е. при
увеличении 11ока э. д. •С. самоиндукции напра,влена противопо­
ложно ему, а при уменьшении тока имеет· одинаковое направ­
лен,ие с ним. Применяя второй з,акон К:ирхгофа для мгновенных
значений электрических величин, получ:им:
и+eL= ri,
откуда напряжен1ие на зажимах цепи
и=ri-eL=иa+uL.
(2)
Падение напряжения в активном сопротивлении Ua = ri носит
название активной составляющей напряжения или просто актив­
ного напряжения *, и L =
-
е L - индуктивной или реактивной
составляющей напряжения или просто индуктивного или реак­
тивного напряжения. Если ток изменяется по закону синуса
[формула ( 1) ], то напряжение на зажимах цепи можно предста­
вить в следующем виде:
и=rlmsinшt+шLlmsin(шt+90°) =Иатsinшt+
+ИLmsin(шt+90°).
Рис. 36. Кривые мгновенных значений напряже­
ний и тока при последовательном соединении r
иL
Из этой формулы видно, что активная составляющая напря­
жения совпадает по фазе с током (рис. 36), а индукnивная со-
* Мгновенное значение напряжения на активном сопротивлении иногда
обозначают Ur, а действующее значение напряжения - Иr •
55


ставляющая напряжения опережает ток на 90° (четверть перио­
да). Действующие значения активной и индуктивной составляю­
щих напряжения ~найдем, если разделим на V2 их амплитуды.
т. е.
И
I
И = И = _______Е!!___ = r--m- = rl
агV2V2'
(3)
UL = ИLт =шL ....!.JE_ = шL/.
i~
V2
(4)
Определим напряжение на зажимах цепи пр.и помощи век•
торной диаграммы. Вектор тока 7 откладываем в произвольном
в
О~=""'======-~А--1
r/= Иа
Рис. 37. Векторная диаграмма при
последовательном соединении r и L
направлении, например гори­
зонтально (рис. 37), так как он
является постоянной величиной
для всех последовательно сое­
диненных приемников. По ~на-
правлению вектора тока / от­
кладываем вектор активной со­
ставляющей напряжения ( ак-
тивного ,напряжения) Иа, а под
углом 90° в сторону опережения
век1'ора тока / откладываем
вектор индуктивной составляю­
щей напряжения •(индуктивно-
го напряжения) И L. Складывая
геометрически векторы И а и
UL, мы получим вектор ,напря-
жения И на зажимах цепи,
т. е.
И=Иа+ИL= rl+xLI.
(5)
Величина х L = ffi L = 2л fL называется индуктивным сопротив­
лением и ,измеряется в омах. Индуктивное сопротивление зави•
сит от частоты приложенного напряжения, т. е. чем больше буде1
частота f, тем больше будет индуктивное сопротивление.
Прямоугольный треугольник ОАВ называется треугольни­
ком напряжений. Из треугольника ОАВ имеем:
И2 =Иа2+ИL2
или
U2 = (r/)2 + (xL/)2 =(r2 + х/) /2.
Извлекая из обеих частей уравнения квадратный корень, по­
лучим: •
56


откуда
(6)
Эта формула представляет собой закон Ома для цепи перемен­
ного тока с активным и индуктивным сопротивлениями, соеди­
ненными последовательно.
Величина Vr 2 + xL2 , имеющая размерность сопротивления,
называется полным сопротивлением цепи и обозначается буквой
z. Следовательно,
z=Vr2+xL2
(7)
и закон Ома для цепи переменного тока примет вид:
f=..!! ...
(8)
z
или
И= zl.
(9)
Следует отметить, что в действительности цепь обладает
только активным сопротивлением r, а кажущееся увеличение
сопротивления цепи до значения z объясняется наличием элект•
родвижущей силы самоиндукции вследствие индуктивности
цепи.
Из векторной диаграммы видно, что вектор ~напряжения И
опережает вектор тока Т на угол q:> ,или вектор тока отстает от
вектора напряжения на угол q:>. Угол q:> считается положитель­
ным, если вектор напряжения опережает вектор тока, и - отрица­
тельным, если вектор напряжения отстает от вектора тока.
Угол q:> сдвига фаз между напряжением на зажимах всей це•
пи и током в цепи можно определить из треугольника напряже­
ний (рис. 37):
tg(f)=UL=ХL[=ХL.
Ua
rl
r
(10)
Если все стороны треугольника напряжений разделим на ве­
личину тока /, то получим треугольник сопротивлений (рис. 38).
Треугольник сопротивлений подобен треугольнику напряжений.
Из треугольника сопротивлений имеем:
cosrp= ..!._ ; sinrp=xL;
z
z
tg(f)=Х[ ;
r
r=zcosrp; xL=zsinrp; z=Vr2 +xL2 •
(11)
(12)
Треугольник сопротивлений дает возможность наЙ/Q:1.долное
сопро11ивление z цепи, угол q:> сдвига фаз между напряжением на
зажимах цепи и током в цепи. Кроме того, по треугольнику соп-
57


ротивлений и заданному напряжению можно графически опре­
делить активную Иа и индуктивную И L составляющие напря­
жения. Если все стороны треугольника напряжений * умнож,им
на /, то получим треугольник мощностей (рис. 39), подобный
треугольнику напряжений.
Рис. 38. Треугольник сопротивле­
нийцеписrиL
Рис. 39. Треугольник мощностей
Из треугольника мощностей имеем: активная мощность
Р=r/2=ИIcos'f'.
(13)
Активная мощность измеряется в ваттах (вт), киловаттах
(квт) или мегаваттах (Мвт);
реактивная мощность
Q=xL/2= Ulsin(f'.
(14)
Реактивная мощность измеряется в вольтамперах реактив­
ных (вар) ,или киловольтамперах реактивных (квар):
полная мощность
S=Vl=Vр2+Q2.
(15)
Полная мощность измеряется в вольтамперах (ва) или ки­
ловольтамперах (ква).
Отношение активной мощности к полной мощности называет­
ся коэффициентом мощности:
р
р
COS'f '=S=UI.
(16)
Зная показания ваттметра, вольтметра и амперметра, можно
определить коэффициент мощности. Коэффициент мощности
можно определить пр,и помощи одного прибора, называемого
• Треугольник мощностей можно
получить из треугольника сопротив­
ления, если все его стороны умножим на / 2•
58


фазометром. Из формулы ( 13) видно, что с увеличением cos <р
активная мощность также увеличивается. При cos <р= 1 активная
мощность будет равна полной мощности.
Испытание катушки
Испытание катушки производится по одной из схем, изобра­
женных на рис. 40. В этих схемах: Р - двухполюсный рубиль­
ник; П - предохранители; r Р - регулировочный реостат, который
а)
6)
6)
Рис. 40. Схемы для испытания катушки:
а - при помощи ,регулировочного реостата, 6
-
при по­
мощи автотрансформатора, в - по методу трех вольт­
метров
с.т1ужит для регулирования напряжения на зажимах катушки;
АТ - автотрансформатор для регулирования ,напряжения на за­
жимах катушки; V - вольтметр, измеряющий напряжение на за­
жимах катушки ( если испытание катушки производится по схе-
59


Исслед.уемый
объект
1 Катушка без
2 стального сер-
3 дечника при
4 f= const
5
6
7
1 Катушка без
2 стального сер-
3 дечника при
4 И= const
5
6
7
1 Катушка со
2 стальным сер-
3 дечником при
4f=const
5
6
7
1 Катушка со
2 стальным сер-
3 дечником пр_и
4 И= const
5
6
7
Таб.1ица10
Измерено
Вычислено
и
1
1
1
р
1/ z IrIхLILIcos~
Примеч а-
ние
с=
А
с=
w
ZЦОМОМОМZH
~~ дел.\вт
1
!
1
ме рис. 40, в; то вместо трех можно применить один вольв1етр,
которым поочередно можно измерять напряжение на зажимах
всей цепи, напряжение на зажимах реостата и напряжение на
зажимах катушки); А - амперметр, измеряющий ток в катуш­
ке; W - ваттметр, измеряющий мощность, потребляемую катуш-
60


кой; Hz - частотомер*, измеряющий частоту приложенного на­
пряжения к катушке.
Испытание катушки без стального сердечника при перемен­
ном напряжении на зажимах катушки и при постоянной частоте.
Опыт производится следующим образом. Включив рубильник Р,
регулировочным реостатом r Р (или автотрансформатором АТ)
устанавливаем различные напряжения на зажимах катушки.
Первый отсчет по приборам производится при полностью вклю­
ченном реостате r Р (или автотрансформатором подводим к ка­
тушке ,неполное напряжение се­
ти), а затем постепенно умень­
шаем его сопротивление (или
автотрансформатором увеличи­
ваем напряжение ,на зажимах
катушки). Напряжен-пе на за­
жимах катушки рекомендуется
изменять через 10 в. Во время
опыта частота должна поддер­
в
~
живаться постоянной. При каж- О"======="'<""'~---''----!
дом изменении ~напряжения по-
и,
казания приборов записываем Рис. 41. Векторная диаграмма для
в табл. 10.
схемы рис. 40, в
Примечание. Если ис-
пытание катушки производится по схеме рис. 40, в, то в
табл. 10 следует добавить еще две графы для ,напряжений И1
и U2 . В этом случае активную мощность, потребляемую катуш­
кой, можно определить по показаниям четырех электроизмери­
тельных _приборов**. Из тупоугольного треугольника ОАВ
(рис. 41) имеем:
откуда
u2_ u2- И22
И2 cos ер=
1
,
2И,
где И - напряжение на зажимах всей цепи;
И1 - напряжение на зажимах реостата r Р;
И2 - напряжение на зажимах катушки;
cos с:р - коэффициент мощности катушки.
* Если испытание катушки будут производить только· при
постоян­
ной частоте, то частотомер можно не включать в схему; частоту при вычис­
лениях можно принимать равной 50 гц.
•• Если сопротивление rp известно, то активная мощность определяется
по показаниям трех вольтметров.
61


Умножив обе части этого уравнения на /, получим активную
МОЩНОСТЬ катушки:
и
гдеr = ___!_
р
/
z
t
Полное сопротивление катушки*
и
Z=- .
/
Активное сопротивление катушки
р
r=-
/2•
Индуктивное сопротивление катушки
xL=Vlz2- r2
Индуктивность катушки
L=XL = ~.
(j)
21t/
(17)
(18)
(19)
(20)
Z=/i (f)
Коэффициент мощности ка­
тушки определяется по форму­
ле '(16)
1.=f',(U}
р
cos<р=UI
А
QL___________
-U.f
Рис. 42. Зависимость полного сопро­
тивления z катушки от напряже­
ния И, приложенного к катушке,
r. е. z = F 1 (И), и зависимость полного
сопротивления z катушки от часто-
Данный опыт имеет целью
показать, что полное сопротив­
ление z катушки без стального
сердечника не зависит от вели­
чины приложенного к катушке
напряжения при постоянной
частоте, так как индуктивность
L и активное сопротивление r
катушки остаются постоянны­
ми величинами. Поэтому зави­
симость полного сопротивле­
ния z от напряжения И [z =
=F1 (И)] изобразится прямой,
параллельной оси ;напряжений
(рис. 42).
ты f, т. е. z=F2(f)
* Если испытание катушки производится по схеме рис. 40, в, то пол­
ное сопротивление катушки определяется по формуле
Из
z=-
(17')
/
62


Испытание катушки без стального сердечника при перемен­
ной частоте и неизменном напряжении на зажимах катушки.
Опыт производится следующим образом. Включив рубильник Р,
регулировочным реостатом rР (или автотрансформатором) уста­
навливаем заданное напряжение И на зажимах катушки, кото­
рое во время опыта поддерживается неизменным. Величину на­
пряжения И вы6ираем, исходя из того, что ток в катушке будет
иметь максимальное значение при наименьшей частоте. Первый
отсчет по приборам производим при частоте ЗО гц, а затем через
каждые 5 гц повышаем частоту до 60 гц. Частота регулируется
изменением скорости вращения генератора. При каждом изме­
нении частоты показания приборов записываем в табл. 10. На
основании полученных данных опыта определяем z, r. х L• L н
cos ер по вышеприведенным форму.1ам и строим характеристику
z=F2 ({), как показано на рис. 42. Так как для катушки без
стального се.рдечника можно считать r и L величинами постоян-
ными, то из выражения z=Vr2 +х2L = Vr2 +ш2L2 имеем
z2
ш2
---=1•
r2
r'
L2
Следовательно, характеристика z=F2 (f) представляет собой
гиперболу. Как видно из кривой, отрезок ОА дает сопротивление
катушки при f = О, т. е. сопротивление катушки ro при постоянном
токе.
Испытание катушки со стальным сердечником при перемен­
ном напряжении на зажимах катушки и при постоянной частоте.
Снятие характеристик z, r, xL=Fз (И) при f=const производит­
ся так же, как было сказано выше. Полное z, аюшвное r и ин­
дуктивное х L сопротивления катушки при наличии сердечника
зависят от величины приложенного к зажимам катушки напря­
жения И (рис. 43). В данном случае, кроме потерь Рм в меди
обмотки катушки, возникают потери Р ст в стали сердечника
на гистерезис и на вихревые токи. Следовательно, активная мощ­
ность, потребляемая катушкой. будет равна:
Р=Рм+Рст- r/2= ИfCOSер,
откуда активное сопротивление катушки
(21)
где
Р Рм +Рст
r= /2=/2 •12=Гм+Гст,
(22)
р
r м = ~ - активное сопротивление обмотки катушки;
/2
р
rст = _з: - сопротивление, которое учитывает потери в
/2
стали сердечника катушки.
63


Таким образом, активное сопротивление катушки с сердечни­
ком больше активного сопротивления катушки без сердечника.
Зная мощность, потребляемую катушкой, и потери в меди об­
мотки катушк;и, можно определить потери в стали сердечника:
Рст = Р-Рм.
(23)
Испытание катушки со стальным сердечником при перемен­
ной частоте и при неизменном напряжении на зажимах катушки,
Снятие характеристик z, r, х L = F 4 (f) при И= coпst производит­
ся так же, как и при испытании катушки без сердечника при
о'------------
-
и
Рис. 43. Кривые зависимости
полного z, активного r и ин­
дуктивного х L сопротивлений
от напряжения И, приложен-
ного к катушке
Рис. 44. Кривые зависимос.ти
полного z, активного r и ин­
дуктивного х L сопротивлений
от частоты f
переменной частоте, но при неизменном напряжении. Активное
сопротивление катушки с сердечником определяется по формуле
(22). На рис. 44 показаны кривые изменения полного z, активно­
го r и индуктивного х L сопротивлений в зависимости от часто­
ты f. Из этих кривых видно, что с увеличением частоты сопро­
тивления z, r ,и х L будут увеличиваться.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми
для выполнения работы,. и записать их технические данные.
2. Собрать одну из схем, изображенных на рис. 40.
3. Произвести испытание катушк.и без стального сердечника
при переменном напряжении на зажимах катушки и при посто"
янной частоте. Число измерений взять не менее шести.
4. На основании полученных данных опыта (согласно
-табл. 10) определить полное z. активное г. индуктивное х L соп­
ро11ивления катушки, индуктивность L и коэффициент мощности
~o s <р катушки.
64
• 5. Построить векторную диаграмму для одного из опытов.
6. Построить характеристику z=F1 ( И) при f= const.


7. Произвести испытание катушки без стального сердечни­
ка при переменной частоте и при неизменном напряжении на
зажимах катушкш. Число измерений взять не менее шести.
8. На основании полученных данных (согласно табл. 10)
определить z, r, х L' L и cos qJ катушки.
9. Построить векторную диаграмму для одного из опытов.
10. Построить характеристику z=F2 (f) при И= const.
11. Произвести испытание катушки со стальным сердечником
при переменном напряжении на зажимах катушки и при по­
стоянной частоте. Число измерений взять не менее шести.
12. На основании полученных данных опыта ( согласно
табл. 10) определить z, r, х L, L и cos qJ катушки.
13. Построить характеристики z, r, х L =Fз ( И) при f= const.
14. Произвести испытание катушки со стальным сердечн,иком
при переменной частоте и при неизменном напряжении на за­
жимах катушки. Число измерений взять не менее шести.
15. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 10) определить z, r, х L, L и cos qJ.
16. Постро,ить характеристики z, r, х L = F4 (f) при И=
=const.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
l. Что называется действующим значением синусоидального тока?
12. Какое соотношение между действующим и максимальным значениями
синусоидального тока?
3. Какое, значение (мгновенное, максимальное или действующее) пока­
зывают вольтметр и амперметр, включенные в цепь переменного тока?
4. Почему сопротивление катушки в цепи переменного тока больше ее
сопротивления в цепи постоянного тока?
i5. Почему полное сопротивление катушки со стальным сердечником
больше полного сопротивления этой же катушки без сердечника?
6. Изменится ли полное сопротивление катушки без стального сердеч­
ника при постоянной частоте, если напряжение на зажимах катушки уве­
личится?
7. Напишите формулы активной, реактивной и полной мощностей. В
каких единицах они измеряются?
РАБОТА No 11
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КАТУШЕК
Цель работы
Целью работы является опытная проверка основных соотно­
шений при последовательном соединении катушек, т. е. что
напряжение, приложенное к цепи, не равно арифметической
5-2546
65


сум:-.1е напряжений на зажимах отдельных катушек и полное со­
противление цепи не равно арифметической сумме полных соп­
ротивлений отдельных катушек*.
Общие сведения
Рассмотрим цепь, состоящую из трех последовательно вклю­
ченных катушек (рис. 45). Предположим, что заданными вели­
чинами являются: напряжение И, приложенное к цепи; актив­
ные сопротивления катушек r1, r2,
r 3 ; индуктивности катушек L1, L2
и L3, а требуется найти ток / в
цепи и коэффициенты мощности
каждой катушки и всей цепи. При
последовательном соединении ка­
тушек напряжение, приложенное
1
и,
------<>
, r,.L,
}
и
Гz
Lz
'з, tз
'
Рис. 45. Последовательное соеди- Рис.
нение катушек
1/=U,,
l
r,l • Ua,
Ua=rl
46. Векторная диаграмма для це-
пи, изображенной на рис. 45
к цепи, равно геометрической сумме напряжений на зажимах
отдельных катушек (рмс. 46)
И=И1+И2+И3,
(24)
где И1 = z1I, И2 =z2/ и И3 = z3/ - напряжения на зажимах
отдельных катушек;
z1= Vri+xl1, Z2= -{r~+xl2иz~=Уr~+хlэ
-
полные- сопротивления отдельных катушек.
* В .частном случае, если катушки имеют одинаковые активные и индук­
тивные сопротивления или одинаковый сдви_г фаз между током и напряже­
нием на зажимах каждой катушки, Т() напряжение, приложенное к цепи,
будет равно арифметической сумме напряжений на зажимах отдельных ка­
тушек; полное сопротивление цепи в этом случае также равно арифметиче­
ской сумме полных r,опротивлений отдельных катушек.
66


Разложив векторы напряжений на активные и реактивные
составляющие, получим:
(25)
Так как активные составляющие напряжений катушек совпада•
ют по фазе с вектором тока /, то активная составляющая при•
ложенного напряжения к цепи равна арифметической сумме ак­
тивных составляющих напряжений отдельных катушек:
Иа=И.1+Иа2+Иа3=r1/+r2/ +r31=(r1 +r2 +r3)/= rl, (26)
если положить
(27)
т. е. эквивалентное актив.ное сопротивление всей цепи равно
ариф.метической сумме активных сопротивлений отдельных ка­
тушек. Реактивные составляющие напряжений катушек опере­
жают вектор тока / на 90°, поэтому реактивная составляющая
приложенного напряжения к цепи также равна арифметической
сумме реактивных составляющих напряжений отдельных кату­
шек.
Ир=Ир1+Ир2+Ирз= xL1/+Xr21+Xrвl• (Xr1 +Xr2+
+Xr3)/= Xrl,
(28)
• если положить
(29)
т. е. эквивалентное индуктивное сопротивление всей цепи равно
арифметической сумме индуктивных сопротивлений отдельных
катушек. Следовательно, уравнение (25) можно представить
так:
или
И= Иа +Ир=rl+xJ
И=IVr2+Xr2= zl,
где z = -V r 2 + хL 2 - полное сопротивление всей цепи.
(30)
(31)
Следует обратить внимание, что полное сопротивление z цепи
не равно арифметической сумме полных сопротивлений отдель•
ных катушек.
Полное сопротивление всей цепи равно геометрической сум•
ме полных сопротивлений отдельных катушек:
Z=Z1+Z2+Z3.
(32)
Зная полное сопротивление всей цепи и напряжение на ее
зажимах, можно определить ток в цепи:
5*
(33)
67


Коэффициенты мощности отдельных катушек и всей цепи
Г3
Г3
r
r
)
cos(f'3 = -
= -~~====-
cos(f'= -
=
-: :.:: .:: .:: .:: .
.
(34
Zз -.J r~+хlз
z
Уr2+xl
Умножив обе части уравнений (27) и (29) на /2, получим:
r/2 = rJ2+r212+r312, xL/2 = xLl/2+xL212+XL312
или
Р=Р1+Р2+Р3,}
Q=Q1+Q2+Q3.
(35)
Следовательно, активная мощность Р всей цепи равна ариф­
метической сумме активных мощностей отдельных катушек и
реактивная мощность Q всей цепи равна арифметической сум­
ме реактивных мощностей отдельных катушек.
Испытание двух последовательно соединенных катушек
Сначала определяем полное, активное и индуктивное сопро­
тивления каждой катушки в отдельности, для этого собираем
одну из схем, изображенных на рис. 40. Опыт производится сле­
дующим образом. Включив рубильник Р, полностью включаем
регулировочный реостат r Р (или автотрансформатором устанав­
ливаем небольшое напряжение) и записываем показания прибо­
ров в табл. 11. Затем уменьшаем сопротивление регулировочно-
t:
";а!;
1
2
3
1
2
3
и
118! катушки
Cv=
дел. 1
Первая
катушка
Вторая
катушка
Измерено
1
[
1
р
СА=
Cw=
в дел. 1а дел. 1вт
Таблица 11
Вычислено
11
z
1
r
1XL
Примечание
гцомомом
Z1=
о.м
Г1=
о.м
XL1=
о.м
Z2=
о.м
rз=
о.м
XL2=
о.м
Пр им е чан и е. z1, z 2, r 1, r2, XL1 и XL2- средние арифметические значе­
ния полных, активных и индуктивных сопротивлений первой и второй катушек.
68


го реостата rР (или автотрансформатором увеличиваем напря­
жение на зажимах катушки) и снова записываем показания
приборов.
Для более точного определения сопротивлений катушек сле­
дует произвести измерения при трех разЛ'ичных з1начениях напря­
жения 1на зажимах катушки, т. е. при трех положениях днижка
регулировочного реостата rР. Сопротивления z, r и х L опреде-
ляются по формулам (17), (18) и (19). Истинное значение сопро­
тивления находим как сред1нее арифметическое из трех резуль­
татов измерений. После этого собираем схему рис. 47. В этой
г®.
Рис. 47. Схема для испытания двух последовательно
соединенных катушек
схемf-:: Р- двухполюсный рубильник; П - предохранители; r Р -
рег~:лировочный реостат; А - амперметр, измеряющий ток в це­
пи; W - ваттметр, измеряющий мощность, потребляемую двумя
катушками; V - вольтметр, измеряющий напряжение 1на зажи­
мах всей цепи и каждой катушки. Опыт производится так же,
как при определении сопротивлений каждой катушки. Показа­
ния приборов записываем в табл. 12.
Зная показания вольтметра И 1И амперметра, можно опреде­
лить пол,ное сопротивление двух последовательно соединенных
катушек:
и
Z= -.
1
Активное сопротивление дnух последовател1>но соединенных
катушек определим на основания показаний .ваттметра и ампер­
метра, -т. е.
р
Г=-.
/2
Индук11ивное сопротивление двух последовательно соединен-
1ных катушек рав,но:
69


~
Таблиц а 12
Измерено
Вычислено
и
и,
и,
I
р
z
1 , 1 XL I L ~ r=r,+r, 1 XL=xL,+xL, 1 Z=Jl(r,+r,)2+(xL,+xL,)'
м,
"
1"
n/п сv=
с=
с=
с=Cw=
"'
V
V
А
=
.,
"'
дел.1 а_
:r
дел., в де,., в дел., в
дел./ вт .
"'
::.
ом
гн
ом
ом
ом
=
"'
t::
.
1
1
2
1
3
Таб,1ица 13
Измерено
Вычислено
иIиаIис1
1
1
Рz1,1хсIсIcos~1QIs
N, п/п
Cv= 1
cv-1
Cv= 1
СА= 1 Cw=
1
Примсчаниl!
дед.,в Iде.,. ,в Iдел. ,в Iдел.1а Iдел. ,вт
ом
ом
ом
ф-
вар
ва
1
2
3


Зная активное и индуктивное -сопротивления каждой катуш­
ки, можно определить а1налитически активное, индуктивное и
полное сопротивления двух последовательно соединенных кату·
шек по формулам:
Г=Г1+Г2;
xL=x 0 +xL2;
На рис. 48 показано графическое определение полного сопро­
тивления двух последователыно соединенных катушек. Из этого
рисунка видно, что полное сопро­
тивление двух последовательно
соединенных катушек равно гео­
метрич~ской сумме полных сопро­
тивлений этих катушек.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с аппарату­
рой и приборами, необходимыми
для выполнения работы, и запи­
сать их технические данные.
2. Собрать о,щну из схем, изоб­
раженных на рис. 40, и ,произвести
измерения для каждой ка тушки
при трех различных значениях на­
пряжения на зажимах катушки.
3. На основании полученных
данных опыта (соглаено 1абл. ll)
определить полное, активное и ин-
r;
Рис. 48. Диаграмма ~опротивле­
ний для цепи, показанной
на рис. 47
дуктивное сопротивления каждой ка тушки.
4. Собрать схему, изображенную 1на рис. 47, и произвести из­
мерения при трех различ,ных значениях напряжения 1на зажимах
двух последовательно соединенных катушек.
5. На основании полученных да1нныхопыта (соглаено табл. 12)
определить полное, активное :и индуктивное сопротивления двух
последователыно соединенных катушек.
6. Определить аналитически (на основании табл. 11) актив­
ное, индуктив;ное и полное сопротивления двух последовательно
соединенных катушек.
7. Определить графически (на основании табл. 11} полное
сопротивление двух последовательно соединенных катушек.
8. Сравнить результаты пп. 5; 6; 7.
9. На основании полученных данных (согласно табл. 12) по­
строить векторную диаграмму.
71


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Чему равно полное сопротивление двух последовательно соединен­
ных катушек?
12. По показаниям амперметра, вольтметра (измеряющего
на зажимах всей цепи) и ваттметра определить активное и
сопротивления двух последовательно соединенных катушек, а
реактивную и полную мощности всей цепи.
напряжение
индуктивное
также найти
3. Напишите формулы коэффициента мощности каждой катушки и
всей цепи.
РАБОТА No 12
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АКТИВНОГО
И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Цель работы
Целью работы является опытная проверка основных соотно­
шений для последовательной цепи переменного тока, обладаю­
щей активным и емкостным сопротивлениями.
Общие сведения
Если цепь переменного тока обладает активным сопротивле­
нием r и емкостью С (рис. 49), то на основании второго закона
1
-- --<>
и
Рис. 49. Последовательное
соединение активного со­
противления r и емкости С
xcl= llc
в
Рис. 50. Векторная диаграмма
для последовательного соединения
rиС
Кирхгофа для мгновенных значений электрических величин мо­
жем написать
и=ri+Uc,
(36)
где и - мгновенное значение приложенного к цепи напряже­
ния;
72
i - мгновенное значение тока в цепи;
ис - мгновенное значение напряжения, приложенного к
обкладкам конденсатора и представляющего собой па­
дение напряжения на емкости.


Если ток изменяется по закону синус1, т. с. i=lт siп wt, то
предыдущее уравнение можно представить так:
и=rIтsinшt+-1
-
Iтsin(шt- 90")•.
(J) с
Из этой формулы видно, что приложенное к цепи напряже­
ние состоит из двух составляющих: активной составляющей на­
пряжения (или активного напряжения) Ua =rlт sin wt, совпада­
ющей по фазе с током, и емкостной или реактивной составляю-
щей напряжения (или емкостного напряжения) Uc= .!'!l sin (шt-
(JJ с
-9 0°), отстающей по фазе от тока на_ 90° (четверть периода).
Следовательно,
и= Ua+Uc.
(37)
Построим векторную диаграмму. В произвольном направлении
откладываем вектор тока /, так как он является постоянной ве­
личиной для всех последовательно соединенных приемников
(рис. 50). По направлению вектора тока 1 откладываем вектор
напряжения И а на зажимах активного сопротивления, а под уг­
лом 90° в сторону отставания от вектора тока Т откладываем
вектор напряжения И с на зажимах конденсатора (емкости).
Складывая геометрически векторы Иа и l/с , получим вектор
напряжения И на зажимах цепи, т. е.
(38)
Вектор напряжения И отстает от вектора тока / на угол ер
(рис. 50), который можно определить из треуголыника напря­
жений ОАВ. Из треугольника ОАВ имеем:
u2=Иа2+Ис2
или
и2= (r/)2+ ColC 1)2= 12[r2+Clc)2].
Извлекая из обеих частей уравнения квадратный корень, полу­
чим:
откуда
и
I=--======-=--=--=--
и
(39)
73


Эта формула представляет собой закон Ома для цепи перемен­
ного тока с активным сопротивлением и емкостью, соединенны­
ми последовательно.
1
1
Величина Хе =
-
=--
~называется емкостным сопротив-
(J)С 2it/С
лением и измеряется в омах. Емкостное сопротивление зависит от
частоты приложенного напряжения f, т. е. чем больше будет
частота, тем меньше будет емкостное сопротивление . .Величина
Уr 2 + х~, имеющая размерность сопротивления, называ~тся
полным сопротивлением цепи и обоз на чается буквой z. Следо­
вательно, Z= V r 2 + х~ и закон Ома для цепи переменного то­
ка примет следующий вид:
или
1=и
z
V=zl.
(40)
(41)
Если все стороны треугольника напряжений ОАВ разделим
на величину тока /, то получим треугольник сопротивлений
{рис. 51). Из треугольника сопротивлений имеем:
r
Хе
Рис. 51. Треугольник сопротивле­
нийцеписrиС
cos rp = ..!.... ;
~inrp=хе;tgrp=хе;
z
z
r
r= zcosrp;хе=zsinrp;z=Vr2+хе2.
Испытание последовательной цепи, содержащей r и С
(42)
(43)
Испытание последовательной цепи, содержащей активное и
емкостное сопротивления, производится по одной из схем, изоб­
раженных на рис. 52. В этих схемах: Р - двухполюсный рубиль­
ник; П - предохранители; r - ламповый или проволочный рео-
74


стат; С - конденсаторы *; :А - амперметр, измеряющий ток в
цепи; W - ваттметр, измеряющий активную мощность цепи; V,
Va, Vc - вольтметры, измеряющие напряжение на, зажимах
,всей цепи, напряжение на зажимах лампового или проволочного
реостата и напряжение на обкладках конденсаторов (вместо
трех можно взять один вольтметр, измеряя напряжения на за­
жимах всей цепи, реостата и конденсаторов поочередно).
Опыт производится следующим образом. Включив рубиль­
iшк Р, записываем показания приборов в табл. 13 (см. стр. 70).
1⁄4
с
а)
Рис. 52. Последовательное соединение ламп накаливания и конденсаторов:
а - при помощи ваттметра, б - по методу трех вольтметров
Затем, изменяя сопротивление лампового или проволочного
реостата, необходимо произвести еще два измерения по прибо­
рам.
На основании данных опыта (согласно табл. 13) можно оп­
ределить следующие величины:
полное сопротивление цепи
и
Z=-
1
активное сопротивление реостата
r=Иа•
/,
емкостное сопротивление конденсаторов
_
Ис.
Хе--,
/
емкость конденсаторов
(44)
(45)
(46)
1
С=-
(47)
21t/Xc
(частоту f следует взять равной 50 гц);
* На схеме показан толыю один конденсатор,
на самом же деле их
имеется несколько и они соединены между собой параллельно.
75


коэффициент мощности цепи
или
r
cosq,= -
z
р
cosq, = -
UI
реактивную мощность цепи
Q=xc/2;
полную мощность цепи
)1>
1
'
или
S= И/
\
S=J/р2+Q2. J
Порядок проведения работы
(48)
(49)
(50)
1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми
для выполнения работы, и записать их технические данные.
2. Собрать одну из схем, изображенных на рис. 52, и про­
извести измерения при трех различных значениях сопротивле­
ния лампового или проволочного реостата.
3. На основании полученных данных опыта и подсчета (со­
гласно табл. 13) определить z, r, Хе, С, cos (J), Q и S.
4. Построить векторную диаграмму для одного из наблюде­
ний опыта.
iКОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Напишите закон Ома для последовательного соединения активного
оопротивления r и емкости С.
2. Как зависит емкостное сопротивление х с от частоты f?
3. Как зависит р.еактивная мощность Q для данной цепи от величины
емкости С?
4. Будут ли изменяться величины тока и мощности (активной, реактив­
ной и полной) данной цепи при изменении частоты f?
РАБОТА No 13
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АКТИВНОГО, ИНДУКТИВНОГО
И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ
Цель работы
Целью работы является опытная проверка основных соотно­
шений для последовательной цепи переменного тока, обладаю­
щей активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью, и
получение резонанса напряжения в этой цепи путем изменения
ее индуктивности или емкости.
76


Общие сведения
При последовательном соединении активного сопротивления
r, индуктивности L и емкости С (рис. 53) приложенное к цепи
напряжение будет состоять из трех составляющих: активной
составляющей напряжения (активного напряжения) Иа= rl,
совпадающей по фазе с вектором тока /; индуктивной составля•
ющей напряжения (индуктивного напряжения) И L =Х L 1, опе-
,..
с
Рис. 53. ПоследоватсJiьное со­
единение активного сопротив•
ления r, индуктивности L и
емкости С
Рис. 54. Векторная диаграмма цепи
с r, L и С для случая, когда XL>xe
(к схеме рис. 53)
режающей вектор тока Т на 90°, и емкостной
составляющей
напряжения (емкостного напряжения) Ие =хе/, отстающей от
вектора тока 7 на 90°, т. е.
И=И8+ИL+Ие·
(51)
Построение векторной диаграммы для рассматриваемой цепи
производится следующим образом. В произвольном направлении
откладываем вектор тока Т (рис. 54). По направлению вектора
тока Т откладываем вектор активного напряженияИа =rfна за•
жимах активного сопротивления, под углом 90° в сторону опе­
режения вектора тока 7 откладываем вектор индуктивного напря­
жения И L =х L Т на зажимах индуктивности и под углом 90"
в сторону отставания от вектора тока Т откладываем вектор
емкостного напряжения Ие =Хе Т на обкладках конденсатора.
Складывая геометрически векторы Иа. ИL и И'е , получим вектор
77


напряжения И на зажимах всей цепи. Прямоугольный треуголь­
ник ОАВ называется треугольником напряжений. Из треуголь­
ника ОАВ имеем:
И2 = И/+ (UL - Ие)2 =И/+ И/= r2/2+ (xL -xe)2f2,
где ИР = ИL - Ие = (хL - хе)1- реактивная составляющая
напряжения или реактивное напряжение.
Извлекая из обеих частей уравнения квадратный корень, по­
лучим:
и
z
(52)
гдеz= -Vr2+х2={ r2 +(шL- ro~ )2-полноесопротив­
ление цепи;
1
х = хL - Хе = ш L - - -- реактивное сопротивление.
(1) с.
Полное и реактивное сопротивления измеряются в омах.
Уравнение (52) представляет собой закон Ома для цепи пере­
менного тока, содержащей r, L и С. Угол ,:р сдвига фаз между
током и напряжением на зажимах всей цепи определяется из
формулы
tgep= Ир =(x1:...- xe)l = xL-xe
Иа
rl
r
1
IJ)L--
roс
r
(53)
Это соотношение показывает, что угол ,:р может быть положи­
тельным или отрицательным в зависимости от того, что в цепи
преобладает индуктивное сопротивление (х L >хе ) или емкост­
ное сопротивление (х L <хе ) . В первом случае напряжение,
приложенное к цепи, опережает ток на угол ,:р, а во втором
отстает от тока на угол ,:р. На рис. 54 показана векторная диа­
грамма для случая, когда xL >хе (U L > Ие), а на рис. 55- для
случая, когда xL<xe ( И L< И е ) . Если все стороны треугольни­
ков напряжений ОАВ и ОаЬ (рис. 54 и рис. 55) разделим на
величину тока /, то получим треугольники сопротивлений (рис. 56
и 57) . Из треугольника сопротивлений имеем:
tgер=~= XL- Хе; cosер=_!_; sinер=~= XL- Хе
•
(54)
r
r
z
z
z
78


Рис. 55. Векторная диаграмма цепи
сr, LиСдляслучая,когдахе>xL
(к схеме рис. 53)
Рис. 56. Треу,гольник сопротив­
ленийцеписг,LиСдлнслу­
чая, когда XL>xc
Рис. 57. Треугольник со­
ттротивлений цепи с г, L
и С для случая, когда
xc>xL


Активная мощность цепи равна:
P=Ulcoscp=r/2.
(55)
Реактивная мощность цепи:
или
Q= U/sinер
}
Q=х/2= хL/2- Xcf2= QL- Qc,
(56)
т. е. реактивную мощность uепи можно рассматривать как раз­
ность реактивных мощностей катушки и конденсатора.
Полная мощность цепи
S=Ul.
(57)
Рассмотрим случай, когда индуктивное сопротивление х L
равно емкостному сопротивлению Хе :
XL=Xc
или
x=xL-Xc=0.
(58)
(59)
Такой режим цепи, содержащей катушку и конденсаторы, при
котором реактивное сопротивление всей цепи равно нулю, назы­
вается резонансом напряжений. При резонансе напряжений пол­
ное сопротивление цепи становится равным активному сопро­
тивлению
z= Vr2+х2=Vr2+(xL-хс)2=r,
так как х=х L-xc =0. Ток в цепи при неизменном напряжении
на зажимах цепи достигает максимального значения
и
l=-
r
(60)
и совпадает по фазе с напряжением, приложенным к цепи, так
как
1
roL--
roC
О
tgcp=----=- =0, аср=О.
r
r
При резонансе напряжений напряжения на индуктивности и ем­
кости равны по величине, но противоположны по фазе, т. е. вза­
имно компенсируют друг друга (рис. 58). Следует отметить, что
каждое из этих напряжений может быть значительно больше,
чем напряже.ние, приложенное к цепи. Легко показать, что
и
и
UL=xLl=xL- и Ис=Хсl=хс-,
(61)
r
r
80


т. е. напряжения на зажимах индуктивности и на обкладках
конденсаторов при резонансе напряжений во столько раз боль­
ше приложенного к цепи напряжения, во сколько раз сопротив­
ления х L =х с больше активного сопротивления r. Вследствие
повышенных напряжений на отдельных участках цепи, если они
будут превышать допустимое напряжение, может произойти
повреждение приборов, находящихся на этих участках, а также
пробой изоляции проводов или диэлектрика конденсатора. Одна­
ко работа электрической цепи в ре-
жиме резонанса напряжений нахо-
дит широкое применение в радиотех- lJi.~кLJ.
нике, в автома1ике и т. п. Такую
цепь часто .называют последователь-
ным (колебательным) контуром.
Отношение напряжения на индук­
тивности или емкости к напряжению,
приложенному к цепи, прu резона.нее
UL=Ис
=
Q
(6 2)
и
и
rl
----,
1
1
1
1
1
l,tr/
называется коэффициентом резонан­
са или добротностью контура. Коэф­
фициент резонанса показывает, во
сколько раз напряжение на индук­
тивности или емкос1 и больше, чем
Рис. 58. Векторная диаграмма
резонанса напряжений
приложенное к цепи напряжение.
Формулу (58) можно представить так:
1
1
•Jo:,~
шL=
-
или 21t/L =
--
.
wС
2тс/С
(63)
Из этой формулы видно, что резонанс напряжений можно по­
лучить изменением одной из трех величин L, С и f при постоян­
стве двух других, т. е.
1)L= var, / иС=const;2)С=var, /иL= const;
3)/= var,СиL= const.
Значения индуктивности, емкости и частоты, при которых насту­
пает резонанс, определяются по формулам:
Lo = 4тс2112С ; j
С-
1
•
(64)
1.' 2.:~· .]
Мы рассмотрим только первые два случая.
6-2546
81


Опыт получения резонанса напряжений при переменной
индуктивности
Для проведения опыта собираем одну из схем, изображен­
ных на рис. 59. В этих схемах Р - двухполюсный рубильник;
П - предохранители; АТ - автотрансформатор; r r - регулиро­
вочный реостат; Д - делитель напряжения; Hz - частотомер,
aJ
б)
Рис. 59. Схемы для исследования резонанса напря-
жений:
а - при помощи регулировочного реостата, 6 - при помощи
автотрансформатора, в - при помощи делителя пап-ряжения
измеряющий частоту*; W - ваттметр, измеряющий активную
мощность цепи; А - амперметр, измеряющий ток в цепи; V, V"'
и Vс - вольтметры, измеряющие напряжения на зажимах всей
* Иногда
частотомер не включают в схему, в этом случае частоту
f принимают равной 50 гц (см. стр. 61).
82


цепи, на зажимах катушки и на обкладках конденсаторов.
Вместо трех можно применить один вольтметр со щупам'И, изме­
ряя поочередно напряжения на зажимах всей цепи, на зажимах
катушки и на обкладках конденсаторов. Во избежание больших
напряже,ний на зажимах катушки ·и конденсаторов подводимое
к цепи напряжение И при помощи а,втотрансформатора или
трансформатора понижают до 20-40 в. Опыт производится
следующим образом. Включив рубильник Р, регулировочным
реостатом ,r Р или автот.рансформатором АТ (или делителем ~на-
пряжения Д) устанавливаем определенное напряжение на зажи­
мах цепи, которое во время опыта поддерживаем ~неизменным.
Затем, постепеl':lно выдвигая сталыной сердечник из ·катушки,
изм,еняем ,индуктив,ность L катушки и добиваемся резонанса
1Напряжений. Момент резонанса напряжений определяется наи­
большим значением тока в цепи; после резонанса ток ~начинает
уменьшаться. Во время опыта емкость конденсаторов и частота
должны быть постоянными. Число ·измерений необходимо сде­
лать не менее девяти, т. е. четыре точки до резонанса, одну при
резонансе и четыре точки после резонанса. При каждом измене­
нии индуктивности L катушюи записываем показания приборов
в табл. 14 (см. стр. 92).
Активное сопротивление катушки можно определить по ftо­
каза,ниям ,ваттметра и ампер-метра:
р
r=
-
(65)
/2'
где Р - активная мощность, измеряемая ваттметром.
Сопротивл,ение катушки складывается из сопротивления об­
мотюи катушки r м ·и сопротивления r ст , обусловленного потеря­
ми на гистерезис ·и вихревые токи ·в стали сердеч~ника катушк,и.
Так как ,r ст есть величи,на непостоянная, то и активное сопротив·
ле.ние катушки также •будет непостоянным:
Г =Гм+ Гст·
Полное сопротивление катушки определяется 1на основании пока­
за,ний ,вольтметра и амперметра:
Zк= ~к
(66)
Зная полное и активное ,сопротивление ·катушки, можно опре­
делить индуктивное сопротивление по формуле
ХL= -vZк2- rз
.
Индуктив,ность катушки
L=XL=~
(1)
21t/
6*
(67)
(68)
83


Емкость конденсаторов в этом опыте определяе11ся только при
резонансе, при 0том оначала находим емкост,ное сопротивление
1на основании показаний :вольтметра и амперметра:
Ис
Хе=/,
тогда емкость конденсаторов будет равна:
С=-1-=_1__
wxc
2тсfхс
Коэффициент мощности катушки
р
COS(fiк=-.
Икl
Коэффициент мощности цепи
р
cos (f' =
--
.
Ul
(69)
(70)
(71)
(72)
На основании полученных данных строим кривые /, Ик,
Ис, cosrp= F(L)при С=const,/ = const и И= const, как по-
казано на рис. 60.
84
COS<f
l
и
!
а-
'cos tf
1
1
1
1
Рис. 60. Кривые зависимости тока / в цепи, напряже­
ния Ик на зажимах катушки, напряжения Ис на зажи­
мах конденсатора, коэффициента мощности cos с:р от
индуктивности k._ катушки


Опыт получения резонанса напряжений при переменной
емкости
Опыт про'Изводится по одной ;из схем, изображенных •~на
рис. 59, следующим образом. В.водим внутрь катушки сталыной
сердечник. Затем, включив рубильник Р, автотрансформато­
ром АТ или регулировочным реостатом rv (или делителем
напряжения Д) устанавливаем определенное напряжение, кото­
рое во время опыта поддерживаем неизменным. После этого
постепенно увеличиваем емкость и добиваемся резонанса напря­
жений.
Во время опыта индуктивность ·и частота должны •быть по­
стоянными. При каждом изме,нении емкости записываем пока­
зания приборов в табл. 14. Индуктивность катушки в этом опыте
определяется только при резонансе по формуле.
L=-1-=
1
w2 С (21t/)2 С
Все остальные величины определяем 1на основании приведен­
ных выше формул.
На ооновании полученных данных строим кривые /, Ик, Ие,
cos ер=F1(С) при L= const, f= const •и И=const.
Порядок проведения работы
1. Оз1накомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми
для выполнения работы, и записать их технические данные.
2. Собрать одну из схем, изображенных на рис. 59.
3. При постоянных значениях емкости С, частоты f и ~напря­
жения И на зажимах цепи путем изменения индуктивности L
катушки получ'Ить резонанс напряжений. Необходимо сделать не
менее девяти измерений, т. е. четыре точки до резонанса, одну
точку при резона1нсе, четыре точки после резонанса.
4. Пр'И постоянных значе,ниях индуктив1ности L, частоты f и
напряжения И ~на зажимах цепи путем изменения ем·кости С по­
лучить резонанс напряжений. Следует сделать не менее девяти
измерений.
5. По данным опыта и подсчета (согласно табл. 14) по­
строить кривые: а) /, Ию И е, cos ер= P(L) при С= const, f =
= const и И=const; б)/,Ик,Ие, cosер=Р1(С) при L= const,
f= const и И= const.
6. Построить векторные диаграммы для случаев
хL>Хе;хL= Хе и хL<Хе.
85


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
l. Напишите условие резонанса напряжений.
2. Почему при резонансе напряжений ток в цепи будет максималь­
ным?
3. Почему при резонансе напряжений напряжение на зажимах катушки
и конденсатора может быть больше приложенного к цепи напряжения?
4. Почему при резонансе напряжений реактивная мощность всей цепи
равна нулю?
5. К:ак влияет на полное сопротивление цепи включение емкостного
сопротивления последовательно с индуктивным сопротивлением?
6. От каких факторов зависит коэффициент мощности всей цепи и при
каком условии он будет равен единице?
7. К:огда ток отстает по фазе от напряжения на зажимах всей цепи и
когда опережает напряжение?
РАБОТАNo14
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КАТУШКИ И ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ
(ИЛИ ПРОВОЛОЧНОГО РЕОСТАТА)
Цель работы
Целью работы нвляется опытная проверка основ,ных соотно­
шений для разветвленной цепи* переменного тока.
Общие сведения
При решении .задач на р<1зветвле.нные цепи uелес·ообразнее
разложить ,вектор тока .на две составляющие: активную составля­
ющую тока (актив.ный ток) Ia, совпадающую по фазе с вектором
напряжения И (рис. 61), и реа·ктивную составляющую тока ,(ре­
активный ток) /р, отстающую (или опережающую в зависимости
от того. что преобладает в цепи - индуктивность или емкость)
от вектора напряжения V на 90°. Прямоугольный треугольник
ОАВ ~называется треугольником токов.
IА
O-====r===~~-- --u
Ip
в
Рис. 61. Треугольник токов
ь
Рис. 62. Треугольник проводи­
мостей
* Цепь переменного тока с параллельным соединением приемников энер•
rии.
86


Из треугольника токов (рис. 61) имеем:
I.=Icoscp; /p=lsincp; l=VI.2 +1P2 •
(73)
Если все стороны треуголь,ника токов разделим на !Напряжение
И, то получим треугольник проводимостей (рис. 62), подобный
треуголынику токов.
Актив1Ная проводимость
la
I
I
r
r
g=-= -COSep=- •
-=-.
(74)
И
И
z
z
z2
Реактивная проводимость
Ь=!_р_ = _!__sinер= -
1-•~=~
И
И
z
z
z2
Полная проводимость
У= _!__ =
_1=Vg2+ь2
и
z
(75)
(76)
Активная, реактивная и пол,ная проводимости изме.ряются .в
1/ом.
Из треугольников провод:имостей (см. рис. 62) имеем:
cos9= ..К..; sinер= !!__; tgер= !!__
.
(77)
..--,,,
. i:-~-
-z
У
У
g
Рассмотрим разветвленную цепь, состоящую из трех парал­
лельно соединенных приемников энергии (рис. 63). Пусть задан-
ными величинами являются на-
I
· пряжение
И, приложенное к це- _ ._ -'-- --- -<>
_
__, _______..
пи, активные и индуктивные соп­
ротивления r1, r2, rз, х LI , х r2 их rз•
Требуется найти ток / в нераз- lJ
ветвленной части цепи.
Токи приемников:
11= ..!!_=
и
r;
1
i/
J
Z1
-
r-2--2-
vr1+XLI
12= .!!_=
и
Рис. 63. Параллельное соединение
приемников
Z2
_/-2--2-
vr2+XL2
/3=
.!!_ =
'
и
Zз
, / -2--2-
vrз+rLз
Коэффициенты мощности приемников
(78)
(79)
87


По первому закону Кирхгофа ток в неразветвленной части
цепи равен геометрической сумме токов отдельных приемников:
7=f1+f2+fs•
(80)
На рис. 64 показана векторная диаграмма для случая парал­
лелыного соедине;ния трех приемников. Построение векторной
диаграммы производится следующим образом. В произвольном
направлении откладываем вектор напряжения И на зажимах па·
раллельно ,с,оединенных приемников, так как для всех приемни­
ков напряжение остается постоянной величиной.
lаз
Рис. 64. Векторная диаграмма для цепи, изображен­
ной на рис. 63
Под углами ер 1, ср2 и ср3 откладываем векторы токов/1, /2 и lз
в сторону отставания от вектора напряжения И. Складывая гео­
метрически векторы /1, J; и / 3, получим вектор тока ! в нераз­
вет.вленной части цепи. Разложив векторы токов на активные и
реактивные составляющие, получим:
(81)
Так как активные составляющие токов (активные токи) при­
емников энергии совпадают по фазе с вектором напряжения [J,
то активная составляющая тока (активный ток) / 3 в неразветв­
ленной части цепи равна арифметическ,ой сумме актив:ных со­
ставляющих токов отдельных приемников:
I. = la1+I.2+/33•
(82)
88


Реактивная составляющая тока (реактивный ток) IP в :нераз­
вет,вленной части цепи равrна алгебраической сумме реактивных
составляющих токов * отделыных приемников ( см. рис. 64):
/р= fp1 +fp2+/р3·
(83)
Активные и реактивные проводим,ости приемников:
}1
}
(84)
1
J
Заменив активные и реактивные с·оставJ1яющие токов произ­
ведениями напряжения И на соответствующие активные и реак­
тив,ные проводимости, получим:
la=Vg1+Иg2+Ug3 =V(g1+g2+gз)=Vg, (85)
/Р=Ub1+Ub2+ИЬ3= U(b1+Ь2+Ь3)=Ub,
(86)
если положить
g=g1+g2+gs,
Ь= Ь1+Ь2+Ь8,
(87)
(88)
т. е. эквивалентная активная проводимость цепи при параллель­
гtам соединении приемников равна арифметической сумме ак­
тивных проводимостей отдельных приемников, а эквивалентная
реактивная проводимость цепи равна алгебраической сумме**
реактивных проводимостей отдельных приемников. Следователь­
но, уравнение (81) можно представить так:
l=la +IP = Ug+ Ub
или
1=V1a2 +1/=V (Ug)2 +(Ub)2 =V-Vg 2 +ь2 - Uy, (89)
где у= -Vg 2 + Ь 2 - эквивалентная полная проводимость всей
цепи.
Следует отметить, что эквивалентная полная проводимость
цепи у :не равна сумме полrных провощимостей отдельных прием-
* Если приемник энергии обладает активным и емкостным сопротивле­
ниями, те реактивная составляющая тока, реактивная проводимость и реак­
тивная мощность берутся в формулах (83), (86), (88) и (96) со знаком
минус.
** В нашем случае будет арифметическая сумма, так как все приемники
обладают активными и индуктивными сопротивлениями.
89


ников. Эквивален11ная полная проводимость цепи равна геомет­
рической сумме полных проводимостей отдельных приемников:
У=Yr+У2+Уз•
Коэффициент мощности всей цепи
la
g
cos<р=
-
илиcos<р=
-
.
I
у
Полное * сопротивление всей цепи
1
И
Z=-
ИЛИZ=-
.
у
I
Активное сопротивление всей цепи
g
r= zcos<рилиr=
-
.
у2
Реактивное сопротивление всей цепи
(90)
(91)
(92)
(93)
х=Vz2- r2 илих=}!___
.
(94)
у2
Умножив обе части ура·в1нений (87) и (88) на U2, получим ак­
тив.ную и реактивную мощности** всей цепи:
U2g = U2g1+И2g2+И2gз,
и2ь= и2ь1+и2ь2+и2ьз
или
Р=Р1+Р2+Рз,
Q=Qt+Q2+Q3,
(95)
(96)
т. е. активная мощность Р всей цепи равна арифметической сум­
ме активных мощностей отделЬ~ных приемников, а реактивная
мощность Q .всей цепи равна алгебраической сумме реактивных
мощностей отделыных приемников. Из формул (78) имеем:
Z1l1 = Z2l2 = Z3l3
или
Ь..=Z2=~.
/2
z,
Уз
* Вместо терминов «эквивалентное полное сопротивление всей цепи»,
«эквивалентное активное сопротивление всей цепи» и «эквивалентное реак­
тивное сопротивление всей цепи» применяются также термины, «полное со­
противление всей цепи», «активное сопротивление всей цепи» и «реактивное
сопротивление всей цепи».
** Активную и реактивную мощности •всей цепи можно получить из
уравнений (82) и (83), если обе части уравнений умножить на И, т. е.
Р = Иlа = Ulcos 'f = Иlа, + U/82 + U/83 = UI,cos 'f , + Ul2COS'f2 + UlaCOS'fз,
Q= Иlр = U/sin 'f = Иlр, + И/р2 + Иlра = U/1siп r.p1 + И/2siп r.p2+ Ulasin 'fa·
90


т. е. токи в параллельных ветвях распределяются обратно про­
порционально полным сопротивлениям или прямо пропорцио­
нально полным проводимостям параллельных ветвей.
Испытание разветвленной цепи, состоящей из катушки и ламп
накаливания (или проволочного реостата)
Испыта,ние разветвленной цепи производится по одной из
схем, изображенных 1На рис. 65. В этих схемах Р - двухполюс-
а}
6)
Рис. 65. Пара.1лельное соединение ламп накаливания и катушки:
а - при помощи ваттметра, б - по методу трех амперметров
ный рубильник; П - предохранители; V - вольтметр, измеряю­
щий напряжение на зажимах цепи; А, А 1 и А 2 - амперметры,
измеряющие токи в 1нераз.вет,вле,нной части цепи, ·В катушке и в
лампах накаливания; W - ваттметр, измеряющий активную мощ­
ность всей цепи. Опыт производится следующим образом. Вклю­
чив рубильник Р при 1полностью включенных лампах 1накалива-
1ния, записываем показания приборов в табл_ 15.
Затем постепенно выключаем лампы накалива1Ния (послед­
ний отсчет по приборам произ.водим при выключенных лампах)
и записываем показания приборов в табл. li5. Число измерений
следует сделать 1не менее трех. На -ооновании полученных дан­
iНЫХ опыта (согласно табл. 15) определяем следующие вели­
чины:
мощность, потребляемую лампами накаливания.
Р1 = И/1;
(97)
мощность, потребляемую катушкой,
(98)
активные сопротивления ламп накаливания, катушки и
всей цепи
р
r=-·
/2'
полные сопротивления катушки и всей цепи
и
и
Z2= -
Z=- •
12
/'
(99)
(100)
91


ф
1-- .:>
Таблиц а 14
Измерено
Вычислено
и
1
и"1
ис
1
/
1
р
f
r Iz"1хLILlcosfкlхеIСIcosf
"
N.! п/п
1
1
1
1
-
.
1-
=
=
с=
Cv=
Cv=
СА=
Cw=
"':r
V
"'::!
=
дел.1в /дел.\в /дел.\в \дел.\а \дел.\вт
с:>,
гц
ом
ом
ом
гн
-
ом
t:::
1
2
3
4
5
6
7
'
8
9
Таблица 15
Измерено
Вычислено
и1/11111•1р
rIzlхIgIЬIУlcosfl/а11рIQIS
"'
Приемники
=
с-1с_1с-1с,-1с_
=
"':r
v-
А-
А-
А-
w-
"':,;
1
11
=
~
дел./ в \дел.\ а \дел.\ а \дел./ а Iдел.\вт
-
--
"'
омомомомомом-
а
а
вар ва
t:::
1
1i~:{1~
1
:~1
111111111111111111111
2
3
4Катушка11\1111/11111111111111


индуктивные сопротивления катушки и всей цепи
xL2=Vz2 2 -r
2
2
,
x=V z2 -r
2
•
(101)
Остальные ·величины, указа,НJные в табл. 15, определяются по
формулам, приведенным в общих сведениях. На рис. 66 изобра•
жена векторная диаграмма для O
и
параллельного
соединения
ламп накаливания и катуш­
ки.
Если опыт производился по
схеме рис. 65, 6, то актив1Ную
мощность, потребляемую ка­
тушкой, можно найти, ис­
ходя из следующих рассуж­
дений:
Из треугольника ОАВ (рис.
66) находим
Рис. 66. Векторная диаграмма для
цепи, показанной на рис. 65
откуда
l
12-J 2_ 1
3
2
2 cos 'f12 = ---'~-~
2/,
Умножив обе части .этого ура,В1Нения ,IНа И, получим ак11ив,ную
мощность, потребляемую катушкой:
(102)
Порядок проведения работы
I. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми
для вьшол,нения работы, и записать ·их тел1нические данные.
2. Собрать OJLHY из схем, изображенных на рис. 65.
3. Произвести испытание разветвленной ,цепи при трех раз­
лич,ных сопротивлениях лампового реостата.
4. На ·ОСJНовании полученных данных ,опыта (согласно
табл. 1'5) определить все величины, указанные в та-бл. 15 для
реостата, катушки и всей цепи.
5. !Построить векторную диаграмму для одного из наблюде­
ний опыта.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как графически определить ток в неразветвленной части цепи, если
известны токи в двух параллельных ветвях и коэффициенты мощности этих
ветвей?
93


2. Как влияет на коэффициент мощности всей цепи параллельное вклю­
чение ламп накаливания, т. е. если число параллельно включенных ламп
будет увеличиваться?
3. Чему равны эквивалентные активная и реактивная проводимости це­
пи при параллельном соединении приемников?
4. Напишите формулу коэффициента мощности cos (j) всей цепи при па­
раллельном соединении приемников.
5. Чему равны активное и реактивное сопротивления всей цепи при па­
ра.~лельном соединении приемников?
РАБОТА No15
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ (ИЛИ
ПРОВОЛОЧНОГО РЕОСТАТА) И КОНДЕНСАТОРОВ
Цель работы
Целью работы является опытная проверка ·основ1ных ,соо11но­
шений для разветвленной цепи переменного тока.
Общие сведения
Рассмотрим разветвленную цепь, состоящую из двух парал-
лельных ветвей, в одной из которых включены лампы накалива­
'
и
Рис. 67. Параллельное соедине­
ние ламп накаливания и кон­
денсаторов
Ток в конденсаторах
ния или проволочный реостат, в
другой же ветви включены конден­
саторы (рис. 67). Пусть зада:нными
величинами являются: напряжение
с И, приложенное к цепи, активное
сопротивление r 1 ламп накаливания
(лампового реостата) и емкостное
сопротивление Хе конденсаторов.
Требуется определить ток I в не­
р азве1 вленной части цепи.
Ток в лампах ~накаливания
и
и
12=- .
Хе
(103)
(104)
Ток в неразветвленной части цепи равен:
1=VIa2+1р2=V112+122,
(105)
где /а= / 1 - актив1ная составляющая тока в неразветвленной
части цепи, которая равна току в лампах накали­
вания, а активную составляющую тока в ко,нден­
саторах считаем равной ,нулю, т. е. конде,нсаторы
·без потерь;
94


/Р = / 2 - реактивная составляющая тока в неразветвленной
части цепи, которая равна току в конденсаторах,
так как реактивная составляющая тока в лампах
накаливания равна нулю.
Активная проводим-ость ламп накалива1Ния определяется по
формуле
1
g1= -.
r,
Реактивная проводимость конденсаторов
1
Ь?= -.
~
Хе
Полная проводимость всей цепи
у=Vg2+ь2=V g12+ ь2'2,,
(107)
(108)
где g= g 1 - эквивалентная активная проводимость всей цепи,
'Которая равна активной провGдимости ламп нака­
ливания, так как g2 =0;
Ь = Ь 2 - эквивалентная реактивная пров-одимость всей цепи,
которая равна реактивной проводимости конденса­
торов, так как Ь1 = О.
Коэффициент мощности всей цепи можно определить по фор­
муле
или
cos ер= JL
у
la
cos ер=-.
I
Полное сопротивле,ние всей цепи
1
Z=
или
Z=
у
и
I
Актнвiное сопротивление всей цепи
r=zcosер
илц
r=_j{ _ .
yz
Реактивное сопротивление всей цепи
или
x=-V z2-r2
ь
Х=-.
у2
95


Активная мощность всей uепи
или
Р= Ulcos r.p = r/2\
}
Р= r 1f/,
)
(109)
так как активная мощность всей цепи рав1на активной мощнос11и,
потребляемой лампами ~накаливания.
Реактив1ная мощность всей цепи
или
Q = U/sin tF\
}
Q=xcf/, )
(11 О)
так как реактивная мощность всей цепи равна реактивной мощ­
ности конденсаторов. Векторная диаграмма строится следующим
lz
[
образом. Откладываем вектор
lz
напряжения И в произвольном
направлении (рис. 68). По ,на­
правлению вектора напряже-
rp
1ния И откладываем вектор то­
ка 71 в реостате, а под углом
90° в сторону опережения век-
тора напряжения и откладыва-
О~===аlаа====~~--- ем вектор тока / 2 в конденсата-
[,
U рах. Складывая геометрически
Рис. 68. Векторная диаграмма для веюоры 71 и / 2 , получим
uепи, показанной на рис. 67
-
вектор тока / в неразветвлен-
ной части цепи.
Испытание разветвленной цепи, состоящей из ламп
накаливания и конденсаторов
,Испытание раз.в,етвленной цепи производится по схеме
рис. 69. В этой схеме Р - двухполюсный рубильник; П - пре­
дохранители; W - ваттметр, измеряющий активную мощность
всей цепи; А, А 1 и А2 - амперметры, измеряющие токи в нераз-
96
Рис. 69. Схема для испытания параллель­
но включенных ламп накаливания и кон­
денсаторов


ветвленной части цепи, в лампах накаливания и в конденсаторах;
V - вольтметр, измеряющий !Напряжение на зажимах всей цепи.
Опыт производится следующим образом. Включив рубильник Р
при полностью включенных лампах накаливания, записываем
показания приборов в таtбл. 16.
Затем постепенно выключаем лампы накаливания и записы­
ваем показания приборов в· табл. 16. Следует сделать 1не менее
трех измерений. Зная показания вольтметра и амперметров, оп­
ределяем активное сопротивление ламп накаливания и емкост­
ное сопротивление конденсаторов по формулам:
и
)
r1=1,
1
1
}
и
(111)
1
Хе=-.
J
12
Остальные величины, указа1Н1НЫе в табл. 16, определяются по
формулам, приведенным .в общих сведениях.
Порядок проведения работы
1. Оjнакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми
для выполнения работы, и записать их тех,нические данные.
2. Собрать схему, ~изображенную 1на р·ис. 69.
3. Произвести испыта,ние разветвленной цепи при трех ра::s­
лич,ных сопротивлениях лампового (или проволоч,ного) реостата.
4. На ооновании полученных данных опыта (та'бл. 16) опре­
делить все величины, указанные в таб,1. 16, для лампового (или
проволочного) реостата, конденсатор·ов и всей цепи..
5. Построить векторную диаграмму для одного из ,наблюде­
ний опыта.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПIРОСЫ
1. ,Как графически определить ток /2 в конденсаторах, если известны
ток /1 в лампах накаливания, ток / в неразветвленной части цепи и коэф­
фициент мощности cos <р всей цепи?
~-
Чему равна максимальная энергия электрического поля конденса­
торов?
РАБОТА No16
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КАТУШЕК
Цель работы
Целью ра,боты является опы11ная проверка ооновных соотно­
шений при параллельном соединении катушек.
7-2546
97


"'
(Х)
"
"~
1
2
3
"
с
~
>1
2·
-з:
'~,:_
Измерено
и
/
I,
Приемники
с-
v-
сл= с=
А
щ., в дел,1 а дел.j а
Конденсаторы
и лампы
накаливания
Измерено
и
/
р
z
r
XL
-- --
Cv=
СА-
с-
w
дел.\вдел.j а 1дел., вт ом ом ом
Таблиц а 16
Вычислено
I,
р
r
z
х
g
ь
у
COS'f' /
/
Qs
ар
--
-- --
--
-- --
-
-
-- --
Примеча-
с-
Cw=
А
иие
дел., дел.j вт
1
1
1
--
--
а
омомом
омомом
-
ааварва
Таблица 17
Вычислено
1
r=_!L
ь
у g=,g,+g,ь =ь,+ь, у-Уg2+ь2 Z=-
XL =;з
у
у2
--
Пр1tмеча-
ние
1
1
1
1
--
--
--
ом
ом
ом
ом
ом
ом
ом


Общие сведения
Расс:-.1отрим цепь, состоящую из двух параллелыно соединен­
ных катушек (рис. 70), активные и индуктивные сопротивления
которых соответственно рав,ны r1, r2, х 1 1 и х LZ· Если к этой цепи
приложено си1нусоидальное напряжение, то токи в катушках бу-
дут раВ1ны:
•
и
и
11=
-
=
- - :=======-
z,
~/ r2+х2
VI
LI
и
и
12=
-
=
- -:=======-
Z2
~/
2•2
V r2,+~- :L2
IJ
lp
Рис. 70. Параллельное со- Рис. 71. Векторная диаграмма двух па-
единение катушек
раллельно соединенных катушек
Эти токи отстают от напряжения, приложенного к цепи, на
углы {j)i и {j)2 (рис. 71), которые можно найти из следующих соот­
ношений:
Т1
Г2
cos ср1 =
-
,
cos ср2 =
-
.
Z1
Zз
По первому закону Кирхгофа ток в ~неразветвленной части
цепи равен геометрической сумме токов двух катушек:
(112)
Разложив векторы токов 1на активные и реактивные составля­
ющие (см. рис. 71), получим:
7*
(113)
99


или
(114)
rде la= /31+/32-
активная составляющая тока в неразветв­
ленной части цепи, равная ар·ифметической
сумме активных составляющих токов двух
катушек;
/ Р = /Р 1 + /р 2 - реактив,ная составляющая тока в не разветв­
ленной части ц-епи, равная арифметической
сумме реактивных составляющих токов двух
катушек.
/
Та.к как пол1ная проводимость цепи у есть отношение и' ак-
/
/
тивная проводимость g = _а_, реактивная проводимость Ь =..J>.,
и
и
то, разделив обе части урав,нения на И, получим:
(115)
где g = g 1 + g2 - эквивалентная активная проводимость цепи,
равная арифметической сумме актив1ных про.во­
димостей двух ка тушек;
100
Ь = Ь 1 + Ь2 - эквивалентная реактивная проводимость цепи,
равная арифметической сумме реактив1ных про­
,водимостей двух кату1Шек.
:Коэффициент мощности всей цепи
la
g
cosер=
-
илиcosер=
-
.
/
у
Полное сопротивление всей цепи
I
И
Z=- ИЛИ
Z= -.
у
/
Активное сопротивление всей цепи
r= zcosер илиr=
_!f_
.
у2
Индуктивное сопротивление всей цепи
ь
ИЛИ XL= -.
у2
Активная мощность всей цепи
Р= ИIcosер=Р1+Р2.
Реактивная мощность всей цепи
Q=И/sinер=Q1+Q2-


Полная мощность всей цепи
S=UlилиS=VР2+Q2•
Испытание двух параллельно соединенных катушек
Прежде чем приступить к испыта,нию двух параллельно сое­
диненных катушек, следует определить полное, ак11ивное и ин­
дуктивное сопротивления каждой катушки в отдельности, что
производится так же, как в работе No 11. ИспытаiНие двух парал­
лельно соединенных катушек производится по схеме рис. 72. В
Рис. 72. Схема для испытания двух параллельно
соединенных катушек
этой схеме• Р - двухполюоный ру~билЬ1ник; П - предохранители;
rp - регулировочный реостат; V - вольтметр, измеряющий 1Нап­
ряжение на зажимах цепи; W - ваттметр, измеряющий мощ-
1Ность всей цепи; А - амперметр, измеряющий ток в нераз.вет­
вленной части цепи. Опыт производится следующим образ·ом.
Включив рубилЬlник Р, включаем пол1Ностью регулировочный
реостат r l> и записываем показания приборов в табл. 17
(см. стр. 98).
Затем уменьшаем сопротивление регулировочного реостата
r Р и онова .записываем показания приборов. Для более точного
определения сопротивления цепи следует произвести измере-
1ния при трех различных значениях напряжения на зажимах ка­
тушек, т. е. при трех положе.ниях движка реостата Гр- ИстИ1н1Ное
значение сопротивления определяется как сред,нее арифметиче·
ское трех результатов измерений. На основании получен1Ных да1Н-
1ных опыта (согласно табл. 17) можно определить полное z, ак­
тивное r и индуктивное х L сопротивления всей цепи:
и
р
Z=-
Г=-
/'
/2'
Xr = Vz2-r2.
Зная активное и индуктивное сопротивления каждой катуш­
ки, можно определить а1Налитически активную, реактив1Ную и
пол,ную проводимости всей ,цепи, а также найти полное, активное
и индуктивное сопротивления всей цепи.
101


На рис. 73 показано графическое определение полной прово­
димости двух параллелыно соединенных катушек. Из этого ри·
су~нка видно, что полная проводимость двух параллелыно соеди-
1Нен1Ных катушек равна геометрической сумме полных проводи­
мастей этих катушек.
92
bz
Рис. 73. Диаграмма проводимостей двух
параллельно соединенных катушек
Порядок проведения
работы
1. Ознакомиться с ап­
паратурой и приборами,
,необходимыми для вы­
полнения работы, и запи­
сать их технические дан­
ные.
2. Собрать
схему,
изображенную на рис. 40,
и произвести измерения
для каждой катушки при
трех различных значениях
напряжения на ее зажи­
мах (см. работу No-11).
3. На основа1Нии полу­
ченных данных опыта ( согласно табл. 11) определить полное, ак­
тивное и индуюивное сопротивления каждой катушки (см. рабо­
ту No 11).
4. Собрать схему, изображенную ,на рис. 72, и произвести из­
мерения при трех различных значениях напряжения на зажимах
двух параллельн<Э соединенных ·катушек.
5. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 17) определить полное, активное и индуктивное сопротив­
ления двух пара_ллельно соединенных катушек.
6. Определить а•налитически ( на основа,нии табл. 11) актив-
1Ную, индуктивную и пол,ную проводимости двух параллельно
соединенных катушек.
7. Определить графически (на основании табл. 11) полную
проводимость двух параллелыно соединенных катушек.
8. Сравнить полученные результаты пп. '5, 6, 7.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как графически и аналитически определить эквивалентное полное
сопротивление двух параллельно соединенных катушек?
2. Чему равен ток / 2 во второй катушке, если известны ток l в нераз­
ветвленной части цепи, ток /1 в первой· катушке, коэффициент мощности
cos q, всей цепи и коэффициент мощности cos qJ1 первой катушки?
102


РАБОТА No 17
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КАТУШКИ И КОНДЕНСАТОРОВ.
РЕЗОНАНС ТОКОВ
Цель работы
Целью работы является опытная проверка ооновных соотно­
шений для цепи, состоящей из параллельно соединенных катуш­
ки и конденсаторов, и получение резона,нса токов в этой цепи
путем изменения ее и,нду,кти,вности или емкости.
Общие сведения
Рассмотрим цепь, состоящую из двух параллельных ,ветвей,
когда в ощной ветви имеется катушка с активным сопр·отивлени­
ем r1 и индуктивным х L, а в другой ветви - конденсаторы с ем­
костным сопротивлением Хе (рис. 74).
!
---с>
и
Ji
1
r,
L
iс
Рис. 74. Параллельное соединение
катушки и конденсаторов
Ток в катушке равен
I,
r,, '--------- .. :»
Рис. 75. Векторная диаграмма для
цепи, показанной на рис. 74 для слу­
чая /р1 >/ с (bL >Ьс)
11 =..!!...=-,- - - _-
__
и_-_-_-.:::.:::
Z1
V
(116)
Этот ток отстает от напряжения на угол q,1 (рис. 75)•, опреде­
ляемый из формулы
t
XL
grpl= -
.
Г1
(117)
103


Вектор тока 71 разложим •на две составляющие:
активную
и реактив,ную
Ток в конденсаторах
f2=1с=!!_=
_!!_=ИюС.
хе
I
"'с
(118)
Этот ток опережает по фазе напряжение на угол 90°. Ток в
перазветвленной части цепи равен геометрической сумме токов
или
l=Vf2+J2
а
р,
(119)
(120)
где/3=/31-
актив,ная составляющая тока в ,неразветвленной
части цепи, равная активной составляющей тока
катушки;
/Р = fp 1-1с - реактивная составляющая тока в ,неразветвлен­
ной части цепи, равная разности реактивных со­
ставляющих токов катушки и конденсаторов.
Ток в неразветвленной части цепи можно определить и по
другой формуле:
(121)
где у - полная проводимость всей цепи;
g = g1 -активная проводимость всей цепи;
Ь = Ь L -Ьс - реактивная проводимость всей цепи.
Угол (j) сдвига фаз между током в ,неразветвленной части це-
пи и напряжением можно определить из формул:
или
t_Iр_/р1-/с
gер- - - --=----
la
lai
t
bL- Ьс
gcp=---.
g
1}
(122)
Из этих формул видно, ·что ток в 1неразветвленной части цепи
может отставать от ~напряжения (рис. 75) ,на угол (j), если
lp 1>fc (ЬL>Ьс ) или опережать ~напряжение (рис. 76), если
IP1<1 с (Ь L < Ьс ) , или, наконец, -совпадать по фазе с напряже­
нием (рис. 77), если 1pI = 1с(ЬL = Ьс ). В последнем случае в
цепи наступает резона,нс токов. Следовательно, резонанс то-
104


ков - это такой режим разветвленной цепи, при котором реак­
тивные составляющие токов параллельных :ветвей равны друг
другу и сдвИ~нуты по фазе 1на 180°, т. е. взаимно ,компенсируют­
ся. Так как при резонансе токов реактивная составляющая тока
в неразветвленной ча,сти цепи и эквивалеН1шая реактивная про-
l=la=1a,
Рис. 76. Векторная диаграмма
для цепи, показанной на рис. 74,
для случая lp,<lc (bL<bc)
Рис. 7Г/. Векторная диаграмма для
резонанса токов Ip,=lc (bL=bc)
водимость цепи равны нулю fp=lp1-lc =0 и Ь=ЬL-Ьс =0, то
ток в неразветвленной части цепи ·будет ,наименьшим и равен
активной составляющей тока катушки:
(123)
Здесь у= Vg 2 + (Ь L -Ьс )2= g- эквивалентная полная про­
водимость цепи, равная эквивален11ной активной проводимости
цепи. Полное сопротивление всей цепи в момент резонанса будет
наибольшим, так как
1
1
Z=-=-.
у
g
Как известно, реактивные составляющие токов параллельных
ве-гвей за,висят только от реактивных проводимостей и напряже­
ния на зажимах цепи, поэтому ток 1 в неразветвленной части мо­
жет быть значительно меньше каждого из токов. Коэффициент
мощности при резоflансе равен единице (oos {jJ = 1), а активная
мощность всей цепи рав-на пол,ной мощности:
P=S= И!.
(124)
105


При резона1Нсе сеть и генератор будут полностью разгруже­
ны от реактив.нога тока. Если обратиться к условию резона:нса
токов
bL=bc или
__
ro_L
__
=_1_=шС
1
'
roC
то отсюда следует, что резонанс токов можно получить измене-
1нием одной из трех величи~н - L, С и f при постоянстве двух
других. Если пренебречь активным ,сопротивлением r1 катушки,
то условие резонанса токов будет:
-
1-
=
-
1-
=
шСилишL= - 1
-
или2тт/L= - 1
-
"'L
1
"'С
2rcfС '
(1) с
т. е. мы получили для час-гноrо случая условие резонанса токов
аналогичное условию резонанса напряжений. В этом случае ток
в 1неразветвленной части цепи равен нулю. Это значит, что при­
тока энергии извне ~нет, но в замкнутом контуре, образуемом
двумя ветвями, проходит переменный ток. В этом контуре про­
исходит ,непрерывное превращение энергии электрического поля,
запасе.иной конденсаторами, в энер~ию магни11ного поля, запа­
саемую катушкой, и ,наоборот. Явление резонанса токоЕ! исполь­
зуется в радиотехнике, а также в электрических установках для
улучшения их коэффициента мощности. В самом деле, если при­
ключить емкость параллельно приемнику энергии, то ,в зависи­
мости от величины этой емкости мож,но пол,ностью или частично
компенсировать реактивную составляющую тока приемника
энергии, а следователыно улучшить коэффициент мощности
cos <р. Мы ра,ссмотрим получение резонанса токов при перемен­
ной индуктивности и переменной емкости.
Проведение опыта при переменной индуктивности и получение
резонанса токов
Для проведения опыта собираем одну из схем, изображенных
на рис. 78. В этих схемах Р - двухполюсный рубильник; П -
предохранители; АТ и Д - автотра,нсформатор и делитель на­
пряжения, при помощи которых поддерживается неизменным
напряжение на зажимах цепи; Нz-частотомер "', измеряющий
частоту; V - вольтметр, измеряющий напряжение на зажимах
цепи; W -ваттметр, измеряющий мощность цепи; А, А1 и А2 -
амперметры, измеряющие токи в неразветвленной части цепи, в
* Иногда частотомер не включ.ают в схему, в этом случае частоту при­
нимают равной 50 гц.
106


катушке и в конденсаторах. Опыт производится следующим об­
разом. Включив рубильник Р, автотрансформатором или дели­
телем напряжения устанавливаем определенное напряжение на
зажимах цепи, которое во время опыта поддерживается неиз­
менным. Затем, изменяя индуктивность катушки, постепенно
выдвигая стальной сердеч:ник из катушки, добиваемся резонанса
токов. Момент резонанса токов определяется 1наиме:ньшим зна­
чением тока в неразветвленной ча,сти цепи. После резонанса ток
с
а)
с
Q)
Рис. 78. Схемы для исследования резонанса токов:
а - при помощи автотрансформатора. б
-
при помощи дели­
теля напряжения
в неразветвленной части цепи будет возрастать. При каждом из­
менении индуктивности L записываем показания приборов в
табл. 18.
Во время опыта емкость конденсаторов и частота должны
быть постоянными. Число измерений не,обходимо сделать не ме­
\Нее девяти, т. е. четыре измерения до резонанса, ,в момент резо-
1Нанса и четыре после резо,нанса.
Зная показания ваттметра и амперметра, можно определить
активное сопротивление катушки:
р
r1= ~,
1
где /1 - ток в катушке.
Сопротивление катушки складывается из сопротивления об­
мотки катушки rм и ,сопротивления r ст , обусловленного потеря-
107


....
о
00
=
"~
1
2
3
4
5
6
7
8
9
и
1
с=
V
дел.,в
Измерено
I
1
I,
1
I,
1
с=
А
СА~
с=
А
дел.,а дел.,а дел.1а
Таблица 18
Выt1ислено
р
1
f
z,
1
r,
1XL 1
L
1хе
1
с 1cos~
с=
..
1
Примечание
w
дел. , вт
zц
ом
ом
ом
zн
ф
-


ми на гистерезис и вихревые токи ,в стали сердечника катушки.
Мы предполагаем, что активная мощность всей цепи (мощность,
измеряемая ваттметром) расходуется только в катушке, а поте·
рей мощности в конденсаторах пренебрегаем.
Полное сопротивление катушки определяется на основа•нии
показаний вольтметра и амперметра:
и
Zi= -,
I,
Зная полное и активное сопротивления катушки, можно оп­
ределить ее индуктивное ,сопротивление:
"\/
2
.,
хL= rZ1- rt••
Индуктивность катушки:
L =XL
=
XL.
(1)
21t/
Емкость конденсаторов в этом опыте определяется только
при резона.нее. Сначала ~находим емкостное сопротивление на
основании показаний вольтметра и амперметра:
и
Xc=fa'
тогда е:'v!кость конденсаторов будет равна
С=-1-=
1
"'хе
21tfxc
р
Коэффициент мощности цепи cos с:р = Ul .
На основа1нии полученных данных строим кривые /, / 1, /2,
cos CfJ = F(L) при С= const, f = const и И= const,
как показано на рис. 79.
Проведение опыта при переменной емкости и получение
резонанса токов
Опыт производится по одной !ИЗ схем, изображенных на
рис. 78, следующим образом. Выключив конденсаторы, а сталь­
ной сердечник вставив в кату~шку, включаем рубильник Р и
автотрансформатором АТ или делителем напряжения Д уста­
навливаем определенное напряжение на зажимах цепи, которое
во время опыта поддерживается неизменным. Затем постепенно
увеличиваем емкость и добиваемся резонанса токов. Во время
опыта индуктивность и частота должны быть постоянными. При
каждом изменении емкости записываем показа~ния при,боров в
табл. 18.
109


Число измерений необходимо сделать не менее девяти, т. е.
четыре точки до резона~нса, одну при резонансе и четыре точки
после резонанса. Индуктивность катушки в этом опыте опреде­
ляется только при резона~нсе токов. На основании полученных
да,нных строим кривые: /, /1, /2, cos1:p=F1 (С) при L=const, f=
=const и V=const, как показано на рис. 80.
cosq,
[
cosq,
t
coscp
OL------------
-L
Рис. 79. Кр11вые зависимости тока / в
неразветвленной части цепи, тока /1 в
катушке, тока / 2 в конденсаторах, коэф­
фициента мощности cos q, всей цепи от
индуктивности L катушки:
/, /1, /2, cos <р = F(L) при С= coпst,
f=coпst и V=const
l
t----~ - -r,
о~----------
,-с
Рис. 80. Кривые зависимости то­
ка / в неразветвленной части цепи,
тока /1 в катушке, тока /2 в кон­
денсаторах, коэффициента мощ-
ности cos <р от емкости С:
/, /1, /2, cos q, = F1(C) при
L=coпst,f= const и И= const
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми
для выполнения работы, и записать их технические данные.
2. Собрать одну из схем, изображенных на рис. 78.
3. При постоянных з,начениях емкости С, частоты f и напря·
жения U ~на зажимах цепи путем изменения индуктивности L
получить резонанс токов. Число измерений следует сделать не
менее девяти, т. е. четыре точки до резона·нса, одну точку при
резо1нансе и четыре точки после резонанса.
4. При посrоянных значениях индуктивности L, частоты f и
напряжения U на зажимах цепи путем изменения емкости С по­
лучить резона.нс токов.
5. По данным опыта и подсчета (еогласно табл. 18) постро­
ить ,кривые:
а)/,/1, /2, cos9=F(L)приС=const,f = constи И=const;
б)/,/1, /2, cos9=F1(С)приL= const,f =constиИ=const.
110


6. Построить вектор1ные диаграммы до резонанса (Ь L >Ьс ),
r1ри резонансе (bL =Ьс) и после резонанса (bL<bc).
К:ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. При каком условии наступает резонанс токов?
Q. Почему при увеличении емкости ток в неразветвленной части цепи
сначала уменьшается, а потом, достигнув минимума, начинает увеличи­
ваться?
3. Почему реактивная мощность всей цепи при резонансе токов равна
нулю?
4. Чему равнялось бы при резонансе токов полное сопротивление z всей
цепи, если бы активное сопротивление r1 первой ветви (рис. 78) было рав­
но нулю?
5. К:огда ток / в неразветвленной части цепи отстает по фазе от напря­
жения и когда он опережает напряжение?
6. Почему при выдвигании стального сердечника из катушки ток /
в неразветвленной части цепи уменьшается, а при некотором положении
сердечника он достигает наименьшего значения; при дальнейшем выдвига­
нии сердечника ток начинает возрастать?
7. Почему стремятся повышать коэффициент мощности электрических
установок?
8. К:ак определить емкость С конденсаторов для повышения коэффи­
циента мощности до заданной величины?
РАБОТА No18
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
Цель работы
Целью работы является ознакомление с устройством ваттмет­
ра, включением его в сеть и измерением мощности как для чис­
то актив,ной, так и для индуктивной ~нагрузок.
Общие сведения
Активная мощность цепи переменного тока определяется по
формуле
Р= Ulcos ер,
где И - напряжение на зажимах цепи;
1- ток в цепи;
cos ер - коэффициент мощности цепи.
Для измерения акrивной мощности применяются электроди·
1намические, ферродинамические и индукционные ваттметры.
Рассмотрим электродинамический ваттметр. Неподвижная ка­
тушка ваттметра включается последовательно с приемником
энергии и ~называется последовательной обмоткой или последо-
1II


вательной цепью* ваттметра, а подвижная катушка с добавоч­
ным сопротивлением включается параллельно прием1нику и на­
зывается параллельной цепью или параллельной обмоткой ватт­
метра. Ла'бораторные электродинамические ваттметры обычно
имеют несколько пределов измерения по току и ,напряжению.
Наибольшее распространение получили ваттметры на два пре­
дела измере.ния по току.
У таких ваттметров последовательная обмотка состоит из
двух секций, которые мож·но включить между собой последова­
тельно или параллельно.
Расширение пределов измерения по напряжению у ваттмет­
ров производи-гся при помощи добавочных сопротивлений, кото­
рые включаются последователыно с подвижной кату~шкой. Посто­
янная ваттметра (или цена деления ваттметра) определяется по
формуле
Cw = Инlн [_!!!!!_] ,
ан
дел
(125)
где Ин и lн-1Номинальные (предельные) значения напряже­
ния и тока при данном способе включения;
с~н- полное число делений шкалы.
Для измерения небольших мощностей с малым коэффициен­
том мощности применяют специальные ваттметры, которые рас­
считаны так, что полное отклонение их стрелки будет при но­
минальном токе / н, номинальном напряжении Ин и при номи­
нальном коэффициенте мощности cos (J)н значительно меньшем
единицы (например, 0,3; 0,1 и т. д.). В этом случае постоянная
ваттметра определяется по формуле
Cw = Инlн cos 'Рн [_!!!!!_ _] .
ан
дел
(126)
Величины Ин, / н и cos <р н указываются на ваттметр,е. Мощ­
ность Р, показываемая ваттметром, определяется как произведе­
ние постоянной ваттметра С w 1на число делений а, отсчита1нных
по шкале при данном положении стрелки, т. е.
Р= Cw ci.
(127)
Так как отклонение стрел,ки ваттметра зависит от взаимного на·
правле.ния токов в его последовательной и параллельной цепях,
то для правильного включения ваттметра в цепь один зажим
последовательной и один зажим параллельной цепей отмечают
* Кроме терминов «последовательная. обмотка» или «последовательная
uепь», употребляются термины «токовая _обмотка» или «толстая обмотка»,
а для параллельной uепи или параллельной обмотки термины «обмотка на­
пряжения» или «тонкая обмотка».
112


особыми знаками «*» (звездочка). Эти зажимы называют гене­
раторными. Название генераторных объясняется тем, что при
подключении обоих зажимов к одному полюсу генератора от,кло­
не.ние стрелки ваттметра будет правильным. Электродинамиче­
ские ваттметры пригодны как для постоянного, так и перемен­
ного тока. Показания ваттметра не зависят от частоты перемен­
ного тока приблизительно до 100 гц.
Измерение активной мощности
Прежде чем приступить к измерению активной мощностv. в
цеп·11 переменного тока, следует оначала определить зажимы це­
пей (обмоток) ваттметра. Определение зажимов последователь­
ной и параллельной цепей ваттметра
производИ1 ся по схеме, изображенной
на рис. 81. Два провода сети присоеди­
няем к двум зажимам ваттметра. Если
вольтметр * показывает полное напря­
жение сети, то это значит, что зажимы
принадлежат последовательной цепи,
так как падение напряжения в после­
довательной цепи ваттметра очень ма­
ло. Если волы метр** показывает
часть ~напряжения сети, то зажимы при­
надлежат параллельной цепи ваттмет­
ра, так как часть ~напряжения теряется
в параллельной цепи. Если же вольт­
п
Рис. 81. Схема определения
зажимов цепей (обмоток)
ваттметра
метр *** ничего не показывает, то концы принадлежат разным
цепям.
После определения зажимов цепей ваттметра собираем схе­
му рис. 82 для измерения мощности в цепи переменного тока.
В этой схеме Р - двухполюсный рубильник; П - предохрани­
тели; rp - регулировочный реостат; П 1 - двухполюсный пере­
ключатель; А - амперметр, измеряющий ток в цепи; W - ватт­
метр, измеряющий мощность в цепи; ер -- фазометр, измеряющий
коэффициент мощности cos ер' цепи; r 1 и r 2 -- проволочные реоста­
ты, один**** для грубой, другой для плавной регулировки тока;
* Зажимы последовательной и параллельной
цепей ваттметра можно
определить также при помощи лампы накаливания. В этом случае лампа
горит ярко.
** Лампа горит с неполным накалом.
*** Лампа не горит.
" *** Вместо проволочного реостата r 1 можно включить лампы накали­
вания.
8-2546
113


К - катушка со стальным сердечником. Опыт производится сл~­
дующим образом. Включив рубильник Р, регулировочным рео­
статом гР уста,навливаем зада;нное напряжение, которое но вре­
мя опыта поддерживается неизмен1ным.
Рис. 82. Схема измерения мощности ваттметром в цепи одно­
фазного тока
Переключатель П1 ставим в левое положе,ние и при помощи
стального сердечника устанавливаем в ,катушке ток, равный l а,
затем переключатель П1 ставим в правое положение и реостата­
ми r1 и r2 устанавливаем ток, равный l а. Показания приборов
записываем в табл. 19.
Таблица 19
Измерено
Вычислено
и
1
/
1р
\cos<р'cosr.p\la1lpis1Q
При меча-
с-
с~
Cw. =
нис
V
А
-
-
а
а
ва
вар
-
2; дел.
1в
дел.
1
а
дел. 1 вт
1
2
3
4
Аналогичные измерения следует сделать при токах 2, 3 и 4 а.
Так как при чисто а,ктивной ~нагрузке коэффициент мощности
cos ер= 1, а при индуктивной •(смешанной) нагруз·ке cos (JJ< 1, то
при одинаковом токе активная мощность в первом случае будет
больше, чем во втором случае. Ток, измеренный амперметром,
при чисто активной ,нагруз,ке :будет иметь только активную со­
ставляющую тока, а при индуктивной ~нагрузке ток ·будет иметь
как активную составляющую тока (/э =lcoscp), так и реактив­
ную составляющую тока
(/p=/sincp), т. е. l=Vl/+lr2 •
114


З~ная активную мощность катушки, 1Напряжение и ток, можно
определить коэффициент мощности катушки по формуле
р.,
cos (i) = _··
,
UI
Полная :--ющность * катушки
S=UI.
Реактивная ~ющность катушки
или
Q = U/sin <р.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимы~ш
для выполне-ния работы, и записать их технические данные.
2. Собрать схему, изо-браже.нную на рис. 81.
3. Определить зажимы последовательной и параллельной це­
пей (обмоток) ваттметра.
4. Собрать схему, изображенную на рис. 82.
5. Измерить активную мощность при одинаковых токах 1, 2,
3 и 4 а как для индуктивной нагрузки, так и для чисто активной
нагрузки.
6. На основании полученных данных (согласно табл. 19) оп­
ределить cos <р, 1а, lp, S и Q.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Из каких основных частей состоит электродина'.!ический ваттметр?
,2. На каком принципе основана работа электродинамического ватт­
метра?
·3. Как можно определить зажимы последовательной и параллельной
цепей (обмоток) ваттметра?
4. Что называется постоянной (ценой деления) ваттметра?
,5. Почему в данной работе можно сравнивать показания ваттметра
с показаниями образцовых вольтметра и амперметра при активной нагрузке?
6. Почему для измерения небольших мсщностей с малым коэффициен•
том мощности применяют специальные ваттметры?
7. Почему стрелка ваттметра при его включении иногда может откло­
няться влево за нуль шкалы и что нужно сделать, чтобы она отклоня.1ась
вправо?
* Для чисто активной нагрузки активная мощность •равна полной мощ­
ности, так как коэффициент мощности равен единице.
8*
115


РАБОТА No 19
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЯ ЭНЕРГИИ В ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ПОВЕРКА СЧЕТЧИКА
Цель работы
Целью работы является ознакомление с устройством индук­
ционного счетчика однофазного тока, включением его в сеть, из­
мерением электрической энергии и поверкой счетчика.
Общие сведения
Для учета активной электрической энергии, отдаваемой элек­
трической станцией в сеть, и энергии, получаемой потребителя­
ми, применяют приборы, которые называются счетчиками элек­
трической энергии. Наибольшее рае,пространение на практике
получили счетчики индукционной системы. Индукционные счет­
чики применяются только для переменного тока. Эти счетчики
бывают раз;нообразных конструкций и типов, но принцип их дей·
ствия и основы теории являются общими не только для счетчи­
ков, на и для индукционных приборов.
о
д;
А
Рис. 83. Схема устройства и включения однофазного индук­
ционного счетчика
На рис. 83 показана принципиальная схема устройства и
включения в цепь однофаз1ного индукционного счетчика. Маг­
нитная система счетчика состоит из электромагнита последова-
116


тельной цепи А и электромагнита параллельной цепи Б. Сердеч•
ники электромагнитов набираются iИЗ тонких листов электротех·
нической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. На
сердечнике электромагнита А помещена последовательная об­
мотка 1 с ~небольшим числом витков тол.стого медного изолиро­
ванного провода. На одном стержне сердечника электромагнита
Б помещена параллельная ,01бмотка 2 с большим числом витков
тонкого медного изолированного провода. В зазоре между по­
люсами электромагнитов расположен алюми~Ниевый диск Д,
укрепленный на оси в подшипнике 3 и в подпятнике 4. Вращение
оси 5 через червячную передачу 6 и шестерни (на рис. 83 не по­
казаны) передается счетному механизму.
При включении счетчика в сеть переменного тока по последо­
вательной цепи будет проходить ток / приемника энергии, кото­
рый создает магнитный поток Ф1. Так как рабочий :маr,нитный
поток Ф1 пересекает алюми,ниевый диск в двух м,естах в проти­
воположных направлениях, что можно рассматривать как пере­
сечение диска дnумя потоками Ф1 и Ф/ = -Ф 1 , сдвинутыми по
фазе на 180°. По параллельной цепи счетчика будет проходить
ток I и, который создаст рабочий магнитный поток Фи и нера­
бочий магнитный поток Ф L; последний не будет пересекать диск
(рис. 83). Рабочий магнитный поток Фи пересекает диск в од­
ном месте и замыкается через нижнюю часть сердечника элект~
ромаrнита (противополюс) Б. Следовательно, в счетчике имеют­
ся три переменных магнитных потока, сдвинутых в пространстве
и во времени друг относительно друга, вследствие чего получает­
ся .бегущий маr,нитный поток.
Рабочие потоки Фи, Ф1 и Ф /, пересекая диск, индуктируют
в ,нем э. д. с., которые вызывают вихревые токи lu', !'.и/". Вза­
имодействие вихревых токов с бегущим маr,нитным потоко:-л
(магнитным полем) создает вращающий момент, под действиб1
которого диск счетчика начнет вращаться. Вращающий :-.ю:-.1ент
счетчика пропорционален активной мощности цепи (прие,1ника
энергии)
М= kUIcos<р=kP,
(128)
где
k-коэффициент пропорциональности, зависящий от
конструктивных особенностей счетчика;
И - напряжение на зажимах параллельной цепи счет­
чика;
1- ток в последовательной цепи счетчика;
cos (J) - коэффициент мощности цепи;
Р - актив,ная мощность цепи.
При вращении диск счетчика пересекает маrнит,ное поле (ли­
нии магнитной индукции) постоянного магнита М и в не~1 наво-
117


дятся вихревые токи I м, которые, взаимодействуя с полем по­
стоянного магнита, создадут тормозной момент, т. е.
Мт = k1fм Фм,
где k 1 -постоя,нная величина;
1,, -
ток в диске, ран;ный Ед ;
Гд
(129)
rд - сопротивление, оказываемое вихревым токам в диске;
Ед -э. д. с., инду.ктируемая в диске и равная Ед= k'Фмп;
п - скорость вращения диска.
Следовательно,
.Мт= k2Ф,,.2п
или при постоянном магнитном потоке Ф" тормозной момент
пропорционален скорости вращения диска
(130)
В индукционных счетчиках, кроме основного тормозного мо­
мента, возникают еще два дополнительных тормозных момента
Мт' и М т'' от взаимодействия магнитных потоков Фr и Фи,
пересекающих диск счетчика, .с токами, наводимыми ими в дис­
ке при его вращении. Тормозной момент М т' обычно мал и им
пренебрегают. Тормозной момент М т" практически остается по­
стоянным, и его можно рассматривать как дополнительный к ос-
1-ювному тормозному моменту, что учитывается автоматически
при регулировке счетчика. При у,становившейся скорости диска
вращающий и тормозной моменты равны:
М=Мт
или
откуда
Р= !!3- .n=Cn.
k
(131)
Из этой формулы видно, что скорость вращения диска счетчика
пр·опорциональна акти·вной мощности Р цепи. Электрическая
энергия W, из·расходованная в цепи за время t, будет равна
W=Pt=Спt=CN,
(132)
где N =nt- число оборотов щиска счетчика за время t. Коэффи­
циент пропорциональности называется действительной постоян­
ной счетчика. Действительная постоянная представляет собой
количество электрической энергии, которое прошло через счет­
чик (потреблено приемником энергии) за время одного оборота
диска, т. е.
С= W 1· вт-сек].
N . оборот
(133)
118


Действительная постоя,нная счетчика не остается неизменной
при разных режимах работы счетчика, так как она зависит от
нагрузки и от внешних условий, например температуры. Кроме
действительной постоянной С счетчика, вводится понятие номu­
налыюй (фабрич,ной) постоянной счетчика, представляющей ко­
личество электрической энергии, у,читываемое счетным механиз­
мом за один оборот диска. Обыч~но на щитке счетчика указы­
вается передаточное число счетчика, обозначаемое «1 квт· ч - N
оборотов диска». Следо'вательно, передаточное ч,исло счетчика
представляет собой число оборотов диска счетчика, Ч'Гобы счет­
ный механизм учел одну единицу энергии, наприм~р 1 квт • ч
(или 1 гвт • ч). Зная передаточное число счетчика, можно оп­
реде.1ить номиналь,ную постоянную по формуле
Си= _1_ ["' квт-ч ] = 1000-3600 [ вт-сек ],
А оборот
А
оборот
(134)
где А - передаточное число счетчика в оборотах на 1 квт· ч.
Определим номинальную постоянную Си счетчика, если на
счетчике написано «1 квт• ч = 2500 оборот. диска». Подставив
данные в формулу (134), получим:
С = _I _ = 1000-3600 = 1440 вт-сек
иА
2500
оборот
З,ная действительную и ,номинальную постоянные счетч,ика,
можно определить относительную погрешность или просто по­
грешн@сть счетчика по формуле
· r= W-Wл ,100О'о= CнN-CN -1001⁄4= Сн-С ,1001⁄4. (135)
Wл
'
CN
С
Здесь W = СиN - энергия, учтенная счетчиком, а Wл = CN -дей­
ствительная энергия, израсходо1ванная в цепи за не1юторый про­
межуток времени, определяемая по образцовым приборам.
Согласно ГОСТ 6570-60 по точности учета электроэнергии
счетч,ики активной э,нергии делятся на классы: 1,0; 2,0 и 2,5. Ус­
ловное обозначение счетчика активной энергии, однофазного,
непосредственного включения ,на 220 в, 5 а, класса 2,5: СО 220 в,
5 а класса 2,5 ГОСТ 6570-60. В табл_ 20 приведены допустимые
погрешности для однофазных счетчиков активной энергии.
При выводе формулы ( 132) мы не учитывали потери на тре­
ние в счетчике. В действ,ительности потери на трение имеются.
Они складываются из трения оои в подпятнике и цапфе, трения
в счетном меха,низме и трения подвижной части о воздух. При
,небольших нагрузках 'В 5-10% от ~номинальной момент трения
может вызвать, если это ~не предусмотрено, погрешность в 10-
15%, а согласно ГОСТ 6570-60 (см. табл. 20) погрешность для
счетч;иков класса 1 равна ±2% и для счетчиков класса 2 - 2,5%
119


Таблиц а 20
У слови я нагрузки
Допустимая относительная
погрешность счетчика, 0 / 0
класс 1,0 1 к.,асс 2,0 / класс 2,5
При cos 9 = 1 и токе, равном:
50;0 от номинального . . .
100/0 •
500/о .
1000/о .
1500/о .
.
ОТ 10 ДО 2000/о •
При cos 9 = 0,5 и токе, равно~~:
J('f!/ 0 от номинального .
200/о •
500/0 "
IOOOfo •
150О,' 0 •
±2
±1
±1
±1
±1
+2
±1
+1
±1
±1
± 2,5
±2
± 3,5
±2
± 2,5
± 2,5
±2
±4
±2
±4
±2
:::: 4
±2
±4
при cos ер= 1 и токе 5% от номинального. Если нагрузка счетчи­
ка будет меньше 4 %, то может случиться, что подвижная часть
остановится, так .как вращающий момент может оказаться мень­
ше момента трения. Поэтому при испытании счетчика опре­
деляют его чувствительность. Чувствительность S счетчика -
отношение ~наименьшей мощности Рмин • или наименьшего тока
/ мин , при которой диск счетчика вращается без остановки, к но­
минальной мощности Рн или к номинальному току I "' т. е.
или
S= р;:н -1001⁄4 l
}
S= lмин •1001⁄4.J
lн
(136)
Чувствительность счетчи.ка определяется при номинальном
напряжении, ~номинальной частоте и cos ер= 1. Согласно
ГОСТ 6570-60 диск счетчика должен вращаться без остановки
при ~нагрузке не более 0,5% от номинальной для счетчиков клас­
са 1,0 и 2 и 1% для счетчиков класса 2,5. Чтобы счетчик пра­
вильно учитывал энергию при малых нагрузках, у счетчикоr~
делают дополнительное приспоспобление, при помощи которого
создается компенсационный момент, т. е. дополнительный вра­
щающий момент, компенсирующий трение. Иногда счетчики
имеют самоход, т. е. при разомкнутой последовательной цепи
диск счетчика вращается. Это явление зависит от того, что ком­
пенсационный момент больше момента трения, или от неточности
сборки счетчика. Чтобы не было самохода, к оси счетчика при­
крепляют стальную проволоку 7, а на сердечнике параллельного
электромагнита укрепляют Г-образную стальную пластинку 8,
120


называемую тор,иозным флажком. При вращении оси стальная
прово.nка своим незакрепл,енным концом подходит и притяги­
вается к намагниченной стальной пластинке 8, благодаря чему
подвижная часть счетчика останавливается.
Поверка счетчика
Поверка счетчика производится по одной из схем, показан­
ных на рис. 84. В этих схемах Р- двухполюсный рубил1>ник (в
схеме рис. 84, в, Р - трехполюсный рубильник); П - предохра­
нители; Д - делитель напряжения (вместо делителя .напряжения
можно применить автотрансформатор), служащий для поддер~
Wh
Wh
r'\.;
'v
д
а)
'i
б)
'z
Wh
Рис. 84. Схемы поверки однофазного индукционного счетчика:
а - при помощи образцовых вольтметра и ампермет,ра, б
-
при помощи обраэцояого.
ватrметра, в - при помощи образцового ваттметра от трехфазной сети
жания напряжения на зажимах параллельных цепей ваттметра
и счетчика; П1 -однополюсный переключатель; V0 и V - вольт­
метры, измеряющие ,напряжение на зажимах цепи; (V0 -образ­
цовый вольтметр); А 0 и А - амперметры, измеряющие ток ·в це·
пи (А 0 - образцовый амперметр); Wh- поверяемый индукцион­
ный счетчик; W0 -
образцовый электродинамический ваттметр,
измеряющий мощность в цепи; r1 и r 2 -,нагрузочные реостаты
(вместо ламп накаливания можно включить проволочный рео­
стат).
Определение действительной постоянной счетчика. Опыт про­
изводится следующим образом. Включив рубильник Р (если
опыт производится по схеме рис. 84, в, то переключатель П 1
121


ставим в положение 1), делителем напряжения Д или авто­
трансформатором устанавливаем номинальное ;напряжение И=
= Ин, которое во время опыта поддерживаем неизменным. На­
грузочными реостатами r 1 и r2 устанавливаем номинальный ток
и прогреваем счетчик в течение 15 мин, (согласно ГОСТ 6570-60).
В то же время записываем показа,ние счетчика W 1. Во время
прогрева счетчика определяем его номинальную постоянную по
формуле ( 134). После прогрева счетчика нагрузочными реоста­
тами r 1 и r 2 по образцовому ваттметру устанавливаем номи­
нальную нагрузку (если опыт производится по схеме рис. 84, а,
то нагрузка устанавливается по образцовому амперметру Ао, 1=
=fн) и отсчитываем число оборотов N диска. Если имеется се­
кундомер, то опыт проводится одним ;наблюдателем следующим
образом. При появлении метки, и~1еющейся на диске счетчика,
наблюдатель ;нажимает головку се.кунд:омера и начинает отсчи­
тывать число оборотов, считая «нуль» (а не «один», как часто
делают ошибочно), «один», «два» и т. д.
Счет числа оборот,ов следует продолжать до тех пор, пока
стрелка секундомера не начнет приближаться к заданному вре­
мени (или не будет получено заданное число оборотов диска); в
этом случае наблюдатель досчитывает до ближайшего целого
числа оборото'В счетч1ика и оста1навливает секундомер. Если се·
кундомера нет, то поверку счетчика производят по часам с се­
:ку1ндной стрелкой. В этом случае опыт проводят два наблюдате­
.пя один из них считает число оборотов, другой отсчитывает
время по секунд.ной стрелке часов. Счет числа оборотов и време­
ни должен произ•водиться по сигналам, которые дает первый
наб.,юдатель в начале и в конце опыта. Для каждой ,нагрузки
опыт необходимо проделать два раза и за действительное вре:-,1я
принимать среднее арифметическое двух отсчетов, полученных
ло секу1ндомеру. Поддерживая номинальное напряжение на за­
жимах цепи, повторяем опыт для нагрузки (тока) в 75, 50, 20,
Та6лица 21
1
Из:~1ерено
Вычисл:ено
и
1
I
1
р
1t\N\W,jW,Wсч\ r,H 1 с 1т
No
"'
Примечn-
юjп
cv-
с-
cw-
о
il ~1\с ~1""
ние
А
...
о
0/о
сек. о.
о
'
о
.
о
i
1
дС.'J. 1 вт
'°
~
~
де:,.
8
дел.1а
о
.,
.,
1
2
;3
4
.с)
б
1
122


10 11 5% от номинальной. При каждом изменении тока (нагруз­
ки) записываем показания приборов в табл. 21.
В конце опыта записываем показания счетчика W 2. Расход
энергии в цепи равен:
(137)
Действительная постоянная счетчика для разных нагрузок оп­
ределяется по формуле
где Р - мощность, :измеряемая образцовым ваттметром,
N - число оборотов диска счетчика за время t сек.
(138)
Если опыт ,производится по схеме 1рис. 84, а, то действ1итель­
ная постоянная сч,етчика определяется по формуле
(139)
где И - напряжение, показываемое образцовым вольтметром;
1 - ток, показываемый образцовым амперметром.
На 0сновании полученных данных строим нагрузочную кри­
вую (кривую погрешностей) счетчика v% =f(1%), как юо:бра­
жено на рис. 85.
r%
2.0
1.0
Рис. 85. Нагрузочная кривая
(!(ривая погрешностей) индукци­
онного счетчика
Поверка счетчика при номинальных напряжении и частоте,
cos ср=О,5 и различных нагрузках. Чтобы IВЫяснить 1Влияние ко­
эффициента мощности на работу счетчика, следует определить
погрешности при н~о11шнальном напряжении, номинальной часто­
те, cos <р = 0,5 (ер= +60°, т. е. для индуктиВ1ной нагрузки) и раз­
личных з·начениях тока (нагрузки) в пределах от 10 до 100%
( 1О. 20, 50 и 100 %) номинального. Есл1и 3ключить рубильник Р
(рис. 84, в), а пе,реключатель П1 поставить в положение 2, то
пос,1едоват,ельная цепь будет питаться от напряжения Иде, а
параллельная цепь счетч,ика - от напряжения Илв. На рис. 86
показана векторная диаграмма для схемы рис. 84, в, из которой
123


видно, что ,вектор напряжения И Ав опережает на угол <р = 60"
вектор напряжения ИАС .
Некто-р тока 7 совпадает по фазе с век11ором напряже­
ния ИАс, так как нагрузка счетч,ика чисто акnивная. Следова­
те.1ьно, мы имеем •положит·ельный ,сдвяг фаз между током в
последовательной цепи счетчика и напряжением, приложенным
к его параллелыной цепи, равный 60°, т. е. cos (JJ=0,5. В данно:,.,1
случае опыт и подсчет действи-
ИАв
тельной постоянной С сче1 чика
и относительной погрешности
производится так же, как и при
cos (JJ = 1. Относительные по-
600
Иде грешности при этих условиях
Рис. 86. Векторная диаграмма, пояс­
няющая получение сдвига фаз в 60°
при испытании однофазного индукци 0
онного счетчика
согласно ГОСТ 6570-60 не
должны превышать указанных
в табл. 20 значений.
Определение чувствительно­
сти счетчика. Обычный ампер­
метр заменяется более чувст­
вительным амперметром, а вме­
сто реостатов r1 и r2 следует
включить реостат с очень боль­
шим сопротивлением (напри­
мер, реостат с сопротивлением
1000 ом, который в начале опы­
та должен быть полностью
включен). Опыт производится
следующим образом. Включив
рубильник Р (если опыт производится по схеме рис. 84, в, то пе­
реключатель П 1 ставим в положение 1), делителем напряжения Д
(или автотрансформатором) уста,навливаем номинальное напря­
жение счетчика. Затем постепенно выводим сопротивление реос­
тата до тех пор, пока диск счетчика ,не ,начнет медJ1енно (безо­
становочно) вращаться. Показания приборов записываем в табл.
22. По формуле ( 136) определяем чувствительность счетчика.
Таблиц а 22
Из,~ерено
Вычислено
р~IИН
1
1мин
s
)."о
Примеча-
n/п
с-
СА=
ние
w
О/о
дС.1.
1
вт
ле~1.
1
а
12-!


Определение самохода счетчика. Согласно ГОСТ 6570-60
пр1и отсутствии тока в последовательной цепи счетчика (при ,ра­
зо.мкнутой последовательной цепи) и при напряжении на зажи­
мах ,параллельной цепи от 80 до 110% от номи~нального диск
счетчика не должен вращаться, или же, медленно двигаясь,
останавливаетоя при появлении красной м·етюи в окошечке
крышки. Не изменяя схемы, при которой определялась чувстви­
тельность, следует отсоединить последовательную цепь счетчи­
ка, а делител·ем напряжения Д (1или автотрансформатором)
установить сначала напряжение на зажимах па1раллельной цепи
счетчика, равное 80% от номинального, а затем равное НОО/о от
номинального. Если в обоих случаях диск счетч1ика •не вра­
щается, то счетчик не имеет самохода.
Порядок проведения р_аботы
1. Ознакомитьоя с аппаратурой и приборами, необходимыми
для выполнения работы, и записать их тех,ничесюие данные.
2. Ознакомиться с устройством индукционного счетчика.
3. Собрать о,D;ну из схем, изображенных на рис. 84.
4. Определить действительную постоянную счетчика С при
номинальном напряжеН1ии и различных значениях тока (нагруз­
ки), т. е. при 1оке 100, 75, 50, 20, 10 и 5% от номинального, а
также найт,и номинальную постоянную С н счетчика.
5. Оп1ределить погрешности счетчика.
6. По данным опыта и подсчета (согласно табл. 21) постро­
ить нагрузочную кр,ивую (кривую погрешностей) счетчика.
7. Выяснить вл1ияние коэффициента мощности на работу
счетчика, т. е. произвести опыт при номинальном ·напряжении,
номинальной частоте, cos qJ=0,5 и различных значениях тока -
100, 50, 20 и 1О% от номинального.
8. Опреде.ТJить чувствительность счетчика.
9. Определ1ить самоход счетчика.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните устройство и принцип действия счетчика индукционной
системы.
2. Нарисуйте схему включения однофазного счетчика.
3. Что называется передаточным числом счетчика?
4. Дайте определение номинальной и действительной постоянных счет-
чика.
5. Как найти номинальную постоянную Сн счетчика?
6. Почему номинальная постоянная счетчика остается неизменной?
7. Напишите формулу действительной постоянной счетчика.
8. Почему действительная постоянная С при различных режимах работы
счетчика не остается неизменной?
9. Что называется относительной погрешностью счетчика?
1О. Что называется чувствительностью счетчика?
11. Что такое самоход счетчика?
\:2. Каково назначение постоянного магнита в счетчике?


Глава V
ТРЕХФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
РАБОТАNo20
СОЕДИНЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ ЗВЕЗДОЙ
Цель работы
Целью работы является -опытная проверка основ•ных соотно­
шений для депи треХJфазного тока при соединении приемников
звездой как для сим:м,е11ричной (1равномерной), так и для неси:v~­
метр;ичной (неравномерной) нагрузки фаз, а также исследщза­
ние 1шиян~ия нейтрального (нулевого) провода на величину фаз­
ных напряжений приемн-иков энергии.
Общие сведения
Трехфазной системой электрических цепей называется систе-­
ма, состоящая из трех электрических цепей, в которых дейст­
вуют синусоидальные э. д. с. одной и той же частоты, сдв,ину­
тые друг относительно друга на 1 /з периода и создаваемые об­
щим источником электрической энергии. Отдельные электриче­
ские цепи, входящие в состав трехфазной системы, называют
фазами.
ТреХJфазный ток получил широкое применение, так как трех­
фазная система по сравнению ·с однофазной имеет следующие
преимущества:
1) одновременное действие токов трехфаз·ной системы созда­
ет вращающееся магнитное поле (на этом основано устройстnСJ
трех~фазных асинхронных двигателей);
2) при передаче одной и той же мощности пр,и одинаково~~
напряжении на зажимах генератора и при одинаковой потере
мощности расход цветного металла на провода в трехфазной·
установке составляет 75% -от расхода металла в однофазной
установке:
3) можно иметь в одной установке два .напряжения (при че-­
тырехпроводной деп,и трех~фазног,о тока).
126


На рис. 87 схематически ~изображен двухполюсный генера­
тор трехфазного тока. На внутренней поверхности статора (не­
подвижной части генератора) расположены три обмотки (фа­
зы)А-Х,В
-
У и С - Z, сдв:инутые в пространстве д!РУГ от­
носительно друга на 120°. Согласно ГОСТ начала фаз обозна­
чаются буквами А, В и С, а концы фаз - ,буквами Х, У и Z.
На роторе· (вращающейся части гене-
А
ратора) расположена обмотка возбуж­
дения, к которой подводится постоян­
ный ток от сети (или выпрямителя) у
или специало_ного генератора постоян­
ного тока, посаженного на один вал с
генератором переменного тока, назы­
вае:.1ого возбудителем. При вращении
ротора генератора первичным двигате­
лем * (паровой турбиной, гидротурби­
ной и т. п.) вследствие пересечения
магнит,ным ,поле:1⁄2 обмоток статора в
них будут индуктироваться синусо­
идальные э. д. с. Если за начало от­
х
z
счета времени примем момент, когда
э. д. с. первой фазы, или просто фа-
Рис. 87. Схема трехфа:шого-
генератора
зы А, проходит через нуль и становит-
ся положительной (рис. 88), то мгновенные значения э. д. с .•
индуктируемых в фазах А, В, С, будут соответственно равны:
eл=Emsinшt; )
ев=Етsin(шt- 120~);
ее= Ет sin (ш t- 240°),
(1)
где Ет- одинаковая для всех фаз амплитуда э. д. с.
Рис. 88. Векторная диаграмма и графики э. д. с. трехфазного генератора
* Обычно в электротехнической лаборатории первичным двигателем яв­
ляется двигатель постоянного тока параллельного возбуждения.
127


Симметричной трехфазной системой синусоидальных э. д. с.
( напряжений, токов) называется такая система, в которой
э. д. с. (напряжения, токи) всех фаз равны по величине и сдви­
нуты по фазе друг относителЬ'но друга на !120°.
Если трехфазная си,стема э. д. с. (напряжений, токов) не
удовлетворяет хотя бы одному из указанных условий оиммет­
рии, то она называется несимметричной. Из рис. 88 видно, что
в любой момент алгебраическая сумма трех э. д. с. равна нулю:
(2)
Если каждая фаза генератора включ,ена на свой пр;иемник
энергии (•рис. 89) и не :имеет электрической связrи -с другими
фазами, то такая система называется несвязанной трехфазной
А
~
Jtr,
/dcc;--
,,g
ZY
lc
<г-
lв
(.
в
_ _Jд
----с>
lc
Рис. 89. Несвязанная трехфазная система электрических цепей
системой электрических цепей или несвязанной трехфазной
цепью. Основным недостатком несвязанной трехфазной цепи
является большое число проводов, идущих от генератора к при­
емникам, поэтому она н·е применяется.
Четырехпроводная цепь трехфазного тока. ЧиСJlО проводов
можно уменьшить, если три обратных провода заменить одним
общим проводом (рис. 90), называемым нейтральным или нуле­
вым проводолt. В этом случае мы получаем четырехпроводную
связанную * трехфазную систему или трехфазную четырехпро­
водную цепь, соединенную. звездой.
Звездой называется такое соединение, когда концы или
начала фаз (обмоток) соедrинены в одну точку, называемую
нейтральной (нейтралью) или нулевой точкой. Напряжения ме­
жду началами и концами фаз rенератюра или приемника или
напряжения между каждым из линейных проводов ,и нейтраль­
ной точкой называются фазными напряжениями и обозначают­
ся И л,Ив и И с . Напряжения между линейными проводами или
* В дальнейшем слово «связанная» будем опускать.
128


началами ,фаз называются линейными напряжениями и обозна­
чаются И дв,Ивс и Исд. Линейными токами называются токи,
проходящие по линейным проводам; ,они обозначаются 1д, I в и
I с. Фазными токами ·называют токи, проходящие по фазам.
!При соединении звездой линейный ток 1л равен фазному
току 1Ф•
А
с
В I___ '4,.
-<>
Ir
А
в
Рис. 90. Трехфазная четырехпроводная цепь, соединен•
ная звездой
(3)
а линейные напряжения равны геометрическим разностям со­
ответствующих фазных напряжений:
ИАВ=Ид -Ив; )
Ивс = Ив- Ис;
Исд=Ис-Ид-
(4)
На рис. 91 показано графическое определение линейных на­
пряжений посредством векторной диаграммы. Из этой вектор­
~ной диаграммы видно, что для получения линейных напряже­
·ний И дв, Ивс и Иед необходимо произвес11и геометрическое
сJiожение векгоров Ид, И в ,и Ис соответственно с векторами
-Ив,- Ис и
-
Ид, равными и противоположными векторам
Ив,ИсиИд-
Векторы линейных напряжений проще можно определить,
если соединить прямой л1инией концы векторов фазных напря­
жений, как nоказано на рис. 92. Эта векторная диаграмма на­
пряжений носит название топографической диаграммы напряже­
ний. Три вектора фазных напряжений образуют звезду фаз.ных
напряжений. Звезда линейных напряжений * опережает звезду
фазных' напряжений на угол 30° ( см. р1ис. 91). Найдем соотно-
* При симметричной системе напряжений.
9-2546
129


шение между фазными и Jiинеiiными напряжениями в схеме
звезда, считая, что
ИА=Ив=Ис=ИФ и ИАв=Ивс=ИсА=Ил.
Опустив перпендикуляр из точки О на век-гор линейного напря­
жения (рис. 92), получим прямоугольный треугольник ODA, из
которого ;имеем:
ИлИАвИ30"
.И
з·00 И -Vз
2=-
2-
=
Acos
=
Фсоs
=
Ф---2-,
откуда
(5)
А
Рис. 91. Векторная диаграмма напряже- Рис. 92. Топографическая диа-
ний при соединении звездой
грамма напряжений при соедине-
нии звездой
т. е. л.инейное напряжение больше фазного напряжения в -VЗ
раз. Уравнение (5) будет справедливо как для тре:,сфазной че­
тырехпроводной цепи, так и для тре~фазной трехпроводной це­
пи, т. е. без нейтрального провода.
Фазные токи приемников определяются так же, как в одно­
фазных цепях:
lл=ИА= ИА
ZA
VrA2+хА2
/ с = Ис = -===L=тс====~
zc
-V rc +хс2
lв=Ив= Ив
zв -Vг2+х2
в
в
l
1
(6)
где z А• z в ,и Zc - полные сопротивления отдельных фаз прием­
ников;
130


r д, r в• r е, хА, х в и Хе - активные и реактивные сопротивле­
ния отдельных фаз приемников. Углы сдвига фаз между фаз­
ным-и на,пряжениями и фазными токами можно определить из
следующих формул:
rА
•
rв.
re
(?)
cos (f'д =
-
; cos'Рв=
-
,
cos 'Ре=-.,
Zд
Zв
Ze
rде cos (J)д, cos ср вИ cos <ре- коэффиrщенты мощности отдель­
ных фаз приемников.
Если приемники обладают только активным сопрот,ивлением
(лампы накаливания), то Zл=rд, Zв=r в, Zc=rc,
COS(f'А = COSерВ= COSерс= COSер=1.
Ток в нейтральном проводе равен геометрической сумме то­
ков отдельных фаз:
(8)
На рис. 93 показано графическое определение тока в нейт­
ральном проводе для чисто акт,ивной ,неравномерной нагрузки
фаз.
Сечение нейтрального провода зависит от неравномерности
наnрузк,и фаз, но обычно его берут равным 50% от сечения ли­
нейного провода, так как ток в
нейтральном проводе меньше,
чем токи в линейных проводах.
При наличии нейтрального прово­
да и неси:'v!ме1ричной нагрузке
фаз напряжения на фазах прием­
ников остаются неизменными и
равными напряжениям на соот­
ветствующих фазах генератора,
если пренебречь сопротивлением
проводов линии и нейтрального
провода. Если же случайно про­
изойдет обрыв ;Нейтрального про­
вода, то фазные т.оки при несим­
метричной нагрузке фаз изменят­
ся и установятся такими, чтобы их
сумма была равна нулю. Вследст­
вие э1оrо напряжения на отдель­
ных фазах будут различными, т. е.
,на наиболее нагруженной фазе
Рис. 93. Топографическая диа­
грамыа напряжений и векторная
диаграмма токов четырехпровод­
ной цепи для активной несиммет­
ричной (неравномерной) нагрузки
фаз
(с меньшим сопротивлением) напряжение уменьшится, а на дру­
гих фазах увеличrпся по сравнению с номинальным значением
фазного ,напряжения. Поэтому не рекомендуется ставить рубиль­
ник и предохранитель в нейтральный провод. Если же произойдет
9'
131


обрыв одного из линейных проводоз, то эта фаза отключается, а
две другие фазы продолжают нормально работать 01 трехфазной
системы при наличии нейтрального провода, а при отсутствии его
происходит перераспределение .напряжений на фазах пропорцио­
налЬ1но их сопротивлениям.
Симметричная (равномерная) нагрузка фаз в трехпроводной
цепи трехфазного тока
При симметрич1ной системе напряжений ·и симметричной на­
грузке фаз ток в нейтральном проводе равен нулю (рис. 94), а
Рис. 94. Топографическая диаграмма напряжений и векторная диаграм­
ма ТО!,{ОВ:
а - для чисто активной симметричной (равномерной) нагрузки фаз, 6 - для индук­
тивной симметричной (равномерной) нагрузки фаз
поэтому нейтраль·ный провод не нужен. В этом случае мы по­
лучим трехпроводную тре;,сфазную систему или трехпроводную
цепь трехфазного тока (рис. 95). Так как п·ри оимметричной
д
~
д
с
в
---<>
lr
Рис. 95. Трехпроводная цепь трехфазного тока
•нагрузке фаз напряжение между нейтральными точками гене­
ратора и приемника О и О' равно нулю, то каждую фазу систе-
132


мы можно рассматривать как замкнутый конту1р. В этом случае
расчет трехфазной системы при симметричной нагрузке фаз
сводится к расчету одной лишь фазы. Если задано л,инейное
напряжение на зажимах приемника энергии и его сопротивле­
ния, то сначала определяем фазное напряжение
(9)
а затем фазный ток
/Ф=ИФ= ИФ
z
V1-2+х2
(10)
где z, r и х - полное, активное •И реакт,ивное сопротивления
одной фазы приемника энергии.
:Коэффициент мощности приемника энергии
r
COS(f)=- .
(11)
z
Несимметричная (неравномерная) нагрузка фаз
в трехпроводной цепи трехфазного тока
При несимметр1ичной нагрузке фаз напряжения на фазах
приемников будут неравны, тогда соотношение (5) между ли­
нейным .и фазным ,напряжениями нарушится, а соотношение (3)
останется справедливым и для этого случая. Если еопротивле­
ние r А фазы А (первой фазы) уменьшим, то ток в ней возрастет
и напряжен,ие уменьшится, а напряжение на двух других фазах
увеличится (рис. 96). При уменьшении сопротивления r А фа­
зы А до нуля, т. е. если мы замкнем ее накоротко (рис. 97),
то напряжение на фазе А станет равным нулю, а напряжение
на двух других фазах будет равно линейному (рис. 98). Если
же сопро-гивлен,ие r А фазы А будем увеличивать, то напряже­
ние на этой фазе возрастет, а на двух других фазах упадет
(рис. 99). При r А== [это ооответствует обрыву цепи фазы А
или перегоранию предохранителя (рис. 100)] напряжение на
двух других фазах при одинаковой нагрузке их будет равно по-
ловине линейного нап,ряжен,ия (рис. 101) Ив'=Ис'=~л- Нако­
нец, может быть такой случай, когда сопротивления отдельных
фаз ,будут неодинаковыми (rA=l=-rв=f=rc), в этом случае напряже­
ния на фазах будут различными (рис. 102). Отсюда мы прихо­
дим к следующему выводу, что уменьшение или увеличение со­
противления отдельных фаз вызывает перераспределение всех
фазных ,напряже,ний. Следует еще раз отме1ить, что соединение
звездой без нейтрального (нулевого) ,провода при несимметрич­
ной нагрузке фаз обычно не применяется.
133


А
lfcA
с
Uвс
в
Рис. 96. Топографическая диа­
грамма напряжений (к cxei.1e
рис. 95) приrд<rв=Гс
АО'
lfc=U;A
А
в
с
сL----------~в
Uвс
А
1⁄4в
UcA
· Uвс
в
с
Рис. 97. Соединение ламп накаливания
звездой при замыкании накоротко
фазы А
Рис. 98. Топографическая диаграмма
напряжений (к схеме рис. 97) при
rд=Оиrв=Гс
Uвс
Рис. 99. Топографическая диа­
грамма напряжений
при r д>rв =rc


А
д
р
с
в
Рис. 100. Соединение ламп накаливания звездой
при перегорании предохранителя (обрыве) фа­
зыА
Рис. 101. Топографическая диа­
грамма напряжений (к схеме
рис. 100) при r д=оо {т. е. при
обрыве Щ''IИ фазы А) и rв =r с
Рис. 102. Топографическая диа­
грамма напряжений (к схеме
рис. 100) при несимметричной (не-
равномерной) нагрузке фаз


Активная мощность трехфазного тока при несимметричной
наnрузке фаз равна сумме активных мощностей всех фаз:
Р=РА+Рв+Рс= ИА/АcosерА+Ивlвcosерв+
+ Исfс cos 'Ре,
(12)
где РА, Рв и Ре - активные мощности отдеJ1ьных фаз;
ИА• Ив и Ис - фазные напряж,ения;
IА• Iв и fc-фазные токи;
cos r.p А• cos ер в, cos 'fc - коэффициенты мощности отдельных фаз.
Так как при симметричной нагрузке фаз и симме'l'рич·ной си­
стеменапряжений ИА=Ив =Ис = ИФ•ИАв =Ивс =ИсА = Им
cos ер А = cos ер в= cos 'Ре = cos r.p, то активная мощность трех­
фазного тока равна:
р = зиф/ф cos ер.
(13)
Так как при соединении звездой
ИФ=~и/Ф=/
Vз
л,
то
Испытание соединения приемников звездой
Испытание соединения звездой для чисто акт~ивной нагрузки
проводится по одной из схем рис. 103. В этих схемах Р -
трехполюсный рубильник; r А• r в и rc - ламповые (или прово­
лочные) реостаты; АА, Ав и Ас - амперметры, измеряющие ли­
нейные токи; А 0 - ампе1рметр, ·измеряющий ток в нейтральном
проводе; V - вольтметр со щупами, измеряющий поочередно
фазные и линейные напряжения. Напряжения между нейтраль­
ными точками О и О' измеряются вольтметром со шка'лой на
неболышой предел измерения. Опыт производится следующим
образом. Включив рубильник Р, устанавливаем симметр,ичную
(равномерную) нагрузку фаз, ,при которой амперметры АА,
Ав и Ас должны давать одинаковые показания. Записываем
показания пр:иборов в табл. 23. Напряжение Ио измеряется ме­
жду нейтральными (нулевыми) точками источника питания и
приемника энергии; в данном случае следует убедиться в том,
что показание ,вольтметра равно нулю, т. е. напряжение И0 =0.
Затем, не .изменяя нагрузк,и фаз, включаем рубильник Ро и убе­
ждаемся, что показание амперметра А 0 будет равно нулю.
После этого, выключив ,рубильник Р0 , при симмегричной
нагрузке фаз замыкаем нак,оротко фазу А, соединив ·начало и
136


конец ее (в двух других фазах нагрузку не ыеняем), и записы­
ваем показания приборов в табл. 23. В этом опыте напряжение
U0 не измеряется. Затем, отсоединив проводник, замыкавший
фазу накоротко. уменьшаем нагрузку этой фазы :и записываем
показания приборов как при выключенном рубильнике * Р0 ,
так и при включенном ру6-ильнике Ро. После этого выключаем
все лампы накаливания в фазе А и снова записываем показа­
ния приборов при выключенном и включенном рубильнике Р0 ._
а'
а)
Рис. 103. Схемы для испытания цепи трехфазного тока при соединении ла~ш
накаливания звездой:
а - при наличии нейтрального п,ровода, б - без нейтрального провода
Затем устанавливаем неравномерную нагрузку во всех фа­
зах и записываем показаНlия приборов при выключенном и
включенном рубильнике Ро. Зная фазные напряжения нагрузки
и фазные токи, на основании закона Ома можно определить
сопротивления фаз r А> r в и r с . На основании полученных данных
опыта (согласно табл. 23) построим векторные диаграммы на­
пряжений и 1оков. Построение векторной диагрю1мы при
r л <rв =rс (1рис. 96) производится следующим образом. Снача­
ла строим треугольник линейных напряжений, для чего откла­
дываем вектор напряжения И вс, и из начала ·и конца этого век­
тора делаем засечки радиусами ВА и СА, равными линейным
напряжениям ИАв и И СА, Затем из вершин треугольника А, В
и С производим засечки радиусами АО, ВО и СО, равными (в
том же масштабе) фазным напряжениям И А, Ив и Uc источ­
ника питания. Соединив точку О с вершинами треугольника, мы
* В этом опыте измеряется напряжение U0.
137


-
~
Таблиц а 2:З
Измерено
Вычислено
UAB 1ивеj UCA 1 UA
1
ив
1
ис
Ио
IA
1
Iв
1
Ic
lo
~:-1,АIrВIrС lp
No
Режим
---
---
При-
·п/п
нагрузки
меча-
Cv=
с=
с=
с=
пне
V
А
А
-
омомом
дел,1в Iдел.1вjдел,1вIдел.1в Iдел, !в[дел,1в дел.[в дел,1а[дел.!аIдел.!а дел.jа
~.,
1 Симмет-
ричная без
нейтрально-
го провода
2 Симмет-
-
ричная
с
нейтраль-
ным прово-
ДОМ
1
3 Симмет-
рнчная без
нейтрально-
го провода;
короткое
1
замыкание
одной фазы
'


Продолжение табл. 23
Измерено
Вычислено
UAB1иве1UCA1UA
1
ив
1
ис
Ио
!А
1
Iв
1
Ic
lo
~ : 1гА/ гв/ гсlр
N.,
Режим
При-
п/п
нагрузки
меча-
Cv=
с=
с=
с=
ние
V
А
А
-
ом ОА! ом
дел.Jв Jдел. !в Jдел.JвIдел.!вJдел.Jв jдел. jв лел.1в дел.Jаjдел.JаIдел.Jа дел.!а
·f:
"
4 Симмет-
1
1
ричная-об-
рыв линей-
ноrо прово-
да без ней-
трального
провода
'
5 Несиммет-
6 ричная без
нейтрально-
го провода
-
7 Несим-
8 метричная с
не~траль-
ным прово-
дом
-
~


получим векторы фазных напряжений источника питания. Радиу­
сами АО', ВО' и СО' делаем засечки, равные фазным напряже­
ниям приемника и получаем точку О'. Соединив О' с точками
А, В, С, получим И~. И;, И~ приемника. Из точки О' по на­
правлению векторов фазных напряжений приемника отклады­
ваем векторы фазных токов (на рис. не показаны).
Аналогичным образом строят и другие векторные диаграм­
мы напряжений и токов.
Порядок проведения работы
1. Озна1юмиться с аппаратурой и приборами, необходимым,и
для выполнения работы, и записать их технические данные.
2. Собрать схему, изображенную на рис. 103, а или 103, 6.
3. У,становить симметр,ичную !Нагрузку фаз без нейтрального
провода ·и записать показания приборов.
4. То же с нейтральным проводом.
5. На основании полученных да·нных опыта ( согласно
табл. 23) убедиться в справедливости ,формул (3) и (5).
б. Построить векторную диаграмму напряжений и токов.
7. Установить с,имметричную нагрузку фаз. Затем произве­
сти опыт короткого замыкания фазы А, соединив проводни1юм
начало и конец ее (в двух других фазах нагрузку не м•еняем).
В этом опыте нейтральный пров-од не должен быть включен
(рубильник Ро разомкнут) и напряжение Ио не измеряется.
8. Отсоединить проводник, замыкавший фазу нако,ротко,
уменьшить ,нагрузку этой фазы .(в двух других фазах нагрузку
не менять, rв = rc) и записать показания приборов при вы­
ключенном и включенном рубильнике Р0 .
9. Построить векторную диаграмму напряжений и токов для
случая, когда рубильник Р0 разомкнут.
10. Выключить лампы ·в фазе А, а в двух других фазах дол­
жна быть одинаковая ,нагрузка, и записать показания прибо­
ров при выключенном и включенном ,рубильнике Ро.
11. Построить вехт,орную диаграмму напряжений и токов
для случая, когда выключен рубильник Ро.
:12. Установить несимм·етричную нагрузку во всех фазах и
записать показания приборов при выключенном и включенном
ру,бильнике Ро.
13. Построить векторные диаграммы напряжений и токов
при выключенном и включенном рубильнике Ро.
]4()
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется соединением звездой приемников энергии?
2. Что называется фазным и линейным напряжениями?
З. Что· называется фазным и линейным токами?
4. Каковы соотношения между линейными и фазными на~ряжениями.


а также между линейными и фазными токами при соединении звездой при
симметричной нагрузке фаз?
5. Каково назначенне нейтрального (нулевого) провода?
6. К чему приводит обрыв или отсутствие нейтрального провода при
несимметричной нагрузке фаз?
7. Почеыу в нейтральный провод не ставят предохранитель?
8. Чему равен ток в нейтральном проводе при несимметричной нагруз­
ке фаз?
9. Чему будут равны напряжения на фазах при симметричной нагрузке
фаз, ecJJИ произойдет обрыв фазы А?
110. Чему будут равны напряжения на фазах при симметричной нагруз­
ке фаз, если фазу А замкнуть накоротко?
11. Начертите векторную диаграмму напряжений и токов для симметрич­
ной чисто активной нагрузки фаз?
,12. Начертите векторную диаграмму напряжений и токов для четырех­
проводной цепи для несимметричной чисто активной нагрузки фаз.
РАБОТА No21
СОЕДИНЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ ТРЕУГОЛЬНИКОМ
Цель работы
Целью ,работы является опытная проверка основных соотно­
шений для цепи трехфазного тока при соединен,и,и приемников
треугольником как для симметричной (равномерной), так и для
несимметричной (неравномерной) нагрузки фаз.
Общие сведения
Треугольником называется такое соединение, когда начало
фазы А (первой фазы) соединяется с концом фазы· В (второй
фазы), начало фазы В - с концом фазы С (третьей фазы), на­
чало фазы С - с кондом фазы А *. К точкам соединения начал
с
в
~
fв
Рис. 1{)4. Соединение приемников треугольником
и конц-ов фаз присоединяют линейные провода. На рис. 104 по­
казана схема соединения приемников энергии треугольником, а
* Или конец фазы А соединяется с началом фазы В,
конец фазы
В - с началом фазы С, конец фазы С
-
с началом фазы А.
141


соединение обмоток (фаз) генератора звездой. Следует ол1е­
тить, что обмотки как генераторов, так и трансформаторов мо­
гут быть соединены з,вездой или треугольником. Положительные
направления линейных токов / л, / в и / с приняты от генератора
кприемнику,афазныхтоков/лв, fвси/ел- отАкВ,отВк
С и от С к А. При соединении треугольником, как это видно
из рис. 104, линейное напряжение И ,1 равно фазному напря­
жению UФ:
(15)
Следовательно, линейные напряжения И лв, Ивс и Исл в данном
случае будут равны фазяым напряжениям. Линейные токи не
равны фазным токам. Соотношения между линейными ,и фазны­
ми токами найдем, применяя первый закон Кирхгофа для уз.1ов
А,ВиС(рис.104),
откуда
fв=fвс - Iлв;
Те= Iсл -fвс,
(16)
т. е. линейные токи равны геометрическим разностям соответ­
пвующих фазных токов. Из этих формул видно, что геометр,и­
ческая сумма линейных токов 1равна нулю:
(17)
Симметричная (равномерая) нагрузка фаз. На рис. 105 по­
казана векторная диаграмма напряжений и токов для симмет­
ричной (рав·номерной) нагрузки фаз, т. е.
rлв=Гвс=Гсл=r; Хлв=Хвс=Хсл=Х;
Zлв=Zвс=Zсл=Z и (f)лв=Сfвс=9сл=ср.
Иногда строят так называемую топографическую диагра;VIму
напрйжений и векторную диаграмму токов, как показано на
рис. 106. Фазные тоюи равны между собой / лв = fвс = lсл = /Ф
и сдвинуты друг 01носительно друга на 120° (см. рис. 105), а по
отношению к фазным напряжения~/! сдвинуты на од,инаковые
углы ер. Линейные токи / л, Iв и/с также равны между собой и
сдвинуты д,руг относительно друга на 120°. Звезда линейных то­
ков отстает от звез•ды фазных токов на 30°. Из рис. 105 в,идно,
что все векторы проведены из одной точки. Опустив перпенди­
куляр из конца вектора фазного тока / лв (рис. 106) на век-
142


тор линейного тока / л, получим прямоугольный треуголь­
ник BED, из которого имеем:
откуда
fл= VЗ/ф,
т. е. линейный ток больше фазного тока в VЗ раза.
ll.11
/8 -/411
(18)
Рис. 105. Векторная диаграмма на­
пряжений и токов для индуктивной
симметричной (равномерной) нагруз­
ки фаз при соединении приемникоIЗ
треугольником
Рис. 106., Топографическая
диаграм­
ма напряжений и векторная диа­
грамма токов для индуктивной сим­
метричной (равномерной) нагрузки
фаз при соединении приемников тре-
угольником
Фазный ток равен
/Ф=UФ= UФ
z
V r~+x~
(19)
где z, r и х - полное, активное и реакТ~ивное сопротив,1ения
фазы приемника энергии.
Коэффициент мощности п;риемника энергии
r
cos<р= -
(20)
z
На рис. 107 показана векторная диаграмма напряжений и
токов для чисто активной симметричной (равномерной) нагруз­
ки фаз.
143


Несимметричная (неравномерная) нагрузка фаз. При несим­
метричной нагрузке фаз токи в отдельных фазах равны:
lлв= Илв =
Илв
1
zлв
✓22
1
rАВ+Хлв
fве = Иве=
Иве
}
(21)
zве
/
2
2
} rве+хве
1
feA =
Иел
Иед
zел
Yr2
2
}
rсд + Хел
Ив
Рис. 107. Векторная диаграмма на­
пряжений и токов для чисто актив­
ной симметричной (равномерной)
нагрузки фаз при соединении при-
Рис. 108. Векторная диаграмма
напряжений и токов для индук­
тивной несимметричной (неравно­
мерной) нагрузки фаз при соеди­
нении приемников треугольником
емников треугольником
где zлв, Zве, Zел, r лв, rве, rел, Хлв, Хве и Хел - полные, ак­
тивные и реактивные сопротивления фаз приемников. Коэффи­
циенты мощности отдельных фаз приемников:
COSерАВ= rАВ ; \\
zлв
cos 'Рве= rве ; }
(22)
zве
rел \
COS 'РеА =
-
.
ZeA
J
Зная фазные токи Iлв, Iве, !ели углы сдвига фаз (J)лв, 'Рве,
(fел между фазными токами и напряжениями, можно графиче­
с1ш определить линейные токи / л, Iв и/е , как это показано -на
1рис. 108.
144


Для чисто активной нагрузки zдв = r дв, Zвс = rвс, Zсд=rсл
и фазные токи совпадают по фазе с соответствующими фазными
напряжениями (р,ис. 109). Из векторных диаграмм, изображен­
ных на рис. 108 ,и 109, видно, что при несимметричной нагрузке
всех фаз при неизменных линейных напряжениях фазные то­
ки /дв, fвс и fсд неодина-
ковы, благодаря чему и ли-
1нейные токи/д, 1в и /с
также неодинаковы.
Перегорание предохра-
нителя или обрыв линейного
провода. При перегорании
предохранителя в одном из
линейных проводов, ~напри­
мер в проводе А (рис. 110),
или обрыве этого провода,
.лампы в фазе ВС будут
нормально гореть. Лампы в
двух других фазах АВ и СА Иг,д
будут соединены последова­
тельно и будут находи1ься Рис. 109. Векторная диаграмма напря­
жений и токов для чисто активной не­
симметричной (неравномерной) нагруз­
ки фаз при соединении приемников тре-
под линейным напряжением
Ивс. Если сопротивления
ламп накаливания этих фаз
будут одинаковы, то линей-
угольником
ное напряжение Uвс распределится между ними поровну, т. е.
лампы накаливания в этих фазах будут гореть в полнакала. В
А
А
р
-
Рис. 1'10. Соединение ламп накаливания треуголь­
ником при перегорании предохранителя (обрыве)
линейного провода
этом случае схема треуголь,ника превращается в однофазную
разветвленную цепь. Ток в фазах АВ и СА равен:
1
1
Иве
АВ= СА=
rдв+rсд
10-2546
(23)
145


Ток в фазе ВС равен:
Iвс = Иве.
(24)
rвс
На,пряжения на лампах накаливания
ИАв=ГАвIАв, Ивс=Гвсfвс, Исл=rсАiсл· (25)
Линейный ток
lв=fс=IАв+Iвс= 1вс +Iвс=~fвс·
(26)
2
2
Обрыв фазы при симметричной ,(равномерной) нагрузке
фаз. Бели произойдет обрыв какой-либо фазы (или разrруз1ка
А
в
А
фазы, так как в нашем случае
мож1Но выключить все лампы
этой фазы), например фазы
АВ, то ее сопр01ивление будет
равно бесконечности и ток в
ней будет равен нулю (/Ав= О,
рис. 11'1). Фазные (линейные)
-----С------в !Напряжения не изменятся.
Применяя первый закон
Кирхгофа к узлам А, В и С,
накали- получим:
обрыве
линейный ток в проводе А
Рис. И!. Соединение ламп
вания треугольником при
фазы АВ
равен току в фазе СА с обрат­
ным знаком /А= - IСА , знак
минус показывает, что фазный ток / СА должен иметь противо-
положное указанному на схеме направление;
линейный ток / в в ,проводе В ,равен фазному / вс, и они со­
впадают по фазе;
линейный ток в проводе С равен геометрической разности
токов в фазах ВС и СА:
fc =lcA -fвс или fc =VЗ /Ф.
Активная мощность трехфазного тока
Активная мощность трехфазного тока при 1Несимметрич1Ной
(неравномерной) нагрузке фаз равна сумме активных мощно­
стей всех фаз:
р= рАВ+рвс+рсА= иАВIАВcos(j)АВ+ивсIвсcos 'Fвс+
+ ИСА fcA cos (fcA,
(27)
146


где
РАв, Рве и РсА - активные мощности отдельных фаз;
ИАв, Ивс и ИсА - фазные напряжения;
/Ав, fвс и fcA -фазные токи;
cos t.рАв, cos r.рвс и cos r.pcA - коэффициенты мощности О'Гдельных
фаз.
При симметричной нагрузке фаз и симметричной системе
напряжений
ИАв=Ивс=ИсА=ИФ, IAв=fвc=fcA=IФ, COS'f'Aв=
= cos r.рвс = cos r.pcA = cos r.p,
активная мощность трехфазного тока равна:
р = зиф/ф cos r.p.
Так как при tоединении треугольником
UФ=Ил и /Ф= :: , то Р=ЗUФ/Фсоsr.р=ЗИлХ
Х:: COS r.p = VT Ил/л COS tfl·
Испытание приемников, соединенных треугольником
(28)
(29)
Испытание приемников, соединенных треугольником, для чи•
сто активной нагрузки проiИзводится по схеме рис. 11'2. В этой
схеме Р - трехполюсный рубильнtИк; П
-
предохранители;
rАв, rвс и rсА-ламповые (или проволочные) реостаты; АА,Ав
и Ас - амперметры, измеряющие линейные токи; А Ав, Аве и
АсА - амперметры, измеряющие фазные токи; V - вольтметр со
щупам·и, измеряющий поочередно фазные (линейные) напря­
жения.
Опыт производится следующим образом. Включив рубиль•
ник Р, устанавливаем симметричную (равномерную) нагрузку
фаз, при которой амперметры ААв, Аве и АсА должны давать
одинаковые показания. Записываем показания пр-ибо-ров в
табл. :24.
Не меняя нагруз,ки фаз в предыдущем опыте, отсоединяем
один из линейных проводов, например провод А, и записываем
показания приборов в та,бл. 24.
Присоединив линейный провод А, производим обрыв (в дан­
ном случае можно выключить все лампы этой фазы, что рав.но­
сильно обрыву) какой-либо фазы, например фазы АВ, при этом
нагрузка двух фаз должна быть одtИнаковой, т. е. такой, ка1<;
в предыдущем опыте. Записываем показания приборов.
10*
147


Установи,в _симметричную нагрузку фаз, изменяем нагрузку
только в однои фазе, например в фазе АВ, а в двух других фа­
зах ,не изменяем. Записываем показа·ния приборов.
Установив резко ~несимметричную нагрузку всех фаз, запи­
сываем по,казан,ия приборов.
Зная фазные напряжения нагрузки и фазны1:: тоi<и, можно
определить сопротин.ления фаз по формулам:
х
r
_
Илв. _ Иве.
ИсА
Ав--, Гвс-·-, ГсА=-.
lлв
lвс
lсл
(30)
Актив1ная мощность трех­
фазного тока при несиммет­
ричной и •симметричной на­
грузках определяется по
формулам ,(27) и (29). Так
как ~нагрузка фаз чисто ак-
1 ивная, то в этих формулах
коэффициент мощности ра­
вен единице. На основании
полученных данных опыта
(согласно табл. ·24) постро­
ить векторные диаграммы
напряжений и токов для сим-
,,
11
метричной и несимметричной
пагрузок фаз.
Рис. 112. Схема для испытания цепи
трехфазного тока при соединении .~амп
нака.1ивания треугольником
Рассмотрим построение
векторной диаграммы на­
пряжений и токов для не­
симметричной нагрузки фаз.
Под углом 120° в выбранном
масштабе откладываем век­
торы фазных напряжений
Илв,Ивс и Исл (рис. 109) по
направлению векторов Илв, Ивси ИсА откладываем векторы
фазных токов lлв, lвс 1:1 /ел, так как нагрузка чисто активная.
Соединив концы векторов фазных токов прямой линией, полу-
чим векторы линейных токов 1л, Iв и /с.
Аналогичным образом строится ве-к-горная диаграмма на­
пряжений и то1юв (рис. 108) для инду1<11ивной неоимметричной
нагрузки фаз. Эта диаграмма отличается от предыдущей тем,
что векторы фазных токов f Ав, Iвс и fcA сдвинуты относительно
векторов фазных напряжений И Ав, CJ вс и U СА на углы срлв, срвс
И 'РСА•
148


-
...
ф
No
Режим
п/п нагрузки
1 Симмет-
ричная
2 Симмет-
ричнан
с
обрывом ли-
нейного
провода
3 Симмет-
ричная
с
обрывом од-
ной фазы
4 Несим-
5 метричная
UAB
!иве r UCA
с=
V
дел.!вIдел.1в)дел.!о
Таблиц а 24
Измерено
Вычислено
IA
1
1
1
1вс 1
lл
р
Iв
Ic.
1АВ
1СА -- ГАВ rвс rCA
/ф
При-
-------
меча-
ние
с=
СА=
А
-
омомомвт
дел.!аIдел.!а Iдел.!а дел,!а Iдел.Jа Jдел.Jа


Порядок проведения работы
1. ОзнакомитЬ'ся с аппаратурой и приборами, необходимы­
м,и для выполнения работы, и записать их технические данные.
2. Собрать ~хему, изабраженную на рис. 11.2 .
;j_ Установить симметричную нагрузку фаз и записать по­
казания приборов.
4. На основании полученных данных опыта ( согласно
табл. 24) проверить справедливость формул (15) и (18).
5. Построить векторйую диаграмму напряжений и токов.
6. Установить ,симметр,ичную нагрузку фаз, отсоединить
один из линейных пров-адов и записать показания приборов.
7. У,становить симметричную нагрузку фаз и произвести
обрыв какой-либо фазы (или выключить лампы этой фазы) ,и
записать показания ~приборов.
,8. У-становить симметричную наr~руз,ку фаз, затем изменить
нагрузку только в одной фазе и записать показания приборов.
9. Построить векторную диаграмму напряж·ений и токов.
1 Ю. Установить резко несиммет,ричную нагрузку всех фаз и
записать показаняя приборов.
1И. По:строить векторную диаграмму напряжений и токов.
,~ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется соединением треугольником?
2. Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями,
а также между линейными и фазными токами при соединении треугольни­
ком и симметричной нагрузке фаз?
3. Как определяются линейные токи при несимметричной нагрузке фаз?
4. Чему равна активная мощность трехфазного тока при несимметрич­
ной нагрузке фаз?
5. Чему равна активная мощность трехфазного тока при симметричной
нагрузке фаз?
6. Каковы будут напряжения на фазах приемников, если перегорит
предохранитель в одном из линейных проводов или произойдет обрыв линей­
ного провода (нагрузка фаз симметричная)?
7. Постройте векторную диаграмму напряжений и токов для симмет­
ричной чисто активной нагрузки фаз.
8, Постройте векторную диаграмму напряжений и токов для несим­
метричной чисто активной нагрузки фаз.


Глава VI
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
РАБОТА No 22
ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОП МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
1
Цель работы
Целью работы является ознакомление с методами измере­
ния активной мощнос11и в цепи трехфазного то,ка как при сим­
метричной (равномерной), так и при несимметричной (нерав­
номерной) налрузке фаз.
Общие сведения
Актив·ная мощность в трехфазных цепях может быть изме-
рена тремя меrодам•и:
одним ваттметром;
двумя ваттметрами;
тремя ваттметрами.
Каждый из этих методов применяется только в определен­
ной области. Рассмотрим каж1дый метод измерения мощности
в отдельности.
Измерение активной мощности в цепи трехфазного тока
одним ваттметром
Этот метод применяется в трехфаз.ных 1рехпроводных цепях
при ,симметричной системе наn1ряжений и симметричной (равно­
мерной) нагрузке фаз; активная мощность в цепи трехфазного
тока может быть измерена одним ваттметром. Если приемник
энерг:ии соединен з-вездой ,и нейт,ральная (нулевая) точка до­
ступна, то однофазный ваттметр включается по схеме (рис. 1'13).
При соединении приемника треугольником последовательная
цепь ( обмотка) ваттметра включает,ся в одну ,из его фаз
(рис. 114). Так как через последовательную цепь п,роходит фаз­
ный ток/ Ф• а параллельная цепь (абмотк7 ) находится под фаз-
151


ным напряжением Uф, то ваттметр изм-еряет активную мощ­
ность одной фазы:
Pw =РФ= ИФJФ cos <р,
(1)
где cos (JJ - коэффиЦ1иент мощности .приемника.
Чтобы получить активную мощность в цепи трехфазного то­
ка, надо показание ваттмет,ра умножить на 3, т. е.
Р = ЗР\"(l = ЗРФ = зифlф. cos <р.
(2)
А
А
в
с
Рис. !113. Схема измерения актив­
ной мощности одним .ваттметром
в трехфазной цепи при соедине­
нии приемников звездой с доступ­
ной нейтральной (нулевой) точ­
кой при симметричной (равномер-
ной) нагрузке фаз
А
Рис. 114. Схема измерения актив­
ной МОЩНОСТИ ОДНИМ ваттметром
в трехфазной цепи при соедине­
нии приемников треугольником
при симметричной (равномерной)
нагрузке фаз
Есл,и прием:ник соединен звездой с недоступной нейтральной
(нулевой) точкой или треугольником с концами фаз, не выве­
I!енными на щиток, то 'Применяют ваттметр с иску,сственной ну­
левой точкой. Искусственная нулевая точка * для ваттметра
электродинамической системы создает,ся при пом-ощи трех доба­
вочных аl\тивных сопротивлений r 1, r2 и r 3 , соединенных звездой
(Р.ИС. 115). Эти сопротивления подбираются та,к, чтобы
rwv+r1=r2=rз,
где rwv- сопротивление параллельной обмотки ваттметра. Как
видно из схемы рис. 115 напряжение. приложенное к парал­
лельной цепи ваттметра, будет равно фазному напряжению UФ,
а через последовательную цепь -ваттметра будет проходить фаз­
ный ток. Поэтому ваттме11р покажет акгивную мощность одной
фазы, т. е.
Pw =РФ= UФJФ cos <р.
Чтобы получить активную мощность трехфазной цепи, надо
показание ваттметра умножить на 3. То же самое получим, если
* Искусственная нулевая точка может быть создана и при помощи двух
добавочных активных сопротивлений, при этом должно быть выполнено
условиеrwv=r=r.
152


приемник будет соединен треугольником. Если ваттметр пред­
назначен для постоя1нной ра,боты, то шкала его обычно граду­
ируется 1на активную мощность трехфазного тока.
А
.,
----сJд
А
w
в
-~
__,,./
А
с
-1
'i
с
в
о'
Рис. 1'15. Схема измерения активной
мощности в трехфазной цепи одним
ваттметром с искусственной нулевой
точкой при соединении приемников
звездой nри симметричной нагрузке
Рис. 116. Схема измерения активной
мощности двумя ваттметрами при
соединении приемников звездой
фаз
Измерение активной мощности в цепи трехфазного· тока
двумя ваттметрами
Метод двух ванметров применяется в трехпроводных цепях
трехфазного тока. Он дает возможность измерять активную
мощность трехфазной цепи независимо от нагрузки фаз и С'по­
соба их соединения (з,вездой или т:реугольником) ..
Мгновенная мощность цепи треХJфазного тока равна сумме
мгновенных мощностей отдельных фаз:
(3)
где РА, Рв и Ре - мг,нове,нные мощности отдельных фаз;
Ид, Ив и Uc - мгновенные значения фазных напряжений;
iA , iв и ic - мгновенные значения фазных токов.
Применяя первый закон Кирхгофа к узловой точке О'
(рис. 116), получ1им:
откуда
ic=
-
(iА + iВ).
Подставляя это выражение в формулу (3), будем иметь:
р= uAiA+Ивiв- Ис(iд+iв)=(ил - Ис)iд+(ив- Ис)iв.
Так как при соединении звездой разность двух фазных напря­
жений равна линейному напряжению:
иА-Uc=иАСиив-Uc=ивс,
153


то предыдущая формула примет -сл,едующий ,вид:
р = UдciA + Uвсiв.
(4)
Эта формула показывает, что ак11ивную мощность трехпровод­
ной цепи т,рехфазного тока можно .измерить двумя ваттметра­
ми (см. рис. 116). Таким же ,образом, применяя второй закон
Кирхгофа для фазных напряжений,
Uдв+Uвс+Uсл=0,
Рис. Ы 7. Топографическая диаграмма напряжений
и векторная диаграмма токов к схеме измерения
активной мощности двумя ваттметрами (см.
рис. 116)
можно доказать возможность применения схемы двух ваттмет­
ров и для соединения приемника треугольником. Показание
первого ваттметра (рис. И 7) будет равно:
Н = Идсlл cos (Иде, lл),
а показание в11орого ваттметра:
Рн = Ивсfвcos(Ивс,I8).
(5)
(6)
Так как .при симметричной системе напряжений и симметрич­
ной (равномерной) нагруз,ке фаз
Идв=Ивс=Исд=Ил, lл=lв=fc=lл, <rл=Cfв=Cfc=<f,
то показание первого ваттметра равно:
(7)
154


а показание второго ваттметра:
Рп = Ипlл COS (30° + q;,).
(8)
Сумма показаний двух ваттметров равна активной мощности
трехфазной цеп-и:
р= Р1 +Р11= Ипlп cos(30° - q;,)+Ипlпcos(30°+q;,) =
= Ипlп[cos(30° - q;,)+cos(30°+q;,)]=
-
,1 Л cos --'---'--'---'---'----'--'- cos
--~-'------'------'-'- =
-
ИI[2 (300 +q,)+(300 -
q,)
(300 + ?)-
(300 -
q,) ]
.
2
2
= Ипfп2COS30°COSq;, = VЗ Ил/лCOSq;,.
(9)
Из формул (7) и (8) в·идно, что ,показания ваттметров будут
одинаковы только ·при чис·ю активной нагрузке (<р=О), т. е.
Pi = Ипfп COS 30°
и
Рп = Ипfл COS 30°.
При ср=б0° показания ваттметров будут равны:
Р1 = иnln cos (30° - 60°) = О,866Ипlп,
Р11= илlпcos(30°+60)= О,
т. е. активная мощность трехфазной цепи ~измеряется одним
ваттметром.
Если <р>60°, то показания второго ваттме11ра будут отрица­
тельными, т. е. его стрелка будет отклонятыся ,влево от нуля,
так как 30° + ср>90°, а косинусы углов больших 90° отрица­
тельны. Чтобы получить правильное отклонение стрелки ватт­
:\fетра, следует переключить зажимы его последовательной или
параллельной цепи, т. е. переменить направление тока в после­
довательной или параллельной ,цепи * ,ваттметра; ,после пере­
КJ1ючения ,стрелка -ваттметра ,будет отклоняться нормально
вправо от нуля. В этом ,случае активная мощность цепи трех­
фазного тока ,равна не сумме показаний ваттметров, а их 1раз­
ности:
Р=Р1 -Р11.
При симметричной системе напряжений и ,симметрич,ной нагруз­
ке /фаз по показаниям двух ваттметров мож,но определить ре•
активную мощность цепи трехфазного тока. Для этого необхо-
димо ,взять разность их показаний и умножить на V 3, т. е.
Q= VЗ(Р1 - Р11) =vГТ[Ипlп cos(30° - q;,)-Ипlп(30°+ q;,)]=
= V~ Ипlл sin q;,.
(10)
* На практике перекдючают зажимы параддедьной цепи ваттметра при
помощи перекдючателя, имеющегося в современных . ваттметрах.


По показаниям двух ваттметров можно определить тангенс угла
сдвига rфаз (следовательно :И угол <р между фазным напряжени­
ем ·и фазным током), т. е.
-v
-P1 -Рн
tg9=3---.
Р1 +Р11
(11)
Следует 01 метить, что вместо двух однофазных ваттметров в
промышленности часто применяют двухэлементный трехфазный
ваттметр, который ,имеет две последовательные и ,две парал­
лельные цепи (обмотки).
Измерение активной мощности в цепи трехфазного тока
тремя ваттметрами
Метод трех ваттметров применяется в трехфазной четырех­
проводнои цепи, так как метод двух ваттметров в данном слу­
чае неприменим. На ,рис. 118 показана схема соединения прибо-
А
д
в
с
в
о
Рис. 1,18. Схема измерения активной мощности в трех­
фазной четырехпроводной цепи тремя ваттметрами
ров для измерения активной мощности в трех~фазной четырех­
проводной цепи .. Активная мощность трехфазной цепи равна
сумме показаний трех ,ваттметров:
Р=Р1+Р11+Рш.
(12)
Вместо трех однофазных ваттметров часто применяют трех­
элементный трехфазный ваттметр.
Опыт измерения активной мощности в цепи трехфазного тока
Измерение активной мощности в трехпроводной цепи трех­
фазного тока при симметричной (равномерной) нагрузке фаз
одним ваттметром.· Измерение активной мощности при соедине-
156


нии приемнико·в звездой ·пр,оизJ"Jодят по схеме рис. 119. В этой
схеме Р - трехполюоный ·рубильник; П
-
предохранители; А А
Ав и Ас - амперметры, измеряющие линейные токи; V - ·вольт­
метр со щупами, изМ'еряющий фазные напряжения; W - ватт­
метр, измеряющий активную мощность одной фазы.
А
Рис. 119. Схема испытания измерения активной
мощности одним ваттметром в трехфазной цепи при
соединении ламп накаливания звездой при симмет-
ричной (равномерной) нагрузке фаз
Опыт производ,ится следующим образом. Включив рубиль­
ник Р, устанавливаем симметр:ич·ную нагрузку фаз и за,писыва­
ем показания приборов в табл. 25, а.
Рис. 120. Схема испытания измерения активной
мощности одним ваттметром в трехфазной цепи
при соединении ламп накаливания треугольником
при симметричной (равномерной) нагрузке фаз
После этого соединяем лаМ'пы накаливания треугольником,
как показано на рис. ,120. Затем, ~включив рубильник Р, уста­
навливаем симметричную наr,рузку фаз, как и в предыдущем
опыте. Записываем показания приборов в табл. 2бб. При по­
мощи трех акги,вных сопротивлений r 1, r2 и rз ,создаем искус­
ственную нейтральную (нулевую) точку, как показано на
157


рис. 121. При этом необх,одимо ~облюдать следующее условие:
rwv + r1 = r2 = rз. Опыт производится так же, как и в предыду•
щих опытах, т. е. включив рубильник Р, устанав.тшваем симмет­
ричную нагрузку фаз и записываем показания приборов в
табл. 25 а. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 25 а) определим активную мощность каждой фазы и
мощность трехфаз·ной цепсИ no формулам:
РА = UAIA; Рв = Ивlв; Ре= Ис/6
)
f
(13)
Р=РА+Рв+Рс=ИА/А+Ивlв+Иclс· ;
Сра,вниваем результаты, полученные ,по формуле ( 13), с форму­
лой Р=ЗР w·
А
r;
а
Рис. Шl. Схема испытания измерения активной
мощности в трехфазной цепи одним ваттметром
с искусственной нулевой точкой при соединении
ламп накаливания звездой при симметричной на-
грузке фаз
Измерение активной мощности в трехпроводной цепи трех­
фазного тока двумя ваттметрами. Измерение аК'Гивной мощно­
сти производится по схеме рис. 122 следующим образом.
4
------д,1----+--+-о
в
111
Рис. 122. Схема испытания измерения активной мощности двумя ватт­
метрами при соединении приемников звездой
158


....
с:.-~
<О
t::
с
~
l
2
t::
с
~
11
Измерено
иА
1
ив
1
ис
IA
1
Iв
1
Ic
Pw
Cv=
СА=
cw""'
дел.1в Iдел. 1в Iдел. 1 s дел. lа Iдел. 1а Iдел. 1а дел.1вт
Измерено
иАВ
r
иве
1
иСА
1АВ
1
1вс
1
1СА
Pw
P=3PW
CV=
СА=
Cw=
дел.,в Iдел, 1в 1дел.1 в дел.1а Iдел. ,а Iдел.1а дел.,вт
вт
1
1
Таблиц а 25а
Вычислено
Р=ЗРW Р=иА[А+ив1в+ис1с
..
:,:
=
..
:,
..
:!!
вт
вт
:,:
.,,
t:
Таблица 256
Вычислено
Р=иАв1АВ+ивс1вс+исА1СА
..
:,:
=
..
:,
..
:!!
вт
:,:
.,,
t:


Включив руб.ильни.1ш Р и Р1 (рубильник Р2 выключен), уста­
навливаем симметричную (равномерную) нагрузку фаз ,и за­
писываем показания пр,иборов в та•бл. 26.
В этом опыте необходимо убедиться в том, что показания
ваттметров одинаковы:
Р1 =Рп,
реактивная мощность трехфазной цепи равна нулю:
Q=VЗ(P1 -Рп)=О,
акт,ивная мощность тре:юфазной ,цепи равна сумме показаний
ваттметров
и эта мощность должна быть равна ,сумме а1к11Ивных мощностей
всех фаз, т. е.
и
-v
-P1 -Рн
tg9= 3 ---=0.
Р1+Рн
Здесь Р1 мощность, показываемая ваттметром W1; и Рн мощ­
ность, показываемая ваттметром Wн.:
Затем устанавли.ваем •несимме11ричную нагрузку фаз и запи­
сываем показания приборов в табл. 26. После этого устанавли­
ваем симметричную нагрузку фаз (.пр,и помощи ламп накали­
вания), включаем рубильник Р2 и записываем показания прибо­
ров в табл. 27.
При симметричной ,нагрузке фаз необходимо произвести 1Не
менее трех измерений. Первое измерение производится при
(j) < 60°, второе измерение при <р = 60° и третье измерение при
ср > 60°. Изменение угла ч:> осуществляется изменением индуктив­
ного сопротивления реактивной катушки при помощи стального
сердечника. Коэффициент мощности цепи определяется по следу­
ющей формуле:
р
cos ер= ,-
где И:__ линейное напряжение;
I - линейный ток.
v3 Ul
(14)
Измерение активной мощности в четырехпроводной цепи
трехфазного тока. Измерение активной мощности производится
160


-
-
Таблица 26
1
"'
~
t:
=
:,;
Режим
нагрузки
Измерено
UAIUBIUC
1А11в11с pl I pll
Cv=
СА=
с=
w
дел.,вIдел., в Iде.о.,в дел.1а Iдел.Jа Iдел.1а дел.1втlщ.1вт
1
·jcим~1~:Р\\111111111111111
2
1Не;::~~а~т-111111-11111111111
Вычислено
р=р\+p\l
Р=иА1А+ив1в+
+UCIС
Приме-
чание
вт
вт
1
1
Таблица 27
Режим нагрузки
t:
i:
~
1 1Симметричная~
(q><60°)
2 1Симметричная~
(q> = 60°)
-
3 1Симметричная!
~
(q> >60°)
Измерено
Вычислено
UAB1иве1UCA
/А
1
Iв
1
Ic
р\
1
pl\ pl Q/и/tg<pl
Cv=
СА=
Cw=
дел., в/щ.1 в 1~ел~ в дел.,аIдел.1 а Iдел.1 а дел.,втlдел.,вт вт вар 8
-
11-11111111111111111
1111111111111_I\_1111
111111111111-,
111•111
<р
1cos~
Приме-
чание
град -
.1


по схеме рис. 123 следующим образом. Включив рубильнюш Р
и Р0, устанавливаем несимметричную (неравномерную) нагруз­
ку фаз и записываем показания приборов в табл. 28.
А
------А.~----
в
L_.:.д_,о________________-
__
Рис. 123. Схема испытания измерения активной мощности в
трехфазной четырехпроводной цепи тре~я ваттметрами
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с аппаратурой и прибора~ш, необходимыми
для выполнения работы, и записать их технические данные.
2. Собрать схему, изображенную на рис. 119, и произвести
измерение акт~ивной мощности при симметричной нагрузке фаз.
3. Собрать схему, из,ображенную на рис. 120, и произвести
из;1.1ерение активной мощности при симметричной нагрузке фаз,
-при этом нагрузку фаз следует установить такой же, как и в
предыдущем опыте.
4. Собрать схему, ,изображенную на рис. 121, и произвести
измерение активной мощности при симметричной нагрузке фаз;
пр·и этом наг.рузку фаз следует установ,ить такой же, как и в
предыдущих опытах. Полученный результат сравнить с резуль­
татом пунктов 2 и 3.
5. Собрать схему, изображенную на рис. 122, и произвес1 и
два ,из~1ерения (при выключенном рубильнике Р2): одно из них
при симметричной нагрузке фаз, а другое при несимметричной
нагрузке фаз. После этого включ.ить рубильник Р2 и произвести
три измерения при симметр,ичной нагрузке фаз. Первое измере­
ние произвест•и ·п,ри (J)<б0°, второе измерение - при qJ=60° и
третье измерение - при qJ > 60°.
•
6. Собрать схему, изображенную на рис. 123, и произвести
измерения при несимметричной нагрузке фаз.
162


....
-
*
t:
с
:11;
1
2
ИА
1
ив
1
ис
Cv=
дел.1 в Iдел. 1 в Iдел.\ в
и
No 11/11
с=
V
дел.
1
в
1
2
3
Измерено
IA
1
Iв
1
Ic
с=
А
дел.1 аIдел.1 а Iдел.\ а
Измерено
I
с=
А
дел,
1
а
дел.
Таблиц а 28
Вычислено
pl
1
pllIРШ
Р=Р 1 + Р-ИА IА+ив Iв+
+Рп +Рш
+ис 1с
с=
.,
w
:,:
:,:
"
дел.1 вт\ дел,1 втl ш.1 вт
~::i!
вт
от
:,:
о.
t::
Таблица 29
Вычислено
р
cos 'f'
cos (fl 1
Cw=
Примечание
1
вт


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В каких случаях можно измерить активную мощность в трехпровод­
ной трехфазной цепи одним ваттметром?
,2. Найти угол (j) сдвига фаз между фазным напряжением и фазным
током, активную и реактивную мощности трехфазной цепи, если измерение
активной мощности производится по методу двух ваттметров.
3. Когда показания двух ваттметров будут равны (при измерении мощ­
ности по методу двух ваттметров)?
4. В каком случае мощность трехфазной цепи будет учитываться одним
ваттметром, а показание второго ваттметра будет равно нулю?
5. При каком условии показание одного из ваттметров будет отрица­
тельным, если измерение мощности производится по методу двух ваттмет­
ров?
·6. Что будет показывать ваттметр, если последовательную цепь его
включить в линейный провод В, а параллельную цепь ваттметра подклю­
чить к линейным проводам А и С?
РАБОТА No23
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
Цель работы
Целью работы является ,озна,J<'омление -с устройством элект­
родинамичеоюих фазометров, их 1включением в сеть и из-мерени­
ем коэффициента мощности cos с:р цепи.
Общие сведения
Коэффициент мощности ·в однофазной цепи пер-еменного то­
ка можно определить на основании показаний ,вольтметра, ам-
11ерметра и ваттметра, т. е.
р
cosm= -
т UI'
(15)
где И - напряжение на зажимах цепи, измеряемое вольтмет­
ром;
I - ток в цепи, измеряемый амперметром;
Р - мощно-сть цепи, из,меряемая ваттметром.
Зная cos с:р, можно найти угол с:р сдвига фаз между током и на­
пряжением.
Основными недостатками данного метода являются: отсчет
показаний по трем измерительным приборам, погрешность в
определени,и складывае'I\СЯ из погрешностей вольтметра, а-мпер,­
ме11μа и ваттметра, cos с:р получается не непосредственно, а оп­
ределяет,ся по формуле (11'5). Измерение угла с:р сдвига фаз
между током и напряжением или ~оэффициента мощности cos с:р
производится специальными приборами, называемыми фазомет­
рами. В настоящее время наибольшее распрос11ранение получи-
164


ли фазометры электродинамической, ферродинамической и элек­
трома,гнитной систем. Мы ~рассмотрим только фазометр элект­
родинамической системы. Фазом,етр этой системы с,остоит из
одной или ,rщух последовательно соединенных неподвижных ·ка­
тушек К- К (р,ис. 124) и двух подвижных катушек 1 и 2,
жестко скрепленных между собой под некоторым углом (напри­
мер, под углом r = 60° у фазометра типа ЭЛФ) на одной оси.
На этой же оси укреплена также указательная стрелка прибо­
ра. Подвижные катушки, -расположенные внутри неподвижных
катушек, .включаются в цепь .параллельно, а неподвижные ка-
--1
и
z
Рис. Н24. Схема включения однофаз­
ного электродинамического фазомет­
ра
r\
1,
Рис. 1125. Векторная диа­
грамма к схеме рис. 124
тушки - последовательно. Последовательно с подвижной ка­
тушкой 1 включены активное сопротивление r1 и индукт,ив­
ность L, а последовательно с катушкой 2 - большое активное
сопроти,влен:ие r2. На рис. 125 изображена векторная диагрю,1-
ма фазометра для -случая, когда вектор тока / в последователь­
ной цепи отстает от вектора напряжения И на угол rp. Вектор
магнитного потока Ф, создаваемый током /, совпадает с ним по
фазе, ·так как данный фазометр не имеет стали. Вектор ток~/,
в подвижной катушке.!_ отстает от вектора напряжения И на
угол ~.
а вектор тока /2 в подвижной катушке 2 ,совпадает по
фазе с вектором И, так как индуктивным сопрот,ивлением ка­
тушки мож,но пренебреч1: по сравнению с активным сопротив­
лением всей цепи. Так как подвижная часть фазометра не име­
ет никаких приспособлений для создания противодействующего
~rомента, то при ,отсутствии токов в катушках фазометра стрел­
ка его может занимать любое положение. Принцип действия
165


прибора основан на взаимодействии магнитного потока Ф, со­
здаваемог,о последовательными катушками, с токами / 1 и /2
подвижных катушек. Вращающий момент, действующий на ка­
тушку 1,
(16)
и на катушку 2,
(17)
где
а - угол между плоскостью подвижной катушки * 1 и
осью неподвижных катушек К - К;
"( - угол между ПЛОС!ЮСТЯМИ подвижных катушек;
с 1 и с2 - конструктивные постоянные.
Так как ,обмотки подвижных катушек намотаны в противо­
положных направлениях, то вращающие моменты М 1 и М2 на­
правлены в противоположные стороны и под влиянием разно­
сп1 этих вращающих моментов подвижная часть повернется на
определенный угол и займет положение, при котором моменты
уравновесятся, т. е.
или
Если с 1 = с2 , т. е. обе катушки одинаковы,
уравнение можно представить так:
/ 1 cos(~ -9)
cos(y-a)
f2COS'f
Если/1=/2и~=1,то
а,= ер.
cos а
то предыдущее
(18)
Это соотношение показывает, что угол поворота а под­
вижной час~и фазометра равен углу ер сдвига фаз между векто­
ра:-.ш тока 7 и напряжения И и 1не зависит от значений тока 11
напряжения. Следовательно, шкалу фазометра можно градуиро­
вать непосредственно в значениях угла ер ил·и коэфtfжциента
мощнос1ш cos ер. В первом случае шкала будет равномерной, а
во втором - неравномерной. Так как на -практике важнее знать
коэффициент мощности cos (J), а не угол ер' сдвига фаз, то для
получения более равномерной шкалы подвижные катуш~и 1 и 2
закрепляются под углом "( #~.
Из формулы ('18) видно, что ,при перемене знака угла ер, т. е.
характера нагрузки (индукт-ивная или емкостная нагрузка) в
цепи, изменяется знак угла отклонения подвижной части фаза-
* В некоторых фазометрах последовательно с подвижной катушкой 1
вк.1ючается только од1ю активное сопротивление.
166


метра. Поэтому электродинамические фазометры часто имеют
двустороннюю шкалу с нулем посередине. Левая часть шкалы
предназначена для измерений ,при емкостной нагрузке, пра­
вая - при индуктивной нагрузке. Так как в подвижной катуш­
ке 1 имеется индуктивное сопроrи:вление ffiL, то показания фа­
зометра зависят от частоты ..
А
в
с
--<>Iв
Рис. 126. Схема измерения однофазным фазометром
коэффициента мощности в трехфазной симметричной
цепи
Киевский приборостроительный за.вод выпускает однофазные
лабораторные электродинамические фазометры типа ЭЛФ, у
которых подвижные обмотки 1 и 2 скреплены между собой под
углом 1 =60° и векторы токов /1 и /2 сдвинуты между собой на
угол ~=60°. В симметр,ичной трехфаз•ной цепи, если .приемник
А
*
~А
в~в
с
Иве ИсА
с
в
~rв
Рис. 127. Схема включения трехфазного фазометра
соединен звездой и нейтральная (нулевая) точка доступна, из­
мерение коэффициентз мощности cos ер .можно произвести одно­
фазным фазометром, как показано на рис. 126. Если приемник
соединен звездой и нейтральная точка недоступна, или прием­
ник соединен треугольником с невыведенными концами фаз на
167


щит,ок, · то изме,рение коэффициента мощности ,производится
трехфазным фазометром. Трехфазный фазометр отличается от
однофазного только тем, что вместо индуктивного сопротивле­
ния в цепь подвижной катушки 1 включено активное сопротив­
ление (рис. 127). Сдвиг между векторами токов / 1 и / 2 в этом
фазометре равен 60°. В трехфазном фазометре, так же, как и в
однофазном, на подвижную часть прибора действуют два вра­
щающих момента, направленных в противоположные стороны:
первый от взаимодейст,вия тока /1 с магнитным потоком Ф,
второй от взаимодействия тока / 2 с магнитным потоком Ф.
В зависимости от выбранного предела измерения по току об­
мотки неподвижных катушек К - К как в однофазном, T:i!K и в
трехфазном фазометре, могут быть соединены при помощи пе­
реключателя или последовательно ,или параллельно.
Измерение коэффициента мощности фазом1етром
Измерение коэффициента мощности в однофазной цепи пе­
ременного тока. Измерение коэффициента мощности 1В однофаз•
ной цепи переменного тока производится по схеме 1рис. 128. В
111
Рис. 128. Схема измерения коэффи­
циента мощности однофазным фазо·
метром
этой схеме: Р - двухполюоный
рубильник; П - предохраните­
ли; V - образцовый ВОЛЫм
метр, измеряющий ,напряжение
на зажимах цепи; W - образ­
цовый вапметр, измеряющий
мощность цепи; А - образцо­
вый амперметр измеряющий
ток в цепи; <р - фазометр. Опыт
производится следующим обра­
зом. Включив рубил:ыник Р, за­
писываем показания приборов в табл. 29 (см. стр. 163).
Постепенно выдвигая стальной сердечник из катушки про­
изв·ести еще три или четыре измерения. Зная показания ватт­
метра, вольтметра и амперметра, определить коэффициент мощ­
ности цепи по формуле ( 15) и срав1нить его с показанием фазо­
метра.
Измерение коэффициента мощности в симметричной трех-
фазной цепи. При симметричной еистеме напряжения и симмет­
ричной (равномерной) нагрузке фаз измерение коэффициента
мощност,и может быть произведено однофазным фазометром,
если пр.иемник соединен звез,дой и •нейтральная точка доступ­
на (рис. 129). Если приемник соединен треугольником ,и кон_цы
фаз не выведены на щиток (или приемник соед,инен звездои с
недоступной нейтральной точкой), то измерение коэффициента
мощнос-ги про-изводится трехфазным фазометром, как показано
168


на рис. 130. Опыт произ,водится следующим образом. Включив
рубильник Р, устанавл~иваем симметричную нагрузку фаз и за­
писываем показания приборов в та1бл. 30,
Рис. 1'29. Схема испытания измере·
ния коэффициента мощности в трех•
фазной симметричной цепи однофаз-
ным фазометром
Измерено
ИАВ
1
Иве
1
ИСА
lд
Су=
-
"'
де.1.1 lдел-1 1дел.1 дел.\
?
в
в
8
а
,;
1
2
3
Рис. 130. Схема измерения трех­
фазным фазометром коэффициента
мощности в трехфазной симмет-
ричной цепи
Таблица 30
1
Iв
1
Ic
cos (fl
--
Примеч а-
Сд=
ние
lдел-1 а lш-1
а
-
В качестве нагрузки может быть применен трехфазный асин­
хронный двигатель или реактивная катушка со стальным сер­
дечником. Изменяя нагрузку асинхронного двигателя или !Инду­
ктивное сопро'l'ивление катушки при помощи стального сердеч­
ника, произвести три или четыре 'Измерения.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться ·с аппарату~рой и приборами, необходммыми
для выполнения ,работы, и записать их технические данные.
2. Со'б,рать схему, изображенную на рис. 128, и произвести
три или четыре ·измерения.
.
3. На основании показаний ваттметра, вольтметра и ампер•
метра, определить коэффициент мощности цепи и ,сравнить его
с показанием фазометра.
4. Собрать схему, юображенную на рис. 129 ил,и 130, и про­
извести три или четыре измерения.
169


I<:ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
!. Опишите устройство и принцип действия электродинамического фазо­
метра.
2. Как определяются коэффициенты мощности для однофазной и трех­
фазной цепей, если известны показания амперметра, вольтметра и ватт­
метра?
3. Нарисуйте схему включения фазо:1.rетра в цепь однофазного тока.
4. Как можно измерить коэффициент мощности приемника, соединенного
звездой, с доступной ну.1евой точкой при симметричной нагрузке, если
имеется однофазный фазометр?
·5 . Почему повышение коэффициента мощности электрических установок
приводит к экономии электрической энергии?
6. Какие причины вызывают ухудшение коэффициента мощности элек­
трических установок?
РАБОТА No 24
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОДИНАРНЫМ МОСТОМ
Цель работы
Целью .работы является ознакомление с конструкцией оди­
нарных мостов (мостов постоянного -тока) ,и ттзмерением сопро­
тивлений с помощью мостов.
Общие сведения
Принципиальная схема одинарного моста изображена на
рис. 131. Мост состоит из трех магазинов сопротивлений r2, rз
8
/f
D
+-
Рис. 131. Принципиальная cxe~ra оди­
нарного моста
и r4, которые 'Вместе с изме­
ряемым сопротивлен1ием r1 =
=rx образуют за1мкнутый
четырехугольни1к ABCD. Со­
пр,отивления r1, r2, r 3 и r4
называются плечами моста.
В одну ,из диагоналей моста
включается чувст,в·ительный
магнитоэлектрическ:ий -галь­
ванометр, а 'В дру~гую - ак­
кумуляторная батарея (или
гальваниче-сыий элемент).
Процесс измерения оощро­
т.ивлен:ий за:ключается в
том, ·что нужно !Подобрать
таК1ие значения сопротивле­
ний r2, rз и r4 чтобы при
замкнутых ключах К1 и К2 ток через гальванометр ~е проходил.
Так как в данном случае потенциалы точек В и D будут
170


одинаковы, то
Илв=Илпили r1I1= r3/3,
Ивс= Ипсили r2/2= rJ4•
Разделив одно ·равенство на другое, получим:
r/1 = r3l3
r2l2
r4l4
При равновесии моста ток через галь·ванометр не проходит, по­
это:-.1у
11=f2и/3=/4.
Тогда предыдущее уравнение примет следующий вид:
или
(19)
Это уравнение и определяет рав,новесие одина1рного моста.
Мосты, в которых выполнено это условие, носят название урав­
новешенных. .Предположим, как было ·сказано выше, что неиз­
вестным сопротивлением является r1 =rx, а сопрот,ивлен,ия r2, rз
и r4 известны, тогда неизвестное сопротивление rx можно опре­
делить из формулы (19)
(20)
Следует отметить, что если поменять местами источник питан:1я
и гальванометр, то равновесие моста не нарушится и поэто~1у
формула (20) останется справедливой и в этом ,случае. Из фор­
мулы (20) в1идно, что равновесие моста может быть достНlrнуто
изменением вел,ичины сопротивления r2 при постоянном QТН•О-
шении _!:;
или изменением отношения rз при постоянно:.t
Г4
Г4
значении сопротивления~-
Измерение сопротивления одинарным мостом
Измерение сопротивления одинарным мостом завода «Элек­
троприбор». На рис. 132 изображена схема внутренних соеди­
нений одинарного моста завода «Электропр·ибор»,
где
r х - ,измеряемое сопротивление, 1юторое присоеди-
няется к зажимам х - х;
r2, r3 и r4 - плечи моста;
171


а - ключ (юtопка) гальванометра;
Ь - ключ аккумуляторной батареи;
DC - добавочное сопротивление, которое при помо­
щи штепселя, помещаемого в гнездо е, вклю­
чается последовательно с гальванометром,
чтобы предохранить подвижную часть галь­
ванометра от бол1:1ших бросков, когда мост rs
начале опыта 'f!еуравновешен.
D[
Рис. 132. Схема одинарного моста завода «Электроприбор»
Мост может применяться и с отдельным гальванометром,
который должен быть присоединен к зажимам НГ. К зажимам
« + » и «-» присоединяется источник питания - аккумулятор­
ная батарея.
172


Так как наибольшей чувствительностью одинарного моста
при его равновесии является равенство сопротивлений всех л.1еч
(rx=r2=rз=r4), то при .известном порядке ·измеряемой величи­
ны сопротивления остальных плеч 1берем такими, чтобы удов­
летворить этому условию или пр:и,близиться к нему. Желате.тn,­
но пр,1'1 равновесии моста ,использовать все четыре декады со­
противления r2, т. е. единицы, десятки, сотни и тысячи ом. Если
же измеряемое сопротивление неизвестно, то сопротивления r3
и Г4 берем равным,и 1000 ом, штепсель декады с обозначение:-~
«тысячи» вставляем в гнездо 1, а штепсели других декад встав­
J1яем в гнезда, обозначенные О, как показано на рис. 132.
Штепсель гальванометра вставляем в гнездо е. В этом случае
пос,1едовательно с гальванометром включается добавочное со­
противление для уменьшения тока в гальванометре в началь­
ный момент уравновешивания. Если пр1Именяется наружный
гальванометр, кюторый присоединяется к зажимам НГ, то штеп­
сель вставляется в гнездо d. Для уменьшения толчков тока в
начальный момент уравновешивания ·следует предусмотреть на­
ружное добавочное сопротивление. Затем нажимаем ключ
(кнопку) Ь и на небольшой промежуток времени замыкае:-1
ключ а, включающий гальванометр. По отклонению стрелки
гальваномет,ра мы видим, нужно ли увеличить ,или уменьши:ь
сопроТ1ивление r2. Добиваемся такого положения, чтобы стрел­
ка гальванометра была приблизительно на нуле. После это­
го ·вынимаем штепсель тальваномет~ра ·из гнезда е, т. е. выклю­
чаем добавочное сопротивление ДС, вставляем его в -гнездо с
и снова добиваемся такого положения, ЧТ'обы ·стрелка •гальва-
r
нометра ,была на нуле. Если при данном отношен·ии плеч - 3
/"4
мы не получим равновесия моста, то следует ,изменить ОТ'Ноше­
ние плеч и добиваться равновес·ия моста, как было сказано вы­
ше. Вел:ичина измеряемого сопротивления определяется по фор­
муле (20). Следует обратить особое внимание, что при включе­
ни,и сначала замыкаем ключ Ь, а затем ·ключ а, а при выклю­
чении, наоборот, размыкаем сначала ключ а, потом ключ Ь.
При точных измерениях измерение одной и той же величи­
ны производят нескюлько раз и истинное значение ,измеряемого
сопротивления определяется как среднее арифметическое от­
Jельных измерений. При помощи ,моста измеряем сопротивле­
ния двух вольтметров - один :из них магнитоэлектрической си­
стемы, а другой электромагнитной системы. Зная номинальные
·напряжения ,вольтметров и их ,сопротивления, можно опреде­
лить мощности, потребляемые вольтметрами, по формуле
р=Ин2
rv
(21)
173


где Ин - ном:инальное напряжение вольтметра;
rv- сопротивление вольтметра.
-
z;
1
2
Результаты измерений и подсчетов записываем в табл. 31.
Таблиц а 31
Измерено
Вычислено
1
1
1
"
г,
Гз
г,
гх
р
=
:i:
Измеряемый объект
~
:r
1
1
1
~
ом
ом
о.к
ом
вт
~с::
Измерение сопротивления линейным (реохордным) мостом.
На рис. 133 показана схема реохордного моста. Из формулы
(20) видно, что равновесие моста можно получить двумя спо-
G
Рис. 1'33. Схема линейного (реохордного) моста
собами: 1) изменением величины сопротивления r2 при постоян-
_rз ·, 2)
~ пр.и
ном отношении
изменением отношения
постоян-
~
~
174


ном значен,ии сопрот,ивления r2. Мосты последнего типа назы­
ваются линейны.ми· (реохордными) мостами. Плечи r 3 и r4 в этих
мостах выполняются в виде реохорда, представляющего собой
натянутую вд~оль шкалы тонкую проволоку с •бо.~ьшим удель­
ным сопротивлением. По проволоке скользит подвижный кон­
такт D, положение которого отсчитывается по шкале, располо­
женной под проволокой. I( точкам В ,и С приключается штеп­
сельный или рычажный магазин сопротивлений r2. Отношение
сопротивлений
Г4
стков, т. е.
можно заменить отношением длин этих уча-
lз
р-
Гз
s
13
-;:= --,4- = z:'
p-
s
(22)
где
р- удельное сопротивление калиброванной проволо-
к.и АС;
s - площадь поперечного сечения проволоюи;
13 и 14 - отрезки длины калиброванной проволоки.
Это отношение указывается на шкале моста. В этом случае
формула (:20) примет следующий вид:
rx=r2 Ь..
(23)
!4
Равновесие моста достигается путем перемещения скользящего
[.)
1юнтакта D, вследствие чего изменяется отношение
-·.
Чтобы
/4
уменьшить погрешность, желательно равновесия моста дости­
гать при пол~ожении •скользящего конта,кта на средней части
проволоки, т. е. при lз=/4.
Измеряемое сопротивление, как видно из формулы (23), опре­
деляется умножением сопротивления r2 на показания реохор­
да. На рис. 134 показана •схема переносного моста типа ММВ,
а на рис. 1;35- чертеж верхней панели этого моста. Реохордом
этого ,моста является проволока а - с диаметром 0,3 мм. По­
следовательно с источником питания (батареей) включено со­
противление в 15 ом. Измеряемое сопротивление присоединяет­
ся к заж-имам rx. Плечо сравнения ( образцовое со·противление)
r2 представляет собой рычажный ма,газин сопротивлений, со­
стоящий из -пяти последовательно соединенных катушек, сопро­
тивления которых равны 0,5-5-50-500-БООО ом. Мост имеет
пять пр,еделов измерения: 0,05-5; 0,5-50; 5-500; 50-5000;
500-50 ООО ом. На панели моста размещены ,ручка реохорда с
лимбом 4, ·ручка рычажного переключателя (ком~rутатора) 3,
головка корректора гальванометра, кнопка 2 для включен,ия
17.'\


т
Рнс. 134. Схема моста типа МtМВ
оr;
мало Омного
\11~1111 1111/1111/
10
fO
2
3
4
Рис. 135. Верхняя панель моста типа ММВ


батареи, два зажима для присоединения измеряемог.о сопротив­
ления.
На лимбе 4 реохорда имеются деления от 0,5 до 50. Ручка
реохорда насажена на ось, к нижней части которой ·прикреплен
ползунок (скользящий контакт). При повороте ручки ·реохорда
ползунок скольз,ит ,по калиброванной проволоке. Положение
ползунка определяется по [llKaлe реохорда. На ручке рычажно­
го переключателя пределов (коммутатора) 3 нанесены цифры:
0,1; 1; 10; 100 и 1000. Ручка коммутатора насажена на ось,
к нижней части которой прикреплена щетка. При повороте ком­
мутатора щетка скользит по поверхности контактов катушек
сопротивления. Опыт измерения сопротивления на этом мосте
производится ,следующим образом. Пр,исоеди:няем ~измеряемое
сопротивление к зажимам r х и устанавливаем рычажный пере­
ключатель пределов на ожидаемое сопротивление. Затем нажи­
маем кнопку для батареи и вращаем ручку ,реохорда до тех
пор, пока гальваномет,р не ,покажет нуль. Измеряемое сопротив­
ление определяется умножени_ем показания реохорда 'На 1юэф­
фициенты 0,1; 1; 10; ;100; 1000.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с конструкцией моста и приборами, необхо­
димыми для выполнения ,работы, и записать их технические
данные.
2. Собрать одну ,из схем, изображенных на ри,с. 132 или 134.
3. Измерить сопротивление двух .вольтметров (или двух со­
противлений).
4. Определ,ить мощности, потребляемые вольтметрами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Опишите устроiiство одинарного моста.
12. Какой порядок включения источника питания и гальванометра в cxe-
i1e ~юста?
3. Отчего зависит чувствительность моста?
4. Какие существуют типы мостов постоянного тока?
РАБОТА No 25
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДОВ
МЕГОММЕТРОМ
Цель работы
Целью ,работы является ознакомление с устройством мегом­
метра, измерением сопротивления rизоляци,и электрической ли-
12-2546
177


нии и измерением сопротивления ·изоляции об:-юток электриче­
ских машин.
Общие сведения
·Сопротивление изоляции проводов с течением времени изме­
няется под действием влаги, механических повреждений, хими­
ческих влияний среды и т. п. Поэтому состояние изоляции элек­
трической сет,и, электрических машин и др. иг~рает важную ~роль
при эксплуатации ее. Плохая изоляция проводов может вызвать
утечку тока, короткое замыкание, а при стечении некоторых об­
ст,оятель,ств ,может возникнуть пожар. Измерение сопротивления
изоляции производится 1перед началом эксплуатации электриче­
ской установки, а также периодически, в течение всего срока
эксплуатации сети.
Электротехническими правилами и нормюш предусмотрено
следующее:
измерение . сопротивления изоляции следует производить по
возможности при напряжении, равном рабочему напряжению,
и, во в,сяком случае, пр,и нап,ряжении не менее 100 в;
при измерении •изоляцИ!и следует определять сопротивление
изоляции не то:1ько между ·проводами и землей, но также меж­
ду каждыми двумя проводами ,разного потенциала, при этом все
лампы, электричес!:{ие двигатели и проч;ие приемники, а также
трансфарматоры должны быть отделены от проводов, вся арма­
тура должна быть ,присоединена, все предохраните.1и вставле­
ны, а выключатели замкнуты;
состояние •из·оляции установки должно быть таково, чтобы
утечка тока на любом участке между двумя предохранителями
или за последним предохранителем при рабочем напряжении
не превышала одного миллиампера_ т. е. соп,ро1'ивление изоля­
ции такого участка должно •быть не менее 1ООО ом, умноженных
на число волы рабочего напряжения (например, 220 ООО ом при
220 в рабочего напряжения); воздушные провода, наружные
устройства и части устройств, расположенных в сырых поме­
щениях, могут не удовлетворять этим требованиям.
Согласно ГОСТ 183-55 сопро1iивление изоляции r 113 обмо­
ток электрической машины в мегомах относительно ее корпуса
и ,соn,ротивления изоляции между обмотками должно быть не
ниже значения, получаемого по формуле
rиз= IOOO+Sн'
100
где Ин - номинальное на·пряжение обмотки машины, в;
Sн -номинальная мощность машины, ква.
178
(24)


Мы ~рассмотрим измерение сопротивления изоляции 'Ili)И по•
мощи мегомметра М-ЫОI. Этот мегомметр служит для измере­
ния больших сопротивлений 1и применяется при испытаниях изо­
ляции сетей, обмоток машин, трансформаторов и других элек­
трических установок между собой rи относительно земли. Эти
мегомметры :изготовляют,ся с номиналнным значением напряже­
ния (в ~разомкнутой цепи) ·ЮО, 500 ,и 1000 в. Мегомметр можно,
применять для измерения изоляции , - -- --«
+
цепей, не •находящихся под напряже-
--------.
нием.
На рис. 136 изображена принципи­
альная схема мегомметра М-1'101. Ра­
бочая (отклоняющая) rрамка 2 вклю­
чена последо,вательно с ·изме~ряемым
сопротивлением •и добавочным.и сопро­
тивлениями .r2 и r 3 к зажимам ~генера­
тора. К: !Э'I1ИМ же зажи,мам ,генератора
пр,исоединена через добавочное сопро­
тивление r1 устанавливающая (проти­
водействующая) рамка 1. К:ак ·видно
1из ,схемы, ток /1 в :противодействую­
щей рамке не за,в,исит ,от измеряемоrго
сопротивления, а ток /2 ,в рабочей рам­
ке зависит от иэмеряемото сопротив­
ления. Так как измерителем являет­
ся двухрамочный магнитоэлектриче­
ский логометр, измеряющий отноше­
ние двух токов, то показания при,бора
не зависят от напряжения :генератора
и его шкала градуируется непосред-
'з
J
л
Рис. 136. Принципиальная
схема мегомметра ( оммет­
ра - догометра) типа
М-1101
ственно в мег,омах или килоомах. Гене,ратор ·вращается от руки
за рукоятку, при этом ,скорость вращения должна быть около
120 об/мин. Пrри ,вращении яко1ря в его обмотке индукти•руется
пер·еменная электродвижущая сила, которая при помощи ,кол­
лекто1ра ,выпря,мляется. К:ак ·было сказано выrше, показания при­
бора в ,широких пре:делах не _зависят от напряжения генератора,
а след:овательно от скорости 1вращения рукоятки, но ,несмотря
на это генератор снабжается специальным центробежным регу­
лятором. Регулятор устроен так, что при скорости вращения
•рукоятки свыше 120 об/мин на,пряжен•ие генератора ·практиче­
·ски остается ,пос·юян-ным. Для то1г.о 'Ч!Гобы исключить влияние 110-
верхностных токов утечки, выведен третий зажим Э (экран).
На крышке п1ри·бора показаны два положения переключателя,
которые отмечены надписям,и: MQ и кQ. Если переключатель
находится в положении MQ , то измеряемое сопротивление
соединено последовательно с рабочей ~рамкой. Мы получаем по-
.следовательную ,схему мегомметра (омметра - логометра).
12*
179


Если же переключатеJ1ь находится в положении кQ, то измеряе­
мое ,сопротивление включается параллельно с цепью ~рабочей
рамки. Мы лолучаем 1па~раллельную ,схем-у мегомме11ра (оммет­
ра - логометра). В этом случае предел измер·ен.ия мегомметра
уменьшается.
Измерение сопрот,ивления изоляции мегомметром
Измерение сопротивления изоляции проводов относительно
земли. Измерение сопротивления изо.1яции может быть произве­
дено по· схемам, показанным на .рис. 137. Как видно из схем,
измерение сопротивления изоляции может быть ,произведено без
экранирования ,и с экранированием от токов утечки. Экраниро-
сйинfц ИJО//Яцш,
"QIJ
Б1
Рис. 137. Схемы включения мегомметра ( оымстра - логометра) типа
М-1101:
а - измерение сопротивления изоляции без зажима «эr,ран». б
-
измерение сопро­
тивления изодяции с зажи~1ом «экрJ.н»
ванием ·пользуются п,ри измерении больших сопротивлений, на­
пример изоляции кабеля. Опыт измерения сопротивления изоля­
ции производится •следующим образом. Обесточиваем линию,
подлежащую :испытанию. Производим проверку исправности
прибора. Для этого вращаем рукоятку генератора ,при разомк­
нутых зажимах и следим, чт,обы стрелка •прибора установилась
на отметку оо шкалы ,мегомов, если переключатель находит­
ся в положении MQ, или отметку О той же шкалы мегомов,
если ·переключатель находится в положении кQ. Если это не со­
блюдается, то прибор неисправен. Затем присоединяем пооче­
редно испытываемые провода к зажиму * «линия», а зажим
«земля» - к заземленному проводнику. Вращаем рукоятку гене­
ратора со· скоростью приблизительно 120 об/мин и производим
отсчет по шкале прибора. Результаты наблюдений записываем
в табл. 32.
* Обычно на мегомметрах зажим «линия» обозначается буквой Л, а за­
жим «земля» - буквой З, как показано на рис. 136.
180


Таблиц а 32
Величина сопротив.1ения изоляции провода относительно
земли 7из
Фаза
Примечание
-
!
z;
Мом
1
А
2
в
3
с
[
4
о
Есл,и изме,рение сопротивления изоляции производит,ся по
схеме рис. 137, 6, то опыт производится следующщ.1 образом-.
Переключатель ставим в положение MQ, жилу кабеля присо­
единяем к зажиму «линия», а зажим •«земля» заземляем. На
оголенную изоляцию кабеля наматываем несколько витков го­
лой проволоки :и присоединяем ее к зажиму «экран» мегоммет­
ра. В,ращаем •рукоятку генератора со скоростью пр:ибл1изитель­
но 120 об/мин и производим от.счет по шкале прибора.
Измерение сопротивления изоляции обмоток статора трех­
фазного асинхронного двигателя. Опыт производится ,следую­
щим образом. Присоединяем зажим «линия» к одной фазе об­
мотки стато.ра, а зажим «земля» - к корпусу машины. Враща­
ем рукоятку генератора со скоростью приблизительно 120 об/мин
и производим отсчет по шкале прибора. Аналогичные измере­
ния производ,им с двумя другими фазами обмоток статора. Ре­
зультаты .измерений записываем в табл. 33.
Величина сопротив.,ения изоляции обмото1( фаз ста­
тора относительно корпуса rиз• Мом
фаза I
фаза II
фаза III
Таблица 33
Номинальные
данные
двигателя
Примечание
Измерение соцротивлений изоля11щи между обмотками ста­
тора 11рехфазного асинхронного двигателя произв,одится следую­
щим образом. Присоединяем ,к зажиму «линия» фазу 1, а к за­
жиму «земля» фазу 11 статора. Вращаем рукоятку генератора
со скоростью приблизительно 120 об/мин л производим отсчет
по шкале прибора. Аналогичные измерения производим и с дру­
гими фазами. Результаты измерений записываем в табл. 34.
181


t::
?
Ве.11ичииа сопротив.,ения изоляции между обмотками (фазами)
статора гиз' Мом
фазы I-Il
фазы II-III
фазы III-I
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с ус'I'ройством мегомметра.
Таблица 34
Примечание
2. Измерить сопротивления изоляции проводов относ:ительно
земли.
3. Измерить сопротивление изоляцwи между проводами.
4. Из.мерить солротивлен:ия изоляции обмоток статора трех­
фазного асинхронного двигателя относительно корпуса.
5. Измерить сопр,отивления изоляции между обмотками ста­
тора тре_х;фазного асинхронного двигателя.
:КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Опишите устройство и принцип действия мегомметра типа М-1101.
2. Почему перед началом эксплуатации электрической сети, а также
периодически, в течение всего срока эксплуатации сети, производится изме­
рение изоляции?
3.. :Как прои:эводится измерение изоляции проводов относительно зем.1и и
между проводами?
4. :Как производится измерение сопротивления изоляции обмоток ста­
тора трехфазного асинхронного двигателя относительно корпуса?
5. :Как производится измерение сопротивления изоляции между обмот­
ками статора трехфазного асинхронного двигателя?


Глава VII
ТРАНСФОРМАТОРЫ
РАБОТАNo26
ИСПЫТАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы
Целью работы является изучение конструкции и принципа
действия однофазного трансформатора, а .также методов испы­
тания тра1Нсформатора, т. е. ознакомле.н,ие с опытами холостого
хода, короткого замыкания и путем ~непосредственной нагрузки
трансформатора. На основании полученных данных опыта сде­
JJать вывод об исправности трансформатора.
Общие сведения
Трансформатором ,называе11ся статический электромаnнитю,rй
аппарат, в котором переменный ток ·одного напряжения прео·б­
разует,ся в переменный ток другого ,напряжения (частота при
этом остается неизменной). Процесс подобного преобразования
энергии ~называют трансформацией. Следует отметить, что вся-
1шй траноформатор является аппаратом обратимым и может
служить как для повышения, так и для понижения напряжения.
Если трансформатор предназначен для повышения ~напряжения,
то он называется повышающим, а если для по.нижения, то пони­
жающим.
По числу фаз различают трансформаторы однофазные и мно­
гофазные (обычно трехфазные). На рис. 138 изображена пр~ин­
ципиальная схема однофазного двухобмоточного тра1ноформато­
ра, причем для наглядно,сти обмотки показаны ~на разных стерж­
нях, а на самом деле эти обмот.ки располагают на одном стерж­
!Не. Первичной обмоткой называется та обмотка, к которой элек­
трическая энергия подводится, а вторичной обмоткой называется
та обмотка, от которой электрическая энергия отводится. Обмот­
кой высшего напряжения (ВН) называется обмотка, приключен­
ная к сети более высокого напряжения, а обмотка, приключен-
183


ная к сети с меньшим напряжением, называется обмоткой низ­
шего напряжения (НН).
Согла,сно ГОСТ 401-41 каждый трансформа'Гор снабжается
щитком, на котором указываются: 1) наименование министерст­
ва; 2) наименова;н.ие и адрес завода-изготовителя; 3) обозначе­
ние типа; 4) ГОСТ 401-41; 5) заводской но~1ер; 6) год выпуска;
11
(
и,
1
.х
=----..J
·1
\..__ -------- _)
а
l
7) •чис.10 фаз *; 8) частота в
герцах; 9) .род у,становки
(1внутренняя или наруж­
ная); 10) ном:инальная мощ­
ность в ква; •11) схема и
группа соедwнения обмоток;
12) напряжения номиналь-
~ ные и напряжения ответвле­
ний об!v!ОТОК В В ИЮI КВ И
номинальные токи в а;
13) напряжения короткого
замыкания в %; 14) способ
Рис. 138. Принципиальная схема одно­
фазного ·двухобмоточного трансформато­
ра со стальным сердечником
охлаждения; 15) полный,вес
трансфор;чатора в кг или т;
16) вес .:-1асла ,в кг или т**;
17) вес выемной части в кг
или т; 18) полбжения пере­
ключателя, обозначенные на его шриводе.
Опыт холостого хода трансформатора
Холостым ходом трансформатора называется такой режим
его работы, когда к зажимам одной из обмоток, например пер­
вичной, подводится номиналь:ное напряжение при номинальной
частоте, а вторiичная обмот.ка ~разомкнута. Работа трансформа­
тора основана на принципе взаимной индукции. Если к зажимам
А-Х первичной обмотки (рис. 138) приложено напряжение И,,
то под действием этот ,напряжения по первичной обмотке будет
проходить ток холостого хода I х, который создаст переменный
магнитный поток Ф в сердечнике трансформатора и поток рас­
сеяния Фа, первичной обмотки. Поток Ф, сцепляющийся с обеи­
ми обмотками, индуктирует в пер·вич,ной об~ютке э. д. с. само­
индукции:
(1)
* Эти данные относятся к трехфазному трансформатору.
*" Обычно в электротехнических лабораториях при испытаниях приме­
няются трансформаторы воздушного охлаждения.
184


а во вторичной обмотке э. д. с. взаимоиндукции *
Е2 = 4,44wJФт,
(2)
rде
Е 1 -э. д. с., индуктируемая в первич1ной обмотке, в;
Е2 - э. д. с., индуктируемая во вторичной обмотке, в;
w 1 и w2 - числа в~иrгков первичной и вторичной обмоток;
f - частота переменного тока, гц;
Фт - амплитуда маrнитноrо потока, вб.
Разделив одно уравнение на другое, получим коэффициент
трансформации э. д. с. ил.и просто коэффициент тра1нсформации
трансформатора:
k= -5_ =w1.
Е2 W3
(3)
Так .как ток холостого хода / х составляет только от 10 до 2,2%
от номинального тока**, то падением напряжения в первичной
обмотке трансформатора в виду его малой ,величины можно пре­
небречь, поэтому э. д. с., индуктируемая в первич,ной обмотке,
будет приближенно равна напряжению Е1~И1, а Е2= И2х• В этом
случае формулу (3) можно представить так:
k=ь=W1-:::::: И1 .
(4)
Е2 W2
И2х
Согласно ГОСТ 401-41 коэффициентом трансформации
трансформатора называется отношение номинальных напряже-
1ний, т. е. отношение напряжений на зажимах обмоток трансфор­
матора при холосто1м ходе. Обычно берется отношение высшего
напряжения к низшему. Мощность холостого хода трансформа­
тора расходуется на потери в стали сердечника трансформатора
(магни11ные потери) и потери в меди первичной обмот.ки (элект­
рические потери):
Рх=Рст+Рм1=Рст+r1fx2,
(5)
где Рст- потери в стали сердечника трансформатора, вт;
Рм 1 = r 1I/- потери в меди первичной обмотки, вт;
r 1- аkт.ивное сопротивление первичной обмотки, ом.
Так как при холостом ходе трансформатора потери r 1/x 2 в ме­
ди первичной обмотки очень малы по сравнению с мощностью
холостого хода Р х, то ими можно пренебречь и считать, что
мощность холостого хода тратится ,на потери в стали, состоящие
из потерь на гистерезис Р г и потерь на вихревые токи Р в.т
(6)
* В дальнейшем вместо терминов «э. д. с. самоиндукции» и «э. д. с.
взаимощ~дукции» будем употреблять термины «э. д. с. первичной обмотки»
и «э. д. с. вторичной обмотки».
** Чем больше мощность трансформатора, тем меньше ток холостого
хода.
185


Коэффициент мощнос1ш при холостом ходе трансформатора
ра;вен:
(7)
Следовательно, опыт холостого хода трансформа'Гора дает
возможность определить .коэффициент тра,нсформации k и потери
Рст ,в стали •сердечника 11ранс!форматора_
Схема соединения и проведение опыта. На рис. 139 изображе­
на схема для определения коэффициента трансформации транс­
А
х
аг"Л'v-,~
L.@-J
Рис. 139. Схема дJIЯ
определения коэффи-
,циента трансформа-
ции
однофазного
трансформатора
Измерено
и,
1
с=
V
1
-
1
1
~дел.8
дел.
,ф,ор,матора. В этой ·схем~ V1 - ,вольтметр,
измеряющий напряжение на зажимах пер­
вичной обмот,ки; V2 - 1в-ольтметр, измеряю­
щий нап1ряжение на заж,имах вторичной
обмотки. Опыт производится следующим
об1разО1м. Включив рубильник Р, записыва­
ем показания вольтметров V1 и V2 в табл.
35; при этом частота должна быть равна
номинальной. ~Следует от.метить, что при
определении коэффициента трансформации
необязательно усrганавливать номинальное
напряжение на зажимах первичной обмот­
ки. СО1гла·сно ГОСТ 3484-55 подводимое
напряжение 1не должно пре.вЫ1шать номи­
нального напряжения трансформатора, но
и не должно быть чрезмерно ,малым. Оно
может ;быть от одного до нескольких десят­
ков Пlроrцентов ном·инального напряжения_
Приче,м менЬ1IПие значения относя'!'ся к
т~рансформато,рам ·большей мощности, а
боль1Шие значения - к траноформа:-юрам
меньшей мощности.
Таблица 35
Вычислено
и
k = _И_,_
Примечание
2Х
CV=
и2х
1в
Зная показания вольтметров, определяем ,коэффициент транс­
формации .по формуле (4).
186


На рис. 140 изображена схема для ·опыта холостого хода
тра·нсформатора. Из схемы видно, что в первичную цепь включе­
ны амперметр А I для измерения тока холостого хода / х, вольт­
метр V1 для измерения напряжения И1 на зажимах первичной
обмотк.и, ваттметр W для измерения потерь холостого хода Р х,
автотра,ноформатор АТ для регулирования напряжения на зажи­
мах первичной обмотки.
да
-111f
Рис. 140. Схема опыта холостого хода однофаз­
ного трансформато,ра
А:-.шер:-.1етр и ваттметр следует взять для токов (10-15%)
11 н, Так как п·ри холостом ходе трансформатора коэффициент
мощности cos <рх небольшой, то для измерения потерь холостого
хода рекомендуется применять специальный ваттметр, который
предназначен для измерения мощности при малых значениях
коэффициента мощности. Опыт производится следующим обра­
зом. Включив рубильник Р, автотрансформатором устанавл.ива·
е:ч номинальное напряжение И1 = И ~н на зажимах первичной об­
мотки трансформатора пр.и номинальной частоте, при этом вто­
ричная обмот.ка должна быть разомкнута. Показания приборов
записываем в табл. 36.
Таблиц а 36
Измерено
Вычислено
1
1
р
Приыечанис
и,
[
р
cos:,,x = __
х_
х
х
U1 lx
J\o п/п
1
1
с=
с-
cw=
V
А-
.1.ел.
1 в\дел.
1
а
1
дел. 1 вт
11
1·1
11
Опыт короткого замыкания трансформатора
С помощью опыта короткого замыкания трансформатора
можно определить сопротивления обмоток, ,напряжение коротко-
187


го замыкания и потери в меди обмоток трансформатора. Схемы
.:~:ля опыта короткого замыкания -гранофор1матора .из.ображены на
рис. 141. В этих схемах амперметр и ваттметр* должны быть
выбраны на номинальный ток первичной обмотки, а вольтметр
берется для напряжения, равного 5-11 % номинального. Опыт
короткого замыкания может производится или в холод~ном со­
стоянии трансформатора, когда температур,а его обмоток прак-
Аа
-111f]
хх
а)
О)
Рис. 141. Схемы опыта короткого за~1ыкания од­
нофазного трансформатора
тически не отличается от температуры окружающей среды, или
при температуре, -соответствующей нормальным условиям рабо­
ты трансформатора. Опыт короткого замыкания трансформатора
производится следующим образом. Вторичная обмотка (обычно
низшего напряжения) замыкается ,накоротко коротким провод­
ником с большим сечением, а .к первичной обмотке (высшего на­
пряжения) при помощи автотрансформатора или реактивной
катушки подводится при ~номинальной частоте такое пониженное
напряжение И1 к , при котором токи в обмотках равны номиналь­
lНЫМ **. Показания приборов записываем в табл. 37.
* При применении измерительного трансформатора тока показания ватт­
метра W1 и амперметра А1 необходимо умножить на номинальный коэффи­
циент трансформации трансформаторного тока.
** Номинальными токами, первичным и вторичным, называются
токи,
указанные на щитке и определяемые из соответствующих номинальных зна­
чений мощности и напряжений (ГОСТ 4()1-41).
188


Таблиц а 37
Измерено
Вычислено
иlк
1
11к
1
рlк
1
&zrхcosrpкr
к&
z
&ииир
к
к
к
к
к
а
р
к
н
н
-
-
-
-- -- ---
-
-
-
1
СА =1
с~
с=
.,
V
w
":с
"
с
де.1.1 в Iде.1.1 а Iде.1.1 вт
.,
t:
:;.
ом
-
°!о °1о °!о
=
~
град. ом
ом
ом
ом
вт
t:"
Если опыт .короткого замыка,ния производился не при нами·
нальном токе, а ,немного меньшем (но ,не менее чем 1⁄4 ~номиналь­
ного тока трансформатора), то потери короткого замыка,ния и
напряжение короткого замыка,ния приводят к номинальному то­
ку тра•нсформатора по формулам:
р р,(I1н)2 И И' l1н
1к=к/',
1к= 1к/',
(8)
где Рк' и И1 к' - потери и напряжение корот.кого замыкания,
измеренные при опыте;
1' -ток,· при котором производился опыт.
Так как напряжение короткого замыкания ра•вно 5,5~10.5%
от но:v~инального напряжения, то магнИ'гный поток мал ( И1 к =Ф)
и потери в стали, пропорциональные квадрату потока (магнит­
ной и.ндукции), незначителыны и ими можно пренебречь. В этом
случае можно приближенно считать, что мощность короткого за­
мыкания (или просто потери короткого замыкания) расходуется
на потери в меди обмоток трансформатора, т. е.
откуда
Р1к
r =--
к I1к2'
(9)
где r к= r1 +k2r2 - активное сопротивление ко рот.кого замыка,ния
тра1нсформатора;
r1 - активное сопро11ивление первичной обмотки;
k - коэффициент трансформации;
r2 - активное сопротивление вторичной обмотки.
189


Полное сопротивление карат.кого замыка,ния трансформатора:
И,к
Zк=-
1,к
(10)
Зная Zк и rк , МОЖ'НО най11и индуктивное сопротивление короткого
замыкания тра1нсформатора:
(11)
где Хк =Х1 +k2x2;
х1 - индуктивное сопротивление рассеяния первичной об-
мотки;
х2 - индуктивное сопротивление рассеяния вторичной об­
мотки.
Коэффициент мощности при опыте короткого за:-.1ыка1ния
Гк
р
COS9к=
-
ИЛИ COS (!) =
__
,к_
(12)
Zк
'к И,кl,к
Если опыт короткого замыкания трансформатора производит­
ся в холо;щом ·состоянии, то соглаоно ГОСТ 3484-55 сопротив­
ления короткого замыкания ,траноформатора необходимо П!р•и­
-вес11и к номинальной температуре 1Э-н обмотки. Обычно эту тем­
перату~ру пр!Инимают равной 75° (ГОСТ 401-41). С1ед:овате,1ь­
но, активное сопротивление короткого замыкания 1будет равно:
(13),
k_&н+235.
гдеt-
&+235 ,
,Э, - температу,ра обмоток при опыте ,короткого замыка­
ния.
Полное сопротивление короткого замыка,ния трансформатора:
(14)
так как мож,но считать, что Хк от температуры не зависит.
Номинальное ,напряжение короткого замыкания *
Ик=Zкifн/lн·
(15),
Обычно напряжение кор·откого замыкания И к выражается в про­
центах от номиналь·ного напряжения той обмотки, со сторо,ны ко­
торой производились измерения при опыте короткого замыка­
ния:
190
Ик
Ик= --
И,н
100°/ 0 •
(16}


Активная и реактивная составляющие напряжения короткого за­
мыкания определяются по формулам:
или
rк&нl1н
Иа=--­
И1н
r&fшз
р
1003⁄4= к н
1001⁄4 = ~ 1003⁄4.
И1нf1н
Sн
(17)
U •= Хкf1н 1000/о ]
Р И1н
(18)
-v
2
2
J
Ир=
Ик-Иа
,
где Рк = k1 Р1к-потери короткого замыкания тра,нсформатора
при номинальной температуре обмоток, вт;
Р1к-лотери корот.кого замыкания трансформатора
при температуре, при которой производился
опыт, вт;
Sн- номинальная· полная мощность траноформа­
тора, ва.
Внешняя характеристика однофазного трансформатора
Внешняя характеристика однофазного трансформатора пред­
ставляет ,собой зависимость ~напряжения И2 на зажимах вторич­
ной обмотки от тока f 2 вторичной цепи при ,неизменном номи­
нальном ,напряжении И 1н на зажимах первичной обмотки, при
1Неизменной номинальной частоте f и при неизменном коэффици·
енте мощности cos ip2 нагрузки:
U2 = /(/2) при И1= И1н= const, f = const и cos<р2'= const.
Схемы для онятия внешней характеристики показаны на ·рис. 142.
В этих схемах Р и Р1 - двухполюсные рубильники; Р2 - одно­
полюсный рубил1>ник; П -предохранители; АТ - автотрансфор­
матор для регулирования ~напряжения; ТТ - тра,нсформатор то­
ка; А 1 и А 2 - амперметры, .измеряющие токи в пер,вичной и вто­
ричной обмотк-ах трансформатора; V1 и V2 - вольтметры, изме­
ряющие напряжения 1на зажимах первичной и вторичной обмо·
ток; W 1 и W2 - ваттметры, ,измеряющие мощность, подводимую
к трансформатору и отдаваемую им.
Снятие внешней характеристики для чисто актив1ной нагрузки
(cos ip2= 1) производится ,следующим образом. Включив первич-
1Ную :обмотку под номинальное напряжение при номинальной час­
тоте и при .разомюну:той вrоричной обмотке (1рубильню<1и Р 1 и Р2
разом,кнуты), записываем показа,ния приборов в табл. 38. Затем
включаем рубильник Р1 (при этом рубилыник Р2 должен быть
разомкнут) и постепенно увеличиваем нагрузку (уменьшением
сопрот,ивления реостата во внешней цепи или включением ламп
191


А
а~х
~Р,
г
а)
r
6)
Рис. 142. Схемы для снятия внешних характеристик однофазноr@
трансформатора:
а - при помощи ваттметра, б
-
при помощи трансформатора тока и ваттметра


накалива.ния) от нуля до номинальной* или немного больше но­
минальной. Во время опыта напряжение на зажимах первичной
обмотки и частота должны быть неизменными. При каждом из­
менении нагрузки записываем показания приборов в табл. 38.
Таблица 38
измерсно
Вычислено
cosУ11cosr.p~\
L',
1
I,
1
Р,1и,
1
I,
1
Р,
Tj
Примеч а-
с=
1
с-1с
-
1с
-
1с
--
1с
-
Н11~
.!::.
V
А-
w-
v-
А-
W-
"
~,в\~\а \~\вт1 ~1
•
1
~\а 1
i lom
1
-
-
о,
:!;
lo
'С
'"' 1
1
2
3
4
5
6
7
Снятие в,нешней характеристики для индуктивной (смешан­
ной) нагруз1<:и (cos cp2 = 0,8) производится так же, ·как и для чис­
то а1<тивной нагрузки (рубильники Р 1 и Р2 включены), но отли­
чаетс51 @т последней толь·ко
тем, что во время опыта ,коэф- и,
фициент мощности cos !р2 под- fr-===:::::::::::::----
дерЖИ,Вается постоянным** и
определяется по формуле
Р2
costf2= -- .
(19)
И2I2
На осно•вании полученных ::~.ан­
ных опыта строим внешние
характеристики
(рис. 143).
Внешняя характеристика по­
казывает, как ,изменяется на­
пряжение U2 при изменении
на1грузки, т. е. с увеличением
на~г,рузки напряжение падает.
К1ром·е того, падение напряже-
O'--------------
-
Iz
Рис. 143. Внешние характеристики
однофазного трансформатора при
COS(j)2= .J И COS (j)2=O,8
ния при одно::\f и том же токе ·за•висит также от коэффициента
мощности cos ср2; чем меныше cos ср2 , тем •больше падение напря­
жения. При помощи внешней характеристики можно определить
* Номинальной нагрузкой трансформатора называется нагрузка номи­
нальным током (ГОСТ 401-41).
** Изменением индуктивности катушки при помощи стального сердечни­
ка и регулированием сопротивления реостата r.
13-2546
193


процентное изменентте (потерю) напряжения по формуле
ЛИ°!о= И2х - И2100,
Изх
(20)
где И2х - напряжение на зажимах вторичной обмотки транс­
форматора при холостом ходе;
И2 - напряжение на зажимах вторичной обмотки при на­
грузке.
К:оэффициент полезного действия трансформатора можно оп­
~еделить по формуле
Р2
1)=
1ооп/о,
pl
где Р 1 - мощность, подводимая к трансформатору;
Р2 - мощность, отJJ,аваемая трансформатором.
(21)
Определение коэффициента полезного действия трансформатора
по данным опытов холостого хода и короткого замыкания
Чтобы определить коаффициент по.1езного действия (к. п. д.)
по да,нному методу, необходимо произ•вести два опыта: опыт хо­
лостого хода и опыт короткого замыкания. При опыте холостого
хода определяем потери Рст = Рх в стали сердечника трансфор­
матора для ном,инального напряжения И ~н, которые остаются
постоянными при всех нагрузках трансформатора. При опыте
короткого замыкания определяем потери Рк в обмотках транс­
форматора для номинальной нагрузки. Эти потери изменяются
пропорционально квадрату тока или то же самое, квадрату
нагрузки трансформатора при ус.1овии, что напряжение И2 на
зажимах вторичной обмотки .пр,и изменении на·грузки практиче­
ски мож1но считать постоянным (И2 =const). Согласно
ГОСТ 401-41 к. п. д. при номинальной нагруз·ке определяе:rся
~осве1нным методом по формуле
1j = Р2н 1000/о =
Р211
1000/о =
Р,
Р2н+Рх+Рк
= (1- Рх+Рк ) 1001⁄4,
Р2н+Рх+Рк
(22)
где Р2н = Sн cos r.p 2- номинальная активная мощность, отдавае­
мая трансформатором;
194
S8 -:номИ~нальная полная мощность трансфор­
матора.


Коэффициент полезного действия для любой нагрузки опре­
деляется по формуле
1/=
~SнCOS'f'2
100°!о =
~SнCOS'f'2+Рх+~2Рк
(23)
где Р2 = ~ Sн cos 9 2- мощность, отдаваемая трансформатором;
/.
~ = _2. __ коэффициент
загрузки трансформатора.
l2н
Задаваясь различными значениями коэффициента загрузки
1234
5
'
на·пример ~= -, -
,-, -
и-
, определить
для каждой на-
4444
4
грузки коэффициент полезного действия трансформатора. На
основании полученных данных
построить кривую rJ=f(P2), как
показано на рис. 144.
Порядок .проведения работы
1. Ознакомиться с трансфор­
матором и записать данные его
щитка и данные ·измерительных
приборов, необходимых для вы­
по.'шения ~работы.
2. Собрать схему .рис. 139.
Измер·ить напряжения И1 и И2х
на зажимах обмоток трансфор­
матора. ,Определить 1юэффициент
транофор,ма,ции
трансформа­
тора.
'l
t
---
о~----------
-Pz
Рис. 144. Кривая зависимости
к. п. д. 11 трансформатора от
полезной мощности Р2
3. Собр,ать схему рис. 140 для опыта холостого хода тра•нс­
форматора. Измерить И1 = И1н, fx, Рх. Вычислить cos (!)х•
4. Собрать одну из схем, изображенных на рис. 141, для опы­
та .короткого замыкания тра,нсформатора. Подвести к первичной
обмотке трансформатора такое пониженное напряжение И1",
чтобы f 1к = f1н. Измерить f 1к, И11<, Р1к. Вычислить rl{. Zк. Хк,
cos '?к, Ик, U 3 , иР. Если опыт короткого замыкания трансформа-
тора производился в холод,ном состоя.нии, то ~необходимо изме­
рить температуру окружающей среды ,& и привести величины:
rк, Zк, U3 , Ик и Рк к номинальной температуре обмоток транс­
форматора.
5. Собрать одну из схем, изображенных на рис. 142. Снят~
внешнюю характеристику трансформатора для чисто активнои
нагрузки (cos ср2= 1). Поддерживать ,неизменными И1 и f. Изме­
рить И1, /1, Р1, И2, 12 и Р2 . Вычислить ЛИ%, cos ср1 и ТJ для всех
измерений. Построить внешнюю характеристику И2= f (/2).
13*


Снять внешнюю характеристику для индуктивной (смешан­
ной) нагрузки. Поддерживать неизменными U 1, f и cos <р2 .
Произве,сти те же измерения и вычисления, как и для чисто
активной нагрузки. Построить внешнюю характеристику И2 =
=f (/2).
6. Определить коэффициент полезного действия по методу хо­
лостого хода и короткого замыкания для cos <р2 = 1 и cos <р 2 = 0,8.
7. Построить кривые
'l'J=f (Р2) для cos<p 2=1 и cos<p 2=0,8.
I<ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните устройство и принцип действия трансформатора?
2. Назначение трансформатора.
З. Где устанавливаются повышающие и понижающие трансформаторы?
4. Как можно отличить в трансформаторе по внешним признакам об-
мотку высшего напряжения от обмотки низшего напряжения?
5. Что называется коэффициентом трансформации?
6. Что такое опыт холостогп хода трансформатора? Объясните, каки~
величины определяются из опыта холостого хода.
7. Что называется опытом короткого замыкания трансформатора?
Объясните, какие величины определяются из опыта короткого замыкания.
8. Что называется внешней характеристикой трансформатора?
9. Почему при увеличении нагрузки, чисто активной или индуктивной
(смешанной), происходит уменьшение напряжения на зажимах вторичной
обмотки трансформатора?
10. Напишите формулу коэффициента полезного действия трансформа­
тора.
11. Почему ГОСТ рекомендует определять к. п. д. трансформатора кос­
венным методом?
:112. Постройте векторную диаграмму трансформатора для чисто актив­
ной нагрузки.
13. Постройте векторную диаграмму для индуктивной (смешанной) на­
грузки.
114. .Как включается измерительный трансформатор тока? Почему нельзя
оставлять вторичную обмотку трансформатора тока разомкнутой?
РАБОТА No 27
ТРАНСФОРМИРОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА ТРЕМЯ
ОДНОФАЗНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ
Цель работы
Целью работы являе11ся исследование схем трансформирова·
ния трехфазного тока тремя однофазными трансформаторами.
Общие сведения
Для трансформирова1ния трехфаз1ного тока применяются ил.и
трехфазные трансформаторы или «трехфазные группы»*, состоя-
* Вместо термина «трехфазная группа» применяется термин «трансфор­
маторная группа» или «групповой трансформатор».
196


щие из трех совершенно одинаковых однофазных трансформато­
ров. Трехфазная группа обычно дороже трехфазного трансфор­
матора, имеет ~немного меньший к. п. д. и занимает больше мес­
та. Трехфазная группа имеет некоторые преимущества при боль­
ших мощностях, где условия транспорта и надежность пр.и экс­
плуатации играют важную роль. Наибольшее применение на
практике получили трехфазные стержне1вые транофо:р1маторы.
Трехфазные трансформаторы согласно ГОСТ 401-41 должны
иметь на щитке указа;ние о группе соединения обмоток .и обозна­
чение .выводов ·на крышке буквами А, В, С и Х, У, Z ~начал и кон­
цов :для обмоток высшего на,пряжения и а, Ь, с и х, у, z соответ­
ственно для обмоток низшего напряжения. Начало и конец об­
мотки ·высшего напряжения однофазного траноформатора
обозначаются буквами А и Х, а обмотки низшего напряжения
буквами а и х. В этом ,случае образование трехфазной группы
из однофазных трансформаторов не представляет никаких за­
труднений. На пра,ктике могут быть случаи, когда у однофазных
трансформаторов отсутствуют обозначе;ния и неизвестно направ­
ление ~намотки обмоток. В таких случаях не ,следует произвольно
делать соединения между зажимами трансформаторов, так как
это может привести к коротким замыканиям обмоток. Первичные
обмотки между собой могут быть соединены любыми концами, а
вторичные - тольк,о вполне определенным образом. Ниже мы
рассмотрим способы, указывающие на правильность или непра-
вильность соединения обмоток.
•
Соединение однофазных трансформаторов в трехфазную
группу по схеме звезда - звезда
Обозначив зажимы первичных обмоток однофазных транс­
форматоров буквами А1Х1, А2Х2, А 3Х3 , а зажимы вторичных об­
моток буквами а1х1, а2х2, а3х3 , соединяем первичные 01бмотки по
схеме звезда (рис. 145) и приключаем при помощи рубильника
к сети. Соединив два произволыных конца а 1 и а2 вторичных о•б­
моток двух трансформаторов, измеряем вольтметром напряже­
ние М€жду оставшимися свободными .концами х1 и х2 . Если пока­
зание вольтметра равно VЗИФ, то ,соединение ·концов а 1 и а2
сделано правильно; если же показа,ние вольтметра равно ИФ , то
концы од,ной из обмоток следует пересоединить. После того как
мы нашли правильное соединение двух фаз, присоединяем лю­
бым концом (например, ~юнцом а3 ) к общей точке aia2 третью
фазу аз-Хз (рис. 146) и измеряем вольтметром напряжения
между •Свободными .концами х 1 - х2 , х2 - х3 и х1 - хз. Если по­
казания вольтметра во всех случаях равны VЗИФ, то звезда
составлена правильно. Если же показания вольтметра между
197


Рис. 145. Схема для определения на- Рис. 146. Схема для определения на­
чал и концов обмоток трансформа- чал и концов обмоток трансформа-
торов
торов
ll1
ltl
п
Рис. 147. Схемы для определения начал и концов обмоток трансформато­
ров:
а - д.ля первого и вт.орого трансформаторов, б
-
для третьего трансформатора


концами х2 -х3 и х1 - хз равны ИФ, то концы третьей фазы
следует пересоединить. Все сделанные соединения зажимов и из­
мерения ,напряжений записывае:\1 в табл. 39.
Соединение трех однофазных трансформаторов
в трехфазную группу по ·схеме треугольник - треугольник
Первичные обмотки однофазных трансформаторов соединяем
треугольником и пр.иключаем при помощи рубильника Р к сети.
Соединив два конца х1 и а2 двух вторичных обмоток, из.меряем
вольтметром напряжение между оставшимися свободными кон­
цами а 1 и х2 . Если показание вольтметра равно ИФ (рис. 147, а),
то концы Х1 и а2 соединены правильно; если же показание вольт-
метра равно УЗИФ , то концы одной обмотки следует пересое­
динить. Затем к одному из концов а1 или х2 присоединяем любой
конец третьей фазы (рис. 147, 6) и измеряем вольтметром напря­
жение между ,оставшимися свободными :~юнцами. Если показание
вольт;,,1етра равно нулю, то эти концы можно соединить; если же
показание вольтметра равно 2 И Ф• то третья фаза присоединена
неправильно, а чтобы получить правильное соединение, необ­
ходи;,,10 концы ее пересоединить. Все сдела,нные соединения за·
ЖИ!\Юв и измерения напряжений записываем в табл. 39.
Соединение однофазных трансформаторов в трехфазную
группу по схеме звезда - треугольник
Первичные обмотки однофазных трансформаторов соединяем
звездой и приключаем при помощи рубильника к сети. Соедине­
ния зажимов вторичных обмоток и измерения напряжений про­
изводятся так же, как при схеме треугольник - треугольник. Но
имеются следующие отличия от схемы треугольник - треуголь­
ник: все ИЗ;\!еряемые напряжения будут иметь величину в VЗ
раз меньшую; при неправильном присоединении третьей фазы к
дву:-.,~ правилыно соединенным фазам показание вольтметро,в на
зажи.мах 1раз,омкнутого 11реутольника будет раюю 2ИФ, а при
правильном присоединении третьей фазы показание вольтметра
на зажимах разом,кнутого треугольника может ·отличаться от
,нуля, но не более 40-60 % фазного напряжения обмотки. Это
происходит вследствие наличия третьих гармонических электро­
движущих сил. Все сделанные соединения зажимов и измерения
напряжений записываем в табл. 39.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с однофазными трансформаторами и запи·
сать данные щитков и вольтметра.
199


tv
о
о
:No
п/п
н,
П/П
дел.
1
Соединяемые
между собой и
сетью зажимы
первичных обмо-
ток
UAB
1
иве
с-
v-
1
в
1 дел.
1
Соединяемые
между собой
зажимы вторичных
обмото1,
Измерено
1
UeA
1
Иаь
1
8
1 дел.
1
в
1дел.1
Таблица 39
Измеряемое напряже-
ние
Правильное
или неправиль-
Прш,ечание
1
ное соедине-
между
показание
ние
зажимами
вольтметра
Таблиц а 40
ВЫЧИСЛеН.·О
1
1
иАВ\ иве\ иеАI
Иьс
uca
kд=--Jeв=-ke=- k
Иаь
Иьс иса Примеча-
CV=
ние
в1де.,.1
в/•дел.\8
-
-
-
-


2. Произвести соединение однофазных трансформаторов в
трехфазную группу по схеме звезда - звезда.
3. Произвести соединение однофазных трансформато,ров в
трехфазную группу по схеме треугольник - треугольник.
4. Произвести соединение однофазных тра,нсформаторов в
трехфазную группу по схеме звезда - треугольник.
Опыты холостого хода и короткого замыкания и снятие внеш­
ней характеристики производятся так же, как и в работе No 28.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
!. Какие существуют С'lособы трансформации трехфазного тока?
2. Какие основные преимущества и недостатки трехфазной группы перед
трехфазным трансформатором?
•
3. Как произвести соединение однофазных трансформаторов в трехфаз­
ную группу по схеме звезда - звезда, если отсутствуют обозначения зажи­
мов обмоток трансформаторов?
4. Как произвести соединение однофазных трансформаторов в трехфаз­
ную группу по схеме треугольник - треугольник, если отсутствуют обозна­
чения зажи~юв обмоток трансформаторов?
РАБОТАNo28
ИСПЫТАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы
Целью данной работы является изучение конструкции трех­
фазного трансформатора и испытание его опытами холостого хо­
да и короткого замыкания и путем непосредственной нагрузки
его.
Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора
Под коеффициентом 11раноформа1ции k трехфазных трансфор­
маторов, как и однофазных трансформаторов, понимается отно­
шение фаз,ного напряжения И1 Ф обмотки высшего напряжения к
фазному напряжению И2Фх обмотки низшего напряжения при
холостом ходе трансформатора:
k=И1Ф.
(24)
И2фх
Это отношение всегда больше единицы. Согласно ГОСТ 401-41
определение коэффициента трансформации производят на всех
ответвлениях (если таковые имеются) обмоток и для всех фаз.
Следует отметить, что при определении коэффициента трансфор­
мации трехфазного трансформа'Гора надо еще знать способ сое-
201


4
s
таьс
Рис. 148. Схема для оп­
ределения коэффициен­
та трансформации трех­
фазного трансформатора
динения его обмоток*. Так, например,
если обмотки трансформатора соеди­
нены звездой, то можно измерять пер­
вичные и вторичные напряжения или
фазные или линейные и подставлять их
в формулу (24). Определение коэ,ффици­
ента т,рансформации ,производится по
схеме р,ис. 148 следующим образом.
Включаем первичную обмотку 11рансфо:р­
матора под номинальное напряжение
(последнее может -быть и меньше номи­
нальноff"'о) при номинальной частоте, а
,вторичная обмотка разомкнута. Измеря­
ем на:пряжения на зажимах обмоток
т,рансфор~матора. Показания пр,иборов
записываем 1в табл. 40.
Среднее значение
коэффициента
трансфо.рмации равно:
k= kд+kв+kc
3
(25)
Опыт холостого хода трехфазного трансформатора
Схемы для опыта холостоrо хода показаны на рис. 149. Ам­
перметры и ваттметры должны быть взяты для токов до (10-
15%) 1 1 н, а вольтметр ,на номинальное напряжение И~н•
Опыт холо·стото хода ,производится следующим об1разом.
Включив рубильник Р, инду,кuионным регулятором ИР устанав­
ливаем номинальное напряжение ** на зажимах перв'ичной об­
мотки при номинальной частоте, а вторичная обм-отка должна
быть разомкнута. Показания приборов записываем в табл. 41.
Так как трансформатор имеет несимметричную магнитную
цепь, то амперметры следует включать во ,все три фазы
(ГОСТ 3484-55). Ток холостого хода трехфазного трансформа­
тора определяется как среднее арифметическое значение токов
трех фаз, т. е.
f=lд+lв+Ic
х
3
(26)
* На практике часто определяют линейный коэффициент трансфор.иации,
который представляет собой отношение номинальных линейных напряже­
ний. В этом случае не нужно знать, как соединены обмотки трансформа-
тора.
•
** Если напряжение сети не изменяется и равно номинальному напря­
жению трансформатора, то опыт холостого хода производится по схеме
рис. 149, в.
202


А
r®i
1))
таЬс m
а
Ь
r:
m
а
Ь.с
а)
li)
б)
Рис. 149. Схемы опыта холостого хода трехфазного трансформатора:
а - при помощи двух ваттметров, 6 - n,ри помощи одного ваттметра с ваттметровым переключателем,
в - при помощи двух ваттметров без индукционного регулятора


1--:>
5::
Таблица 41
Измерено
Вычислено
ИдвIИвеIИсА /А
1
lв
1
lc
pl
1
pll
И111хIрх Icos~х
Cv=
СА-
Cw=
.
1'
Примечан ие
"
дел.J в Iдел., в Iдел., в дел., а Iдел. 1а Iдел.\ а _ _дел.,вт1:л.\вт
"
вт
~
--
-
-
---
---
11111111111111
1
1
1
1
1
1
1
1
Таблиц а 42
Измерено
Вычислено
UABIИве\ИсА1дIJВ11сpl
I PII
& ИIк111кIР1к \cos ~к, zк I rк Iхк Iик Iиа Iир
Cv-
Сд=
Cw=
"':,:
:,:
"':r
"
дел., вIде.,.,в Iдел.,в дел., а Iдел.,а Iдел.Jа дел.1вт\дел.,вт
"':,;
"
град о
а
вт
-
ом ом ом°!оо/о°!о
:,:
о.
~
t::
1


Напряжение, приложенное к трансформатору при опыте хо­
Jюстого хода, определяе-гся как среднее арифметическое трех .из­
меренных линейных 1Напряжений:
И _ Илв +Иве+ Исл
(27)
1-
3
ГОСТ 3484-55 допускает также за подводимое напряжение
прини~~ать линейное ~напряжение на зажимах* А - С (а
-
с).
Ввиду того что мощности отдельных фаз различаются по величи­
не, измерение мощности холостого хода или просто потерь хо­
лостою хода трансфор·матора следует производить по методу
двух ваттметров и определять по формуле
(28)
Знак !1,ШНус берется тогда, когда стрелка одного из ваттметров
отклоняется ·в обратную сторону.
Коэффициент ;1,ющности холостого хода определяется по фор­
муле
Рх
COS 9х = -----
VЗ И/х
(29)
Так как потери в меди первичной обмотки очень малы, то можно
считать, что потери холостого хода расходуются 1На потери Р ст
в стали сердечника траноформатора:
Рх~Рст= Рг+Рв.т,
где Рг - потери на гистерезис;
Р0 .т - :потери на вихревые токи.
Опыт короткого замыкания трансформатора
(30)
Схемы для опыта короткого замыкания по,казаны ,на рис. 150.
Ам,перметры и ваттметры ** необходим•о брать на номинальный
первичный ток f1н для схем рис. 150, а, 6, в, вольтметр на напря­
жение (5-15%) И1 н.
Опыт короткого замыка,ния производится -следующим обра­
зом. Перед включе,нием рубильника Р следует убедиться, что ин­
дукционный регулятор ИР установлен в та-кое положение, чтобы
напряжение на зажимах его было наименьшее, близкое к нулю,
* ГОСТ рекомендует подводить напряжение к обмотке низшего напря­
жения, а обмотка высшего напряжения при опыте холостого хода остается
разомкнутой. Обычно в учебных лабораториях делают наоборот, т. е. подво­
дят напряжение к обмотке высшего напряжения.
** При применении измерительных трансформаторов тока показания
ваттметров W I и W п необходимо умножить на номинальный коэффициент
трансформации трансформатора тока.
205


АВ
АВ
ш
Q
ь
с
~r@-i
шаьс
r®l
ш~
а
ь
с
а)
о)
б)
Рнс 150. Схемы опыта короткого замыкания трехфазного трансформатора:
а - прн помощи двух ваттметров, б
-
нри помощи одного ваттметра с ваттметровым переключателем, в - при
1юмощн двух ваттметров 11 трш1сфорl\1аторов тока


зате:-.1, включив рубильник Р, постепенно увеличиваем напряже­
ние от минимального до И ~к , при котором токи в обмотках транс­
форматора будут равны номинальным. Показания приборов за­
писываем в табл. 42.
Согласно ГОСТ 3484-55 ток и напряжение при опыте корот­
кого замыкания определяют. как среднее арифметическое показа­
ние приборов всех трех фаз, т. е.
/ _ Iл+Iв+Ic
1К-
З
'
И _ Илв+ Иве+ Исл
1К-
З
Так как потер,и в стали при опыте короткого за:мыкания очень
малы, то можно считать, что мощность (потери) короткого замы­
кания расходуется на потер.и в ·меди обмоток трансформатора,
т. е.
Р1к=Рк =3rJ1/=Р1+Рн,
(31)
откуда активное сопротивление короткого замыка,ния одной фазы
трансформатора
где Гк=r1+k2r2;
r1 - активное сопротивление фазы первичной обмотки;
r2 - активное сопротивление фазы вторичной о·бмотки;
k - коэффициент тра,нсформации.
Полное сопро'tивление короткого замыкания одной фазы
трансформатора
И1к
·zк= ---= --
Vз 1,к
(33)
Индуктивное сопротивление короткого замыкания одной фазы
тр ансфор1матора
(34)
где Хк =Х1 +k2x2;
х1 - индуктивное сопротивление рассеяния фазы первич,ной
обмотки;
х2 - индуктивное сопротивление рассеяния фазы в'Горичной
обмотки.
Коэффиuиент мощности при коротком замыкании:
или
(35)
207


Если опыт короткого замыкания произ,водится в холодном со­
·стоянии, то согласно ГОСТ 3484-55 параметры ·короткого замы­
ка,ния rк, Zк, напряжение короткого замыкания ик и его активная
составляющая Ua и мощность короткого замыкания Р ~к следует
привести к номинальной температуре ,'}н обмоток трансформ:J·
тора (см. работу No 26). Определение величин Ик, Ua и иР про­
изводится только для одной фазы, так же как для однофазного
тра•нсформатора (см. работу No 26).
Внешняя характеристика трехфазного трансформатора
Внешняя характеристика трехфазного трансформатора, как
и внешняя харзктеристика однофазного трансформатора, пред­
ставляет собой зависимость ~напряжения И2 на зажимах вторич­
ной обмотки от тока / 2 вторичной цепи при постоянном номи­
нальном напряжении И1 н на зажимах первичной обмотки, при
постоянной ~номинальной частоте f и при постоянном .коэффици­
енте мощности cos {j)2 нагруз·ки:
И2=/(/2)
при
U1 = И1н= const, f = const и cos?2= const.
Схе~1ы для снятия ,внешних характеристик показаны на рис. 151.
В.вешняя характеристика :при симметричной (равномерной) ак­
тивной ~нагрузке (cosqJ2= 1) снимается следующим образом.
Включив первичную Оlбмотку под номинальное напряжение при
номинальной частоте (вторичная обмотка разомюнута), записы­
ваем показания приборов в та'бл. 43.
Идв +Иве+ Исд
Примечание. В этой таблице U 1 = --'-=~-с=...=....--='-'--
3
и_Иаь+Иьс+Иса.р-Р+р.COS ,01 =
р1
2-
3
'
1-1
11,
т
Vз иl,1
.
/ _la+lь+ lc.
I _ lд+lв+lc
1-
3
7J = Рз -100.
р1
'
2-
3
'
Затем, включив рубильник Р 1 , постепенно увеличиваем на­
грузку от нуля до номинальной (или немного больше номиналь­
ной). Снятие .внешней ха~ра•ктеристики при индуктивной (смешан­
ной) нагрузке (cos qJ 2=0,8) производится так же, .как и •в первом
случае, т. е. первый отсчет по приборам производим при холос­
том ходе трансформатора, затем, включив рубильник Р1, уста­
навливаем некоторую активную нагрузку, после этого включаем
рубильник Р2 и при помощи сердечника в катушке устанавли-
208


;
т, ... ц,
"
Измерено
UAB \ иве\ UCA иIиIи 1А11в11с 1а 11ь11с plj pll р1' 1рн'
t-,;)
с,
ф
. !:.
=
~
1
2
3
4
5
6
7
. .!:!.
=
~
l
2
3
4
5
6
7
CV=
дел./ в \ дел.\ в Iде.~., в
и,
1
и,
1
в
1
в
1
аЬ
Ьс
са
CV=
СА=
СА=
с=
w
cw=
дел. в Iдел., в Iдел.\ в дел., а Iдел., а Iдел., а дел.\ а Iде.~., а Iдел./ а дел./ вт,дел.\ вт дел./ втl дел.\ вт
.
Продолжение табл. 43
Вычислено
I,
1
1,
1
Р,
1
·р,
\ cosf, 1
"1
Примечан11е
а
а
вт
вт
-
°!о
1
1
1
1
-
i
i
1


ваем общий ток 12 такой величины, чтобы коэффициент мощнос­
ти cos (J)2 был ;бы ;равен 0,8. ~аэффициент ,мощности определя:ет­
ся по формуле
Р2
cos tf2 = --~-
Уз Ual2
Есл.и cos (J) 2 получается больше заданного, то уменьшаем немного
активную наr~рузку и увелич1иваем щель (,воздушный зазор) в
сердечнике катушки. Если же, наоборот, cos (J)2 меньше заданного,
то увеличиваем активную нагрузку и умен1>шаем щель в сердеч­
нике катушки.
210
Рис. 151. Схемы для снятия внешних
а - при помощи двух ваттметров, б
-
при помощи одного ваттметра с ваттметровым
помощи т,рехфазного


характеристик трехфазного трансформатора:
переключателем, в - при помощи двух ваттметров и трансформаторов тока, г
-
при
ваттметра и трансформаторов тока
14*


Зате,м .постепенно У'вели1чиваем на1грузку до номиналь,ной и
каждый :раз при помощи индуктивн_ой кату1Шки ~устанавливаем
ток / 2 такой ,величины, ·чт:обы коэффициент мощности во время
опыта был 'ПОСТОЯННЫМ (COS(j)2=O,;8=const).
Во время опыта И1 и f
должны ·быть также неизмен­
ными. При каждом изменении
нагрузки записываем показа­
ния приборов в табл. 43. На
основании -полученных данных
-опыта строим внешние .хара­
ктеристики (р1ис. 152).
Как видно из кривых, на­
п.ряжение на зажимах в'!'орич­
ной обмотки .с увеличением на­
о~----------
г.рузки падает. Кроме того, па­
дение наПJряжения при одном
и том же токе завиоит также
от коэффициента мощности
-c os (j)2 ·нагрузки. Из1менение на­
пряжения определяется
по
-lz
Рис. 152. Внешние характеристи­
ки трехфазного трансформатора
при cos (1)2=1 и cos (!)2=0 ,8
фор-муле
Дuo/=И2х-Из100
о
И2х
'
где И2х - напряжение на зажимах вторичной обмотки трансфор­
матора при холостом ходе;
И2 - напряжение на зажимах вторичной обмотки при на­
грузке.
Коэффициент полезного действия трехфазного трансформатора
Коэффициент полезного действия для трехфазного трансфор­
матора, так же как для однофазного трансформатора, может
быть определен прямым или •коовенным методом. В первом слу­
чае (по данным внешней характеристики)
Р2
1J=
-
1003⁄4,
Р1
•где Р2 - мощность, отдаваемая траноформатором;
Р 1 - мощность, подводимая к трансформатору.
Во .втором случае (по данным опыта холостого хода и опыта
короткого замыкания)
1j=(1-
Рх+~2 Рк
) 1000/
~SнCOS<р2+Рх+~2 Рк
о,
212


где Рх-::::::,Рст - ~потери в ,стали сердечника 11рансформатора, ·ко­
торые ПJр1иближенно равны потерям холостого хо­
да при И1= И1н;
Р"-::::::,Рм- потери ,в меди обмоток трансформатора, которые
приближенно равны лоте.рям короткого замыка­
ния при f1к=f1н;:
l
•
~=_1_
-
коэффициент за1грузки трансфор,мато,ра, при этом
l~н
предполагаем, что при всех нагрузках
И2 = И2н;
Sн = Vз И2н 12н- ~номинальная полная мощность транс­
форматора.
Чтобы построить кривую ri = f (Р2), следует задаваться раз­
личными значениями коэффициента загрузки, например ~ = 1⁄4,
2/4, 3⁄4, 4/4и 5/4. Определение к. п. д. косвенным методом рекомен­
дуется ГОСТ 3484-55.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с 'Грансформатором и записать данные его
щитка и измерительных приборов, необходимые для производст­
ва работы.
2. Собрать схему рис. 148 для определения коэффицие1Нта
трансформации. Измерить напряжения на зажимах обмоток
трансформатора ИАв, Иве, ИсА, Иаь• Иьс и Иса· Определить
коэффициент траноформации k.
3. Собрать одну из схем, изображенных на рис. 149, для опы­
та. холостого хода. Измерить ИАв, Иве, И СА; /А , Iв, /с ; Р1
и Рп. Вычислить И1 , lx, Рх и cos (f'x•
4. Собрать одну из схем, изображенных на рис. 150, для опы­
та короткого замыкания трансформатора. Подвести к первичной
обмотке трансформатора такое пониженное напряжение И 1 к,
чтобы f1к=1 1 н· Измерить И Ав, Иве, ИсА, /А, Iв, Ic, Pi и Рн.
Вычислить Zк, rк, Хк; cos q;,K; Ик, Ua, Ир и Рк. Если опыт короткого
замыкания трансформатора производИJ\СЯ в холодном состоянии,
то необходимо измерить температуру окружающей среды {} и
привести величины rк, Zк, Ua, Ик и Рк к номинальной температу­
ре -б-н обмоток трансформатора.
5. Собрать од1ну из схем, изображенных на рис. 151.
Снять внешнюю характеристику трансформатора для симмет­
ричной (равномерной) активной нагрузки (cos qJ 2 = 1). Поддер•
живать неизменными И1 и f. Измерить ИАв, Иве, ИсА, Иаь• Иьс,
Иса•/А,lв,lc,/а,fь, /с,Р, ,Рн,Р1'иРп'.
Вычислить
213


ЛИ%, cos <р1 и 'l'J для всех измерений. Пос11роить внешнюю ха­
рактеристику U2 = f (/2).
Онять внешнюю характеристику для индуктивной (смешан­
ной) ,на'rрузки (cos <р2=О,,8). Поддерживать неизменными И1, f и
cos <р2. Произвести те же измерения и вычисления, что и при
активной нагрузке. Построить внешнюю характеристику
И2= f (/2).
•
6. Определить к. п. д. по методу холостого хода и короткого
замыкания для cos <р2= 1 и cos <р2 =0,8.
7. Построить кривые 7j = /(Р2) для cosrp2 = 1и cosrp2 = 0,8.
К:ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как соединяются обмотки трехфазных трансформаторов?
2. Как определяется коэффициент трансформации трансформатора, если
первичные обмотки соединены звездой, а вторичные - треугольником?
З. Что называется линейным коэффициентом трансформации трансфор•
матора?
4. Почему измеряются токи во всех трех фазах?
РАБОТА No 29
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Цель работы
Целью работы является изуч~ние условий включения транс­
форматоров 1на параллельную работу и исследова,ние параллель­
~ной работы трехфазных трансформаторов.
Общие сведения
Если график нагрузки подстанции переменный, то 1На под­
станции обычно устанавливаются не один, а несколько тра,нс·
форматоров, которые работают параллельно 1на общую сеть. При
минимальной 1Наrрузке подстанции работает только один транс­
форматор, а по мере увеличения нагрузки приключаются осталь­
lНЫе. Параллельная работа трансформаторов дает возможность
уменьшить потери энергии. Если параллельно включенные транс­
форматоры при разных режимах работы 1Наrружаются пропор­
ционалнно их номинальным мощностям и в их обмотках не воз­
никают уравнительные токи, то такой режим работы трансфор·
маторов мы будем называть идеальным.
На параллельную работу трансформаторы можно включить
только при выполнении. следующих условий:
1) номинальные первичные и вторичные напряжения транс­
форматоров должны быть равны:
И11=Иш= ...= И1п,
И21=И211 = ... = И2п·
214
(36)
(37)


Это условие сводится к тому, что коэффициенты трансформации
трансформаторов должны быть равны:
(38)
2) напряжения короткого замыкания трансформаторов долж­
ны быть равны:
ИкJ=ИкII = •..= Икп;
(39)
3) трехфазные трансформаторы должны принадлежать к
одной и той же группе соединений.
При ~несоблюдении первого и третьего условий в обмотках
трансформато~ров :возникают ура,внительные токи, .1юторые в от­
дельных случаях, особенно при несовпадении групп, могут до­
стигать величины тока короткого замыкания. Согласно
ГОСТ 401-41 для трансформатор·ов с коэффициентом тра,нс­
формации меньше 3 допускается разница в коэффициентах
трансформации не больше 1%; для всех прочих трансформато­
ров - не более 0,5%. При несоблюдении второго условия нагрузки
между трансформаторами распределяются непропорционально
их номинальным мощностям. Так как ни один из параллельно
работающих трансформаторо,в не должен нагружаться выше
своей номинальной ,м.ощности, то несоблюдение второго условия
приводит к снижению суммарной допустимой мощности парал­
лель·но работающих траiноформаторов, т. е. если параллельн9
работают д:ва трансформатора, то один из них ,будет нагружен
мень1Ше своей номинальной мощно,сти. Так как напряжения ко­
роткого замыкания трансформаторов почти всегда отличаются
друг от друга, то согласно ГОСТ 401-41 ном'инальные на1пряже­
ния короткого замыкания не должны отличаться от их арифме­
тического среднего з1начения более чем на ± 10%. Следует избе­
гать включения 1на параллельную работу трансформаторов, мощ­
ности которых •отличаются друг от друга больше чем в отношении
3: 1. Чтобы не было 1перегрузки меньшего трансформатора, сле­
дует стремиться к тому, чтобы он имел большее напряжение ко­
роткого замыкания.
Параллельная работа трехфазных трансформаторов
Как было сказано выше, если на параллельную работу вклю­
чены трансформаторы, принадлежащие к одной и той же группе
соединений обмоток, то при ·равенстве коэффициентов трансфор­
мации и ~напряжений коропюго замыкания уравнительный ток в
трансформаторах будет ра·веш нулю и нагруз·ка между трансфор­
маторами будет распределяться прямо пропорционально их
но,минальным мощно·стям. На 1рис. 153 ~показана схема для ис­
следования параллельной работы двух трехфазных двухобмоточ-
215


ных тра,нсформаторов. В этой схеме Р, Р1 , Р2, Р3, Р4 - трехпо­
люоные рубильники; П - предохранители; А 1 , А 2 и Аз- ампер­
метры, измеряющие линейные токи нагрузки (сети). Измерения
линейных токов в первичных и вторичных цепях трансформато­
ров производятся одним амперметром, так как мы предполага­
ем, что трансформаторы симметричны и нагрузка всех фаз под-
Рис. 153. Схема параллельной работы двух трехфазных двухоб­
моточных трансформаторов
держивается симметричной (.равномерной). Равномерность
нагрузки* фаз проверяется тремя амперметрами. Измерение
первичных и вторичных напряжений производится одним вольт­
метром со щупами. Нагрузкой трансформаторов является чисто
активная нагрузка, создаваемая тремя проволочными реостата­
ми (или лампами накаливания). Опыт производится следующим
образом. Включив рубильники Р, Р 1 и Р2 , измеряем напряжения
на зажимах вторичных обмоток обоих трансформаторов и убеж-
* Нагрузка (реостаты) может быть соединена треугольником.
216


даемся в том, что напряжения Иаь, И ьс и И са обоих трансфор­
маторов одинаковы. После этого -следует П1роверить, что транс­
форматоры принадлежат к одной группе соединений. Для этого
с-оединяем :проводом два зажима ру,бильника Рз, как показано на
рис. 153, изме~ряем напряжения между одноименными зажима­
ми первого и второго трансформаторов, т. е. между Ь и Ь, а и а.
Если показания ·вольтметра равны нулю*, то тра:нсформаторы
принадлежат к одной группе соединения. После этого можно
включить рубильник Рз. Затем включаем рубильник Р4 и посте­
пенно увеличиваем ~нагрузку до номинальной для обоих транс­
форматоров. При каждом изменении нагрузки записываем пока­
зания приборов в табл. 44.
Таблица 44
Измерено
Вычис-
Трансфор- Трансфор-
Нагрузка
лено
матор 1 матор 11
и,
и,
/1
/11
[,
"'
I,
I,
lз
:,:
с
"'
"':,-
-- -- ----
"'
=
::!
i:
8
8
а
а
а
а
а
а
:,:
"'
~
t::
1
1
В этой та.блице И1 -первичное линейное ,напряжение; И2 -
вторич,ное линейное напряжение; /1 - вторичный линейный ток
пер·вого трансформатора; /11 - вторичный линейный ток второго
l+l+l
трансформатора; /с= 1
3
3
среднее арифметическое зна-
3
чение линейно1го тока нагрузки (сети). На основании полученных
данных опыта и подсчета (табл. 44) построить зависимости /1 =
=f Uc} И /11 =f (/с}.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с трансформаторами и записать данные их
щитков и данные измерительных при6оро:в.
2. Собрать схему, изображенную 1на рис. 153.
3. Нагрузить трансформаторы активной симметричной на­
грузкой. Число измерений взять 1не менее .восьми.
4. На основании полученных данных опыта и подсчета (сог­
ласно табл. 44) построить зависимости /1 = f (/с) и / 11 = f (/J.
* Необходимо предварительно проверить исправность вольтметра.
217


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
!. Когда применяется параллельная работа трансформаторов?
2. Какие условия включения на параллельную работу трехфазных транс­
, форматоров?
З. Можно ли соединить параллельно трансформаторы с обмотками:
звезда - звезда и звезда
-
треугольник?
4. Каким условиям должны удовлетворять параллельно соединяемые
трансформаторы для того, чтобы они нагружались пропорционально их но­
минальным мощностям?
5. Начертите векторную диаграмму параллельно работающих трансфор­
маторов.


Глава VIII
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
РАБОТА No 30
ИСПЫТАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
С КОНТАКТНЫМИ КОЛЬЦАМИ (ФАЗНЫМ РОТОРОМ)
Цель работы
Целью работы является определение начал и концов фаз
{обмоток) ,статора, изучение пуска ,в ход трехфазного асинхрон­
ного двигателя ,с контактными кольцами и снятие рабочих харак­
теристик.
Общие сведения
Асинхронным двигателем называется двигатель переменного
тока, у которого с·корость вращения ротора при постоянной час­
тоте тока в сети изменяется ,в зависимости от нагрузки. Асин­
хронные двигатели получили широкое применение на практике.
На щитке асинхронного двигателя указываются следующие
номинальные величины:
1) мощность (полезная на валу), квт;
2) линейное напряжение, в ( если возможно соединение об·
моток и звездой и треугольником, то указываются два напряже­
,ния);
3) линейный ток, а (если возможно применение двух напря-
жений, то указываются два з,начения тока);
4) частота, гц;
5) скорость вращения ротора, об/мин;
6)к.п.д.;
7) коэффициент мощности (косинус угла сдвига фаз между
напряжением и током фазы обмотки статора);
8) на,пряжение ·на контактных кольцах (при неподвижном
ротор,е) и ток ,в фазе обмотки ~ротора (при ном.инально.м режи­
ме) для двигателя с контактными кольцами.
219


Кроме того, на щитке указываются схемы соединений обмо­
ток статора, р·еж.им работы (продолжительный, повт.орно-К1ратко­
временный или кратковременный), для которого предназначен
двигатель, а также полный :вес двигателя, кг.
Асинхрон,ный двигатель состоит из двух основных частей: не­
подвижной - сгатора и вращающейся
-
ротора. Их сердечники
собираются из листов электр·отехнической стали, ·которые изоли­
руются лаком. Это делается для того, чтобы уменьшить вихре­
вые токи в стали сердечников.
4
Рис. 154. Асинхронный двигатель с кон­
тактными кольцами (фазным ротором) в
разобранном виде:
1 - статор. 2 - ротор. 3 - подшипниковые щиты.
4 - вентилятор. 5
-
отверстия для входа и вы­
хода охлаждающего воздуха. 6 - коробка. при­
крывающая зажимы, 7 - контактные t{ольца,
8 - щеткодержатели и щетки
В зависимости от устройства ротора асинхронные двигатели
могут быть с контактными кольцами (с фазным ротором) и с
короткозамкнутым ротором. На рис. 154 показан асинхронный
двигатель с контактными кольцами в разобранном виде.
Обмотки статора соединяются треугольником или звездой.
Обмотки ротора у асинхронных двигателей с контактными коль­
цами обычно соединяются звездой. При прохожде.нии трехфаз­
ного тока по обмоткам статора создается вращающееся магнит­
ное поле, которое пересекает как обмотки статора, так и об­
мотки ротора и индуктирует в них э. д. с. Под действием э. д. с.
обмоток ротора в них проходят токи.
220


Взаимодействие ,вращающегося магнитного потока с токами
ротора создает электромагнитный момент, вращающий ротор
двигателя. Если р - число пар полюсов двигателя, f1 - частота
тока -статора, то скорость вращения маг,нитноrо поля (синхрон­
ная скорость) будет равна: •
60/1
n1=- -.
р
(1)
Если п2 - скорость вращения ротора двигателя (об/мин), то
скорость вращения магнитного поля относительно ротора (п1 -
-п2 ) называется скоростью скольжения, а отношеН1ие этой ско­
рости к скорости вращения магнитного поля называется сколь­
жением:
S=
(2)
или
S=
1001⁄4.
(3)
В момент пуска двигателя, когда скорость вращения ротора
n2 = О, скольжение равно единице.
Э. д. с., индуктируемая в фазе обмотки статора, определяется
по формуле
(4)
где k061 -обмоточный коэффициент обмотки статора;
w 1- число последоsательно соединенных витков фазы об­
мотки статора;
Ф- магнитный поток, вб.
Э. д. с., индуктируемая в фазе обмотки ротора, когда ротор
неподвижен:
(5)
где k 062 - ,обмоточный коэффицие,нт обмотки ротора;
w2- число последовательно соединенных витков фазы об­
мотки ротора.
Частота э. д. с. и тока в роторе будет равна:
(6)
Э. д. с., индуктируемая в фазе обмотки ротора при вращ~нии
его:
(7)
221


Ток в фазе обмотки Р'Отора, когда ротор ;неподвижен (.при
пуске):
/2=Е2=Ез
Е2
(S)
z2
V Г22+Х22 V Г22+(ы1L2)2
где z 2 и r 2- полное ·и активное сопротивление фазы
обмотки ротора;
х2 = ш 1L 2 = 2 1t /iL2- индуктивное сопротивление рассея;ния
фазы обмотки ротора, когда ротор не­
подвижен;
L 2- индуктивность рассеяния фазы обмотки
ротора, обусловленная полем рассеяния.
Ток в фазе обмотки ротора, когда ротор вращается:
/2=E2s=
E2s
Zu
V r22+X2s2
(9)
Разделив числитель и знаменатель на скольжение s, получим
(10)
Процесс преобразования подводимой ·к двигателю электриче­
ской э;нергии в механическую энергию на валу двигателя можно
rРм1
Pcm=Pcmt:=~~:::_'---<-~---1. мt
Pz
Рис. 155. Энергетическая диа­
грамма асинхронного двигате­
ля
хорошо иллюс11рировать лри помо­
щи так называемой энергетической
диаграммы асинхронного двигателя
(1рис. 155). Если И1 Ф - напряже•
ние, ;приложенное к фаэе обмотки
статора, /1 Ф- т,ок в фазе обмот1<,И
статОjра, cos q,1 - коэффициент ,мощ­
нос1ш двигателя, -го ,мощность, под­
,водимая к двигателю, будет равна:
(11)
Если из подводи~мой ,мощности
Р1 вычесть электрические потери *
·в обмотке ,статоР'а
(12)
где r,-
активное сопротивление
фазы обмопш статора, и потери ,от
1 гистерезиса и в,ихревых токов в ста-
* Потери в меди обмотки статора.
222


ли стаrора РстI, то получ'ИМ -электромагнитную мощность
Рам= Р1 - Рм1
-
Рстl•
(13)
Электромаг.нитная мощность при помощи вращающегося маг­
нитного поля передается со статора на р,отор. Если из электро­
магнитной мощности вычесть электрические потери в обмотке
ротора
(14)
и потери в стали ротора Р ст2 , то получим полную механическую
мошщость Р2', развиваемую двигателем:
(15)
Так как при нормальных условиях ·работы асинхронного дви­
гателя со скольжением s=l-+-5% (,ввиду малой частоты перемаг­
ничивания f2=sf1 =0,572,5 гц) потери в стали* Р ст 2 ротора
очень малы, то ими можно пренебречь. В этом случае полная ме­
ханическая мощность, развиваемая двигателем, будет равна:
(16)
Так как в аси1нхро,нном двигателе имеются механические по­
тери Р мех и добавочные потери Р л, то, вычитая эти потери из
полной механической мощности, развиваемой двигателем, мы по­
лучим полезную мощность на валу двигателя
или
P2=P1 -I:P,
где ~Р- сумма всех потерь 1в двигателе, т. е.
!;Р=Рм1+Рм2+Рст+Рмех+PJJ..
(17)
(17')
Механические потери состоят из потерь на трение в подшипни­
ках и на контакт,ных кольцах и 1на трение вращающихся частей
о воздух. Доба,вочные потери возникают в обмотках и стали дви­
гателя, последние состоят из пульс,ационных (вызываемых пуль­
сациями магнитного потока) и пов,ерхностных потерь, возникаю­
щих в зубцах статора и ротора.
Коэффициент .полез,ного действия
Р2
11=-
Р,
11 = р2 100°1о.
Р,
или
двигателя
)
~
1
J
равен:
(18)
* Так как потерями в стали ротора Рст2 мы пренебрегли, то можно
считать, что потери в стали двигателя приближенно равны потерям в стали
статора двигателя, т. е. Рст 1 ~Рст-
223


Электромагнитный момент, или просто вращающий момент,
развиваемый двигателем, ра·вен:
Мэм = kмf2 Ф COS 912,
(19)
где kм- постоянный коэффициент для данного двигателя;
,р2 - угол сдвига фаз между э. д. с. и током ротора.
Вращающий момент, развиваемый двигателем, при устано­
вившемся режиме работы (n2 = const), уравновешивается момен­
том холостого хода Мх и полезным моментом М на валу двига­
теля, т. е.
(20)
Зная полезный момент на валу двигателя, можно определить
полезную м.ощность на валу двигателя:
Р2 =9,81ш2 М=9,81 2'tn2 -M=l,028Mn2,
(21)
60
где n2 - скорость вращения ротора (двигателя), об/мин;
ffiz -угловая скорость в•ращения ротора.
Определ•им электромагнитный момент через электричес1ше
потери в обмотке ротора. Потери в обмотке ,ротора равны:
Рм2= Рэм-,--Р2' = Ш1Мэм - ш2Мэм =
= SШ1Мэм=sРэм,
откуда
Ш1_Мэм =
(22)
(23)
т. е. электромагнитный момент прямо пропорционален электри­
ческим потерям в обмотке ротора.
Определение начал и концов фаз ( обмоток) статора
Чтобы определить начало и конец каждой фазы (обмотки)
трехфазного асинхронноrго двигателя, необходимо сначала при
помощи контрольной лампы * (или вольтметра) определить за­
жимы каждый из фаз (обмоток). Для этого мы соби1раем схе­
му, как показано на р,ис. 156, и двумя проводами по очереди
приключаем сеть к двум зажимам двигателя. Если лампа заго­
рится (или вольтметр покажет напряжение), то эти зажимы при­
надлежат одной и той же обмотке, если же лампа не загорится
(ил•и показание вольтметра равно нулю), то эти зажимы при­
надлежат разным обмоткам.
* Напряжение лампы должно быть равно напряжению сети.
224


После того как определим зажимы всех обмоток, мы присту­
паем к определению начала и конца д:вух обмоток. ГОСТ
183-55 рекомендует начала обмоток (фаз) обозначать буквами
CI, С2 и С3, а концы их соответственно буювами С4, Сб и Сб.
Для этого задаемся началами и концами обмоток. Затем соеди­
няем последовательно две обмотки, как показано на рис. 157, а,
и включаем в сеть переменного тока, а к зажимам третьей об­
мотки присоединяем лампу
(или вольтметр).
Если .r1ампа затарится
(или вольтметр покажет на­
пряжение), то ~онец первой
обмотки С4 ,соединен с на­
чалом второй обмотки С2.
Если- же лампа не загорит­
-а~-[ооо1
~lo__o _ _o _]
Рис. 156. Схема для определения фаз
( обммок) трехфазного асинхронного
двигателя
ся (или показание вольтметра приблизительно равно нулю), то
конец первой обмотки С4 соединен с концом второй Сб
(рис. 157, 6). Аналогичным 1образом находят начало и конец
третьей обмотки.
CS,
Рис. 1157, а и 6. Схемы для определения начал и концов
фаз (обмоток) трехфазного асинхронного двигателя
Рабочие характеристики трехфазного асинхронноrо
двигателя
Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигате­
ля представляют собой зависимость мошнос'I'И Р 1 , пот,ребляемой
двигателем, тока 11, коэффициента мощности cos <р 1 , к. п. д. ri,
вращающего момента М, скорости вращения п2 и скольже­
ния s от полезной мошности Р2 на валу двигателя при неизмен-
15-2546
225


ном напряжении И1 на зажимах двигателя и при неизменной
частоте f1:
Р1,11, cos91,1/,М, n2,s=f(Р2)приИ1=И1н= const
и/1= const.
На рис. 158 по•казаны схемы для снятия рабочих характери­
стик. Согласно ГОСТ 7217-59 линейное напряжение, прило­
женное к двигателю, следует измерять тремя вольтметрами или
одним воль11метром с переключателем. Линейный ток двигателя
следует измерять тремя амперметрами, а мощность, потребляе­
мую двигателем, следует измерять двумя ваттметрами*. или
треХ!фазным ваттметром.
Снятие рабочих характеристик производится следующим об­
разом. Включив пусковой реостат в цепь ротора, замыкаем ру­
бильник Р и по мере разгона (разворачивания) двигателя со­
противление -пускового ,реостата постепенно выводится.
:К:огда процесс пуска двигателя закончен (сопротивление пу­
скового реостата полностью выключено), обмотка ротора замы­
кается накоротко, а щетки поднимаются при помощи спеuиаль­
ного механизма (если он имеется).
Двигатель нагружается при помощи тормоза или генерато­
ра ** постоянного тока независимого или па,раллельного возбу­
ждения. Первый отсчет по при,борам производим при нагрузке
двигателя на 10% выше ·номинальной.
С•корость вращения двигателя измеряется при помощи тахо­
метра. Затем налрузку двигателя постепенно уменьшаем до ну­
ля. При каждом изменении нагрузки показания пр1иборов запи­
сываем в табл. 45. Действительное л1инейное напряжение опре­
деляется как среднее арифмет,ичес·кое из трех измеренных зна­
чений:
И1 = Илв+Ивс+Исл •
3
(24)
ДействителЬ'ный линейный ток определяется как среднее
арифметическое из трех измеренных значений:
11 = Iл+lв+lc
(2S)
3
* Смотри ** сноску на стр. 205.
** Если нагрузка двигателя производится при помощи генератора по­
стоянного тока, то в табл. 45 вместо G следует записывать напряжение Иг
на зажимах генератора и ток / г генератора. Мощность, отдаваемая гене­
ратором, равна: Рг = Игlг.
Полезная мощность на валу двигателя определяется по формуле
Рг
Р2= -
, где Т)г - к. п. д. генератора, который должен быть известен
"t]г
для различных нагрузок.
622


Рис. 158. Схемы для снятия
рабочих характеристик трех­
фазного асинхронного двигате-
ля с фазным ротором:
а - при помощи двух ваттметров,
б - при помощи одного ваттметра
с ваттметровым переключателем,
в - п,ри помощи двух ваттметров
2)
и трансформаторов тока, г - при
помощи трехфазного ваттметра и
трансформаторов тока


"'
~
:,:
е;
\О
"'
Е-<
228
с,
=
.,
"u
=
:r
:;;
i:Q
с,
=
.,
<>.
.,
;,i
"'
:s:
"'
1
о=-
1
о': 1
~
1
1
,;:
"'о
u
~
1
-;;5
1
о.,~
1
с:,
1
:!'
1
о..=
--
о.,-
...,'-'
--
<Q
....
--
... ,-.:
-.:
\.)
::;J
--
\.)
::;J<Q
--
<Q
::;J- .:
~ин~ьа1,иdu
о
о
о
о
1::.,
С:
"'
1
<j
.,
1::.,
"
"'
;;
:;
:,.
io"
с
1::.,
"'
'"
"
--
1::
11
.,
--
~"
\.)
.,
"'
<j
--
"
.,
"'
--
<j
--
"'"
"'
--
11
<j
-.:
"
\.)
.,
"'
.,
"'.,
"'
--
.,
--
"'"
"'
--
11
.,
--
:::..
"
\.)
'"
"'
и/и •N
-
С'Н':> 'SI' lf;)<.C, t-.
Мощность, потребляемая
двигателем,
определяется
как алгебраическая су,мма
показаний двух 1ваттме11ро,в:
(26)
Знак мину.с в фо~р,муле бе­
рется ·югда, когда ·стрелка
одного из ваттметров от­
клоняется •вл1ево от нуля.
Чтобы получить п1ра,вильное
отклонение стрелки ваттмет­
ра, следует переключить за­
жимы его последовательной
или параллельной ,цепи, т. е.
переменить направление то­
ка в последовательной или
,параллельной ,цепи ваттмет­
р.а *; ,rюсле переключения
стрелка ваттметра будет от­
клоняться нормально ,впра­
•во от нуля. К:оэффицие,нт
мощности двигателя равен:
cos (f1 =
~]
(27)
Vз И/1
Полезный ,момент на ва­
лу двигателя определяется
по формуле
М = Ol [кГм],
(28)
где G - вес ripyзa (-сила) на
тормозе, кг;
l- плечо тор,моза, м.
Зная скорость !вrращения
n2 д,вигателя и полезный мо­
мент М, можно определить
полезную мощность Р2 на
в.алу двигателя:
Р2 = 1,028Мп2•
* На практике переключают
зажимы параллельной цепи ватт­
метра при помощи переключателя,
имеющегося в современных ватт­
метрах.


Определен.не скольже,ния s и к. п. д. 'YJ производиl'ся ,по фор­
мулам (3) и ( 18). На основании полученных данных опыта и
подсчета (согласно табл. 45) строим рабочие характеристики,
как показано на рис. 159.
Пz
cos,p,
Р,
~
'l
м
S'
м
'
s
Рис. 159. Рабочие характеристики
трехфазного асинхронного двига­
теля
Изменение направления вращения двигателя
Для того ·чтобы изменить направление вращения двигателя,
следует переключить две какие-либо фазы статора, так как в
этом случае изменяется направление вращения магнитного поля.
Порядок пр_оведения работы
· 1. Ознакомить•ся ,с устройством асиюсронного двигателя с
контактными кольцам,и и пускового ·реостата, записать данные
щитка двигателя и измерительных приборов.
·2 . :Определить начала и концы фаз (обмоток) статора.
3. Собрать одну из схем, изображенных ,на р·ис. 158.
'4. Снять рабочие хара·ктерис11ики.
5. На основании данных опыта и подсчета ( согласно
табл. 45) построить рабочие характеристики.
6. Изменить направление вращения двигателя.
:КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните устройст,во и принцип работы асинхронного двигателя.
2. Что называется скольжением и как оно изменяется при переходе от
холостого хода к номинальной нагрузке?
3. Почему ток холостого хода у асинхронных двигателей больше, чем
у трансформаторов?
229


4. Как и почему изменяется коэффициент мощности асинхронного дви­
гателя при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке?
5. Как влияет увеличение воздушного зазора на ток холостого хода и
коэффициент мощности асинхронного двигателя?
6. Для чего применяется пусковой реостат у двигателей с контактными
кольцами?
7. Напишите формулу для тока в фазе обмотки ротора, когда ротор
неподвижен и когда он вращается?
8. Как изменяется скорость вращения двигателя при увеличении на­
грузки?
9. Как изменяется к. п. д. двигателя при изменении нагрузки?
.I0. Какие имеются потери мощности в асинхронном двигателе при его
работе?
Ы. Почему потери в стали ротора по сравнению с потерями в стали
статора малы?
И. Напишите формулу электромагнитного момента асинхронного дви­
гателя?
13. Почему потребляемую мощность двигателя (ГОСТ 7217-54) рекомен-
дуется измерять методом двух ваттметров или трехфазным ваттметром?
14. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя?
15. Что означает надпись 220/380 в на щитке асинхронного двигателя?
16. Как нужно соединить обмотки статора двигателя, если на щитке
имеется надпись 220/380 в, а напряжение сети равно 220 в?
РАБОТА No 31
ИСПЫТАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Цель работы
Целью работы является изучение пуска в ход трехфаз·ного
асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором· и снятие
рабочих ха1рактер,истик при соединении обмоток статора звез­
дой и треугольником.
Общие сведения
Асинхронные короткозамкнутые двигатели в настоящее вре­
мя получили широкое применение на практике, так как они
проще и надежнее в эксплуатации, имеют более высокий коэф­
фициент ,мощности cos (J)1 ,и к. п. д. 'l'J и дешевле, чем двигатели.
с контактными кольцами. На рис. 160 показан асинхронный
двигатель с короткозамкнутым ротором в ;разобранном виде.
Принцип действия асинхронных двигателей рассмотрен в пре­
дыдущей ,работе. Мы более подр,обно рассмотрим способы пуска
асинхронных двигателей с короткозам·кнутым ротором.
230


4-
Рис. 160. Асинхронный двигатель с коротко-
замкнутым ротором в разобранном виде:
1 - статор, 2
-
ротор, 3 - подшипниковые щиты,
4 - венти.,ятор, 5 - отверстия для входа и выхода
охлаждающего воздуха, 6 - коробка, прии.рывающая
зажимы
Пуск в ход асинхронных двигателей с короткозамкнутым
ротором
Прямое включение в сеть. Этот способ пуока двигателей :в
настоящее время находит широкое применение на практ,ике.
Он пр:именяется тогда, когда имеет.ся мощная сеть, так как на­
чальный пусковой ток у эти:х двигателей обычно равен:
fп=(4+ 7)f1н,
где /п - начальный пусковой ток, или просто пусковой ток
двигателя;
/1 н - номинальный ток двигателя.
Нэ рис. 161, а показана ,схема непосредственного включения
в сеть асинхронного двигателя*. Чтобы не произошло перегора­
ния предохранителей, защищающих двигатель, пуск двигателей
можно произвести при помощи переключателя П1 контроллер­
нога типа, как ~показано на рис. 161, 6. Пуск двигателя произ­
водится следующим образом. Включаем рубильник Р. Если
опыт производится по схеме рис. 161, б, то переключатель П1
(контроллер) -ставим в положен,ие пуск. К:огда двигатель нач-
* Ротор асинхронного двигателя на рис. 161, а не показан.
231


нет вращаться, ручку переключателя (контроллера) П 1 ставим
в положение «работа». В начальный момент пуска необходимо
записать показание амперме'Гра и вольтметра в та'бл. 46.
Таблиц а 46
Измерено
Вычислено
и
1
"'
No
п
1
"
Способ
:,:
п/п
пуска
п
"
-- --
-
:r
/!н
~
=
в
а
"-
t::
1
2
3
4
Пуск в ход с переключением обмоток статора со звезды на
треугольник. Этот способ пуска при:меняется тогда, когда тре­
буется уменьшить пусковой ток. Если Ил линейное напряжение,
111
Контролер
---r-1..r-l-~lI.OO.'i!~-
п --~------------П.Y.f!i __ _
1__ _
.
_
.
В~!д!.Р_Ч:..
п
6)
Рис. 161. Схемы пуска короткозамкнутого двигателя:
а - непосредственное включение двигателя в сеть, б - вк~'Iючение двига­
теля в сеть при помощи контроллера
то нап~ряжени·е на зажимах фазы ~обмотки стато1ра при соедине­
нии звездой будет равно:
и
Ил
Фл=--,
vз
при соединении треугольником:
ИФ,:, = Ил.
232
(29)
(30)


Пусковой линейный ток двигателя при соединении звездой ра­
вен:
/ л1,. =IФл = ИФл
=
~
Zк V3Zк
(31)
где Zк - полное сопротивление короткого замыкания одной фа­
зы двигателя.
При соединении треугольником пусковой линейный ток будет
равен:
Разделив уравнение (31) на уравнение (32), получим:
откуда
IЛJ... 1
- =-,
Iлt; 3
l
/-~
ЛJ... -
3
(32)
(33)
Следовательно, при пуске двигателя в ход лри соединении об­
моток статора звездой пусковой т,ок уменьшается в три раза.
Это является пре,имуществом данного способа, а недостатком
1 "==1⁄4==\
Раоота
р
о
"==="=""-П1
У У iПуск
л
Рис. 162. Схема пуска короткозамкну­
того двигателя с переключением обмот­
ки статора со звезды на треугольник
Рис. 163. Схема пуска корот­
козамкнутого двигателя при
помощи реактора
его является уменьшение начального пускового момента также
в три раза. На рис. 16.2 показана схема пус-ка в ход двигателя
с переключением ~обмоток статора со звезды на треугольник.
233


Пуск двигателя производится следующим образом. Переклю­
чатель П 1 став,им в нижнее положение, при этом обмотки ста­
тора соединены звездой. Когда скорость вращения двигателя
будет •близка к номинальной, переключатель П1 из положения
А ставим в положение 6, при этом обмотки статора будут СО•
единены треугольником. В начальный момент пуска необходимо
зап,исать показания амперметра и вольтметра в табл. 46.
4
р. #1=#===1
з~1.__..__
Рис. 164 Схема пуска коротко­
замкнутого двигателя при по­
мощи автотрансформатора
Если асинхронный дви•гатель
нормально работает при ,соеди­
нении обмоток треулольником, а
нагрузка ,составляет ,менее 40%
номинальной, :то ,в этом ,случае
для улучшения коэффициента
мощноети cos <р1 следует его об­
мотки ·соединить з,вездой.
Пуск в ход при помощи ре-
актора. На 'РИIС. 1163 изображена
·схема пуска дв.игателя ·с по­
мощью реак-юра. В этой схеме
Р1 ,и Р2 - т:рехполюсные рубиль­
ники; П - предохранители; Р
-
реактор. Реактор включается по­
,следовательно с обмоткой ,ста-го­
ра. При ,помощи 1реакто1ра мы
понижаем подвмимое напряже­
ние, вследствие чего уменышается
пус:~ювой ток In. Основным недо­
статком этого •способа пуска дви­
гателей являе-rся значительное
понижение пускового ,момента.
Поэтому данный ,способ следует
прим,е,нять тогда, когда пусковой
момент не имеет существенного
значения. Пуск двигателя произ­
•Водится следующим образом.
Сначала включаем ,рубильник Р 1 , а затем, по достижении
двигателем ,скорости вращения, близкой к номинальной, вк.1ю­
чаем ,рубильник Р2. В начальный момент пуска следует запи­
сать показания амперметра и вольтметра в табл. 46.
Пуск в ход при помощи автотрансформатора. На рис. 164
показана ,схема пуска двигателя с помощью автотрансформато­
ра. •При помощи автотрансформатора понижают подводимое
напряжение до (0,5-0,7) И 1 н, где И1н -номинальн.ое напряже­
ние на зажимах двигателя. Пуск двигателя производится сле­
дующим образом. -Включив рубильник Рз, затем включаем ру­
бильник Р1. Когда дв,игатель будет иметь скорость вращения,
близкую к ном,инальной, выключаем рубильник Рз и включаем
234


рубильник Р2. В начал1:,ный .момент пуска двигателя необходи­
мо записать показания ампермет,ра и вольтметра в та,бл. 46.
Следует отметить, что пусковые автотранаформаторы отличают­
ся от обычных тем, что они предназначаются для кратковремен­
ной нагрузки. Если про,изводи-гся пуск двигателя большой мощ­
ности, то вместо рубильников применяют выключатели (напри­
мер, масляные выключатели).
Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя
Рабочие характеристики представляют собой зависимость
мощности Р1, потребляемой двигателем, тока /1, коэффициента
.мощносr~и cos <р1, к. п. д. ТJ, в,ращающего мо-мента М, скорости
вращения п2 , с·кольжен,ия s от полезной мощности Р2 на валу
дв:игателя при неизменном напряжении И1 на зажимах двига­
теля и при неизменной частоте f1:
Р1,li,cos91,1/,М,n2,s=f(Р2)
приU1= И1н= constи/1= const.
Схемы для снятия рабочих характерис1;ик изображены на
рис. 165. В эт,их схемах Р - трехполюсный рубильник; П
-
пре­
дохранители; Ад, Ав и Ас- амперметры, измеряющие линей­
ные токи; V - вольтметр со щупами, измеряющий линейные
напряжения; W1 и W[[- ваттметры, :измеряющие активную
,мощность; П 1 - -грехполюсный переключатель; ТТ
-
r~ранофор­
матор тока. Рабочие характерис11ики следует снять при соеди­
нении обмоток звездой или треугольником в завис,имос11и от
данных щитка дв·игателя, учитывая напряжение сети. Снятие
рабочих ха,рактеристик производится следующим образом.
Включ,ив двигатель в сеть, первый отсчет по приборам делаем
при нагрузке двигателя на 10-15% выше номинальной. На­
грузкой асинхронного двигателя может быть тормоз или гене-
1ратор постоянного тока независимого или па 1раллельного воз­
буждения. Затем нагруз·ку постепенно уменьшаем до .нуля. При
каждом изменении нагрузки записываем показания приборов в
табл. 47.
На основании полученных данных опыта ( согласно табл. 47)
определяем следующие величины. Действительное линейное на­
пряжение определяется как среднее арифметическое из трех
измеренных значений:
И~= Идв+ Иве+ Исд
3
Действ,ительный линейный ток определяем как среднее арифме­
тическое из трех измеренных значений:
/i= fА+fВ+fc
3
235


1--:>
с,..:,
о,
с
,а"
~
1
2
3
4
5
6
7
ИАВ1иве 1 ИСА
Cv=
дел.,вIдел.,в Iдел., в
Измерено
/А
1
Iв
1
Ic
pl
1
р[[
п,
1о
СА=
cw=
дел., а I дел., а I дел., а дел., вт' дел., вт об/мин кг
Таблица "17
Вычислено
Р,и,I,мР,11sC0Sy1
-
-
-
-
-
-
-
QJ
=
=
"'
:r
":;
вакГмвт°1о°1о -
:,:
вт
о,
t::


rWl
АALlr@+1 1 1,_'_
1
- ,=---,,
L\
15)
v•;
?( J➔ V'e,I
4/
V"
~~
С1
сз
Cf
сз
CI
%:Jl сз
Рис. 165. Схемы для снятия
рабочих характеристик трех•
Cf
фазного асинхронного двигате•
ля с короткозамкнутым рота-
ром путем переключения со
.С:.Работа 11 v- _
звезды на треугольник:
а- при помощи двух ваттметров.
6- при помощи одного ваттметра
С2 .. vcsU'§ ~ с nаттметровым переключате.1ем.
Н2
1
1
в - при помощи двух ваттметров и
трансформаторов тока, г - при по-
мощи трехфазного ваттметра и
1 ~сз
трансформаторов тока
г)


Мощность, подводимая к двигателю, определяется как алгебра­
ическая сумма показаний двух ваттметров*:
Р1=Р1±Рн.
К:оэффициент мощности дв,игателя равен:
р
cos 'ft =
t
VЗИ1I1
Полезный вращающий момент определяется по ,формуле
М = l(] [кГм],
где l- плечо тормоза м·
G - ~ее груза, кг.'
'
Зная вращающий момент М и скорость вращения п2 двига­
теля, можно определить полезную мощно·сть Р2 на валу дв·ига­
теля по фо·рмуле
Р2 = 1,028Mn2 :::::: 1,03Мп 2 •
К:оэфф:ициент полезного действия двигателя:
7J = р2 1000/о.
pt
Скольжение равно:
где
s= п1-п2 •1000/о,
n1
60/
п1= --
1-
•скорость вращения магнитного
р
ная скорость);
р - число пар полюсов двигателя.
поля ( синх,рон-
На основании полученных данных опыта и подсчета ( согл ас••
но табл. 47) построить рабочие характеристики.
Изменение направления вращения двигателя
Для того чтобы ~изменить направление вращения двигателя,
необходимо пер,еключить две какие-либо фазы двигателя.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с конструкцией трехфазного асинхронного
двигателя ,с короткозамкнутым рот-аром и записать данные его
щитка и технические данные измерительных приборов.
* Если
снятие рабочих характеристик производится по схемам
рис. 165, в, г, то показания ваттметров умножаются на номинальный
коэффициент трансформации трансформатора тока.
238


2. Произвести пуск в ход двигателя прямым включением
двигателя в сеть по схеме ,рис. 1161, а ,или 161, 6.
3. Про'извес'Ги пуск в ход двигателя с переключением обмо­
ток статора со звезды на треугольник по схеме рис. 162.
4. Произвести пуск в ход двигателя посредством реактора
по схеме рис. 163.
5. Произвест:и пуск в ход двигателя посредством авт.отранс­
форматора по схеме Р'Ис. 164.
6. Собрать одну 1из схем, изображенных на 1рис. 165, а, б, в
или il65, г.
7. Снять рабочие характеристики.
8. На основании полученных данных опыта и подсчета ( со­
гласно та.бл. 47) 1ПОСТJроить рабочие характеристики.
9. Изменить направление вращеНIИЯ двигателя . .
К:ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
;!, Почему пусковой ток больше номинального?
2. К:оrда применяется прямое включение асинхронного двигателя с ко­
роткозамкнутым ротором на сеть?
3. К:ак производится пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым
ротором при помощи переключателя контроллерноrо типа?
4. К:оrда применяется пуск в ход с переключением обмоток статора со
звезды на треугольник?
. S. Начертите схему пуска в ход асинхронного двигателя с короткозам­
кнутым ротором при .помощи реактора. К:оrда применяется данный способ
пуска двигателей?
6. Начертите схему пуска в ход асинхронного двигателя с короткозамк­
нутым ротором при помощи автотрансформатора. К:оrда применяется данный
способ пуска двигателей?
РАБОТА No 32
УПРАВЛЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ ПРИ ПОМОЩИ
МАГНИТНОГО ПУСКАТЕЛЯ
Цель работы
Целью работы является изучение конструкций магнитных
пускателей и получение навыков в пуске, остановке и реверси­
ровании (изменении напра1вления вращения) аеинхронных дви­
гателей с короткозамкнутым ротором при помощи магнитных
пуекателей.
Общие сведения
Мы рассмотрим только магнитные пускатели серии П. Сле­
дует отметить, что в настоящее время разработаны более уса•
вершенствованные магнитные пускатели и в ближайшее время
начнется их производство. Магнитные пускатели сер'ии П пред-
239


назначены для дистанционного пуска непосредственным вклю­
чением в сеть, а некоторые 11ипы и для реверсирования трехфаз­
ных асинхронных дв1игателей с короткозамкнутым ротором.
Магнитные пускатели различаются:
по величинам (габаритам) предназначенных для различных
мощностей управляемых электро~вигателей;
по роду защиты от окружающей среды (открытые :и защи-
щенные);
нереверсивные и реверсивные;
с тепловым реле и без них;...
по номинальному напряжению втягивающих катушек ( 127,
220,380IИ5008);
по количеству и виду дополнителыных блок-контактов.
Тип пускателя обозначается буквой П (пускатель) и тремя
цифрами, из которых первая указывает величину, вторая - ис­
полнение пускат,еля по роду защиты от окружающей среды и
третья - исполнение (реверсивное, нереверсивное, с тепловыми
реле или без них).
Управление трехфазными асинхронными двигателями
с короткозамкнутым ротором
На рис. 166, а показана схема управления трехфазным асин­
хронным короткозамкнутым двигателем с неревероивным маг­
нитным пускателем, а на р1ис. 166, б показана разв-ернутая схе­
ма магнитното пускателя. Главная цепь элект,родви1гателя rюка­
зана жирными линиями. а цепь управления - тонкими.
Пуск двигателя производится следующим образом. Включив
рубильник Р, нажимаем кнопку «пуск», катушка контактора К
получает питание и притягивает якорь, на wотором укреплены
подвижные контакты. Нормально открытые контакты контакто­
ра К в силовой (главной) цепи замыкаются и присоединяют
статор д:в1игателя Д к сети. Одно,временно в цепи управления
закрывается нормально открытый блок - контакт К, шунтирую­
щий кнопку «пуск», что дает возможность отпусг.ить эту кноп­
ку, не прерывая питания катушки К. ~ноп·ка «пуск» под дей­
ствием пружины возвращается в исходное положение.
Остановка двигателя п•роизводится следующим образом. На­
жимаем на кнопку «стоп», при этом разрывает,ся цепь питания
катушки контактора К и нормально открытые контакты откры­
ваются и отключают двигатель от сети. Одновременно с нор­
мально открытыми контактами контактора открываются контак­
ты блок-контакта.
Следует отметить, что магию ная система пускателя обеспе­
чивает нормальную работу при напряжении в сети в пределах
от 0,85 до 1,0 от номинального.
240


При исчезновени~и напряжен~ия в сети или значительном сни­
жени.и его ма·гнитный пускатель отключает двигатель от сети.
При появлении напряжения самоп,роизвольное включение маг­
нитного пуекателя (а следовательно и двигателя) предотвра-
-:.----------Сеть
г.- --------
Л1
Л2
----- -
____ Jl
а;
Пусх
I
..l..~I(~
!РТ 2Рμ
КСтоп ~К'''
к
2РТ
о)
Рис. 166. Схемы управления трехфазным асинхронным
короткозамкнутым двигателем с магнитным пускателем:
а - монтажная, 6 - развернутая (принципиальная)
щается блок-контактом, включенным в цепь катушки контак­
тора.
Защита дв,игателей от перегрузки (не свыше 10-20% номи­
на.'!Ьной нагрузl\и) осуществляется двумя тепловыми реле. Kcrn-
16-2546
241


такты о·боих .тепловых реле ,включены •последовательно с катуш­
кой контактора и при срабатывании одного из тепловых реле
электродвигатель отключается от сети магнитным пускателем.
После срабатывания тепловых реле включение магнитного пу­
скателя возможно через 3-4 мин, для эrого следует нажать
кнопку «воз·врат» (находящуюся на стенке кожуха магнитного
пускателя) и тепловые реле придут в ,исходное положение.
ПредоJGранители служат для защиты от коротких замыка­
ний. Если по технологическому процессу требуется изменять на­
правление вращения произвоД:ственного механизма, то схема
управления асинхронным двигателем осуществляется с по­
мощью реверсивного магнитного пускателя.
На рис. 167, а показана схема управления асинхронным ко­
роткозамкнутым двигател•ем с реверсивным магнитнь1м пускате­
лем, а на ,рис. 167, б показана ,развернутая схема реверс:и·вного
магнитного пускателя.
Реверсивный ,магнитный пускатель представляет собой д'Ва
контактора: КВ - контактор вперед .и КН - контактор назад,
которые управляются соответствующими кнопками. Защита
двигат,еля от перегрузки осуществляется двумя тепловым,и реле
1РТ и 2РТ, а для защиты от КОJР'Отких замыканий пр·именяются
предохранители.
Чтобы не произошло одновременного включения контакто­
ров КВ и КН, в схеме предусмотрены электрическая блокиров­
ка с помощью нормально закрытых блоr-контактов КВ и КН,
вследствие чего исключается возможность одновременного
включения контакторов КВ и КН. Кроме электрической блоки­
ровки, предусматривается также механическая блокировка.
Включение двигателя произ•водится следующим образом.
Включив рубильник Р, нажимаем кнопку «вперед», катушка кон­
тактора КВ полу~чает ,питание и, замыкая нормально откры­
тые контакты в главной цепи, включает двигатель в сеть. Нор­
мально открытый блок-контакт контактора КВ замыкается,
шунтируя кнопку «вперед», а поэтому ее можно отпустить. Чтобы
двигатель вращался в противопоJ1ожном направлении, следует
нажать кно·пку «назад», в этом случае питание подается на ка­
тушку контактора КН и двигатель пр·исоединяется к сети с пе­
реключением двух фаз. Остановка д•n:игателя производится на­
жат.нем на кнопку «стоп», при этом разрывается цепь питания
любой из катушек КВ или КН.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с устройс"Гвом. магнитных пускателей и ап­
паратурой, необходимой для выполнения работы, и записать их
технические данные.
2. Собрать схему, изображенную на р:ис. 166.
242


-----------...----+----Сеть
г·~- - --- ------------
'
1
1
1
1
~/
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-
11
,,
1L__
Ll г-
(_~ 1~.:)
~~--г
Cf
L _____
lll
\==\===\ р
а)
Кнопка
упраблт:ния
Г-1ШlП7Г_б--,
14
1
1
1
(.) - -11-++- --++1n,(J 2 :
1
1
1
1
"-'-.U......>Г"'"...,..1
1
1
1
1
1
1
1
1
оо
1
1
L _______ _J
Рис. 167. Схемы управления трехфазным асинхронным короткозамкну­
тым двигателем с реверсивным магнитным пускателем:
а - с блокировкой п,ри помощи кнопок управления, 6 - с б.,окировкой при по­
мощи НЗ блок-контактов


3. Произвести пуск и остановку трехфазного асинхронного
дв.игателя с короткозамкнутым ротором.
4. Собрать схему, изображенную на рис. 167.
5. Произвести пуск трехфазного асинхронного двигателя с
ко,ропюзамкнутым ротором сначала в одном направлении, а за­
тем в другом и остановить двигатель.
К:ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Начертите схему нереверсивноrо магнитного пускателя и расскажите
принцип работы его.
2. К:аково назначение тепловых реле?
3. Начертите схему реверсивного магнитного пускателя и объясните
принцип работы его.
РАБОТА No 33
ИСПЫТАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Цель работы
Целью работы является ознакомление с конструкцией трех­
фазного синхронного генератора и снятие характеристик: холо­
стого хода, внешней и регулировочной.
Общие сведения
Синхронной машиной называется машина переменного тока,
скор.ость вращения которой незавиоимо от нагрузки пропорци­
ональна частоте тока в сети.
60/
n=-,
р
(34)
где р - число пар полюсов синхронной машины;
п - ·скорость ,вращения рото,ра, об/мин;
f - частота тока в сети.
Так как частота тока в се~и остается постоянной, то ско­
рость вращения синхронной машины не меняется. Синхронная
машина может быть выполнена как с неподвижными полюсами
и вращающимся якорем, так и с неподвижным яко;рем и вра­
щающимися полюсами. Обмотка, в которой индуктируется
э. д. с., называется обмоткой якоря. Так как синхронные маши­
ны строятся на линейное напряжение до 20 кв (в отдельных
случаях может быть 30-35 кв) и на токи несколько тысяч ам­
пер, то при таких условиях работа контактных колец становит­
ся ненадежной. Поэтому в настоящее время почти исключи­
телыю применяются синхронные машины с вращающимися по­
люсами и неподвижным якорем. Синхронные машины малой
244


мощнос1ш могут стро:Иться с неп,одв.ижными полюсами и вра­
щающимся якорем. Неподвижная часть синхронной машины
называется статором, а вращающаяся часть - ротором. Син­
хронная машина возбуждается постоянным током, который под­
водится к обмотке возбуждения или от сети постоянного тока
или от генератора постоянного тока, называ,емого возбудите­
лем*. Возбудитель находится обычно на одном валу с синхрон­
ной машиной.
Синхронные машины могут быть двух типов: неявнополюс­
ные, т. е. машины с неявно выраженными полюсами; явнопо­
люсные, т. е. машины с явно выраженными полюсами. Неявно­
полюсная машлна применяется п1ри больших скоростях враще­
ния (p=l и р=2). Явнополюсная машина применяется при чи­
сле пар полюсов р>З.
Синхронные машины, как и любые электрические машины,
могут ,работать как генераторами, так и двигателями. Если
синхранный генератор приводится во вращение па·ровой турби­
ной, то он называется турбогенератором. Так как паровые тур­
бины принадлежат к числу быстроходных машин, то турбогене­
раторы имеют неявнополюсное исполнение. Если синхронный
генератор привод:Ится во вращение гидравлической ту,рбиной,
то он называется гидрогенератором.
Обмотки оинхронных машин соединяются звездой или тре­
угольником. Начала обмоток обозначаются буквами А, В и С,
а концы их буквами Х, У .и Z. Э. д. ,с., индуктируемая в фазе
обмотки якоря (статора), определяется по формуле
Е = 4,44k06 fw Ф,
(35)
где k 06 - обмоточный коэффициент ·обмотки якоря;
w- число последовательно соединенных в1итков фазы об­
мотки якоря;
Ф - магнитный поток на полюс, вб.
Полезная (отда·ваемая) мощность трехфазного
генератора определяется по формуле
Р2= 3UФ/Фcos9 = УЗИлlл cosер,
где ИФ и Ил- фазное и линейное напряжения;
/Ф и lл- фазный и линейный токи;
cos С?- ·коэффициент мощнос11и нагрузки.
К:оэффициент полезного действия синхронного
есть отношение полезной (отда,ваемой) мощности
генератора к подводимой к нему мощности:
1l=Р2=Р2
=1-
'f, р
Р1 Р2+'i:, Р
Р2+'i:, Р
* В настоящее время нередко применяют выпрямители.
синхронного
(36)
генератора
оинхронного
(37)
245


где Р2 -полезная (отдаваемая) мощность синхронного reнe­
:pa1'0tpa;
Р1 - мощность, подводимая к синхронному генератору;
~р - сумма всех потерь.
Характеристика холостого хода трехфазного генератора
Характеристика холостого хода трех,фазноrо синхронного ге­
нератора представляет сабой зав1Исимость фазной э. д. с. Е х
rенера-гора от тока возбуждения / 9 пр,и постоянной ном·иналь­
ной скорости вращения пн (,или частоте f) и при токе нагруз­
ки /=О (при разомкнутой внешней цепи):
Ех=f(/9)прип=nн=constи/=О.
Так как ,при холостом ходе э. д. с., индукт.ируемая в фазе об­
мотки, равна напряжению (Ех= Их), то Их =f (/8 ) при n=nн =
= constи/=0.
Снятие характер1истики холостаr.о хода производится по одной
из схем, изобр,аженных на рис. 168, а, 6, в, г. ,В 1этих ,сх,емах Р 1
и Р2 -тр,ехполюсные рубильники; Р и Р8 - двухполюсные ру­
бильники; П - пр,едохранители; А1, А 2 и Аз - амперметры, из­
меряющие линейные токи; А - аМ'перметр, ,измеряющий ток
возбуждения оинхронноrо генератора; V - ,вольтметр со щупа­
ми, измеряющий фазное и линейные напряжения; W1 и Wп -
ваттметры, ,измеряющие ак1'ивную мощность; ТТ - транс-форма­
тор тока; ОВ - ,обмотка возбуждения; r - регулировочный ре­
остат в цепи возбуждения синхронного генератора; r п- пуско­
вой реостат; r рг - регул-ировочный реостат в цепи возбуждения
дв,иrателя параллелыного воз·буждения.
Амперметры и вольтметр, в·ключенные в схему двигателя по­
стоянного тока параллельного возбуждения, служат только для
контроля величины нагрузки двигателя.
Опыт снятия характерис1'ики холос1'ого хода п~роизводится
следующим образом. Посредством двигателя постоянного тока
параллельного возбуж•д•ения * синхронный генератор приводит­
ся во вращение с номинальной скоростью вращения ** пн, ко­
торая во вр,емя опыта поддерживается постоянной.
Первый отсчет по приборам производим при разомкнутой
цепи возбуждения (рубильник Р8 не включен), так как в-след­
ствие остаточного магнетизма в обмотке якоря (в статоре) ин­
дуктируется э. д. с. Затем включаем рубильник Р8 , при этом
регулировочный реостат должен быть полностью включен, и
делаем второй отсчет по приборам.
* О пуске двигателя постоянного тока параллельного возбуждения и
регулировании его скорости вращения см. работу No 35.
** Номинальная скорость вращения указывается на его щитке.
246


По;сле этого, постепенно выводя реостат r, мы будем увели­
чивать ток возбуждения / 0 до такой величины, чтобы напряже­
ние на зажtимах генератора было бы болыше номинального на
20-30%. Затем при помощи реостата r начинаем постепенно
уменьшать ток возбуждения до нуля, т. е. последний отсчет по
при'6орам производим при. разомкнутой цепи возбуждения (ру­
бильник Р0 выключен). При каждом изменении тока возбужде­
ния зап,исываем показания приборов в табл. 48.
Таблиц а 48
из,,,ерено
l
Е =их1UAB=ЕАВ\ИВС=ЕВС IИСА -ЕСА
в
х
с=
CV=
Примечание
А
.
с
)Щl.1а 1вIдел. 1
1дел.1
1дел.1
?
дел.
8
8
8
~
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
При снятии характерист-ики холостого хода проверяем сим­
метричность обмотки якоря (статора), для этого измеряем
вольтметром все три линейные напряжения (линейные э. д. с.).
Есл,и фазные э. д. с. генератора синусоидальные, то будем иметь
Ел = УЗ. Если же форма кривой фазной э. д. ,с. не синусои­
Ех
дальна, то V3Ех>Ел.
Если •при сня11ии характеристики скорость .вращения пн не
поддерживается постоянной, то при каждом изменении тока
возбуждения следует записывать скорость вращения п'. Затем
полученные значения э. д. с. Ех' пересчитываем на номиналь­
ную скорость вращения пн по формуле
Е=Е'nн
(38)
х
хп',
где Ех' - э. д. с., индуктируемая в фазе о·бмотки я•коря (стато­
ра), при скорост,и в,ращения п';
Е х - э. д. с., индуктируемая в фазе обмотки статора, при
номинальной скорости вращения пн.
247


t-.:>
t;
qJ
Ps
п
tY)
Ро
п


1--. :)
;!о
Иt
r0-i
Р.,~r п,:
08
А
1-1
:JT08 r
д
б)
z)
Рис. 168. Схемы для снятия хар.жтеристик трехфазного синхронного генератора:
а - n,ри помощи двух ваттметров, б
-
при помощи одного ваттметра с ваттметроnым переключателем, в - при по­
мощи двух ваттметроn и тр::шсфор:\tаторов тока, г - при ПOil·toIЦИ трехфазного n;:~ттыrтра и трансформаторов тока


На основани.и полученных данных опыта ·строим характери­
стикv холо,сто·го хода как показано на рис. 169. Из кривой
рис .• 169 ВИДНО, ЧТО вначале Э. Д. С. возрастает ПОЧ'ГИ ПрЯМОЛИ·
нейно. Затем с увеличением тока возбуждения наступает маг­
Ех
~
нитное насыщение стали и
увеличени:: пот,ока ра·ссея­
ния, поэтому повышен 1и·е
э. д. с. происходит значи­
тельно медленнее .и кри,вая
характеJристики
холостого
хода в этой части ,и~меет за­
гиб в виде 1юлена, а при
сильных насыщениях она
снова ,переходит •в почти_
прямую лиН1ию, но ·с мень­
шим наклоном •по отноше­
нию к оси .абоцис·с.
1
!
Вследствие я,влен.ия г.и­
ст•ерезиса магнитной цепи
генератора кривая II не ·со­
Рис. 169. Характеристика хо.1остого хо- впадает .с кривой /. За ,шра­
да трехфазного синхронного генератора
кт,иrческую кривую ха·ракте-
QL-----------
ристики холостого хода при­
нимают среднюю кривую / / /, проведенную между кривы­
ми/и1/.
Внешняя характеристика трехфазного синхронного генератора
Внешняя характеристика трехфазного синхронного генер.ато­
ра представляет собой за,висимость напряжения И на зажимах
генератора от тока / нагрузки п,р,и пост,оянном токе возбужде­
ния / 0 , при постоянной номинальной скорос-ги вращения пи
и
пр.и постоянном коэффициенте мощности cos q> нагрузки: И =f (/)
при /в=const, п =п" = const и cosq>= const.
Снятие внешней характеристики произво~ится по одной из
схем, .изображенных на рис. 168, а, 6, в, г. Опыт сня11ия внеш­
ней характеристики при чисто активной нагрузке производится
следующим образом. При помощи двигателя постоянного тока
параллельного возбуждения генератор приводится во вращение
с номинальной скоростью пн, которая во время опыта подде.р­
живается постоянной. При разомкнутой внешней цепи в цепи
возбуждения реостатом r устана·вливаем такой ток, чтобы при
холостом ходе напряжение на зажимах генератора было номи­
нальным. Во время опыта ток в цепи возбуждения поддержи­
вается постоянным.
Затем включаем рубильник Р 1 , постепенно нагружаем гене­
ратор до номинального тока или немного боль1Ше ак11ивной на•
250


грузкой (рубильник Р2 разомкнут). При каждом изменении то­
ка 1 нагрузки зап.исываем показания приборов в табл. 49.
Опыт снятия внешней характер1истики при индуктивной
( смешанной) нагрузке при cos ер= 0,8 производится сл•едующим
образом. В цепи возбуждения реостатом r устанавливаем ток
такой величины, чтобы напряжение на зажимах ,генератора пр·и
холостом ходе было равно номинальному. Затем, включив ру­
бильники Р1 ,и Р2 , постепенно увеличиваем ток нагрузки от ну­
ля до номинального или немного больше. Во время опыта cos ср
поддерживается постоянным и определяется по формуле
р
cos9=
_
,
lf3 UI
(39)
где И= Илв+Ивс+Исл
"
3
-
линеиное напряжение;
I= I,+12+Iз - линейныйток;
3
Р=Р1 ±Рп - мощность, отдаваемая генератором
во внешнюю цепь.
Если снятие внешней характеристики производится по схе­
мам рис. 168, в и г, то показания ваттметров умножаются на
номинальный коэффициент траноформации траноформатора
тока.
Если cos ер получается больше заданного, то следует умень­
шить активную нагрузку и увеличить воздушный зазор (щель)
в сердечнике реак11и,вной катушюи. Если же наоборот, cos ер
меньше заданного, то следует увеличить акгивную нагрузку и
уменьшить воздушный зазор в сердечнике .реактивной кату~:шки.
При кажд:ом изменении нагрузки записываем показания прибо­
ров в табл. 49.
На основании полученных данных строим внешние хара·кте­
ристики, как показано на рис. 170, а. Из этих кривых видно,
что напряжение на зажимах генератора с увеличением нагруз­
ки уменьшае-гся, и чем меньше cos ер, тем меньше напряженне
генератора.
Уменьшение напряжения генератора с увеличением нагрузки
вызывается двумя причинами:
падением напряжения в активном ,и реактивном сопротивле­
ниях обмотки якоря (статора);
• реакцией якоря*.
Внешнюю характеристику можно снять и другим способом,
т. е. генератор нагружаем до номинального тока, а реостатом r
"' При емкостной нагрузке с увеличением тока нагрузки напряжение на
зажимах генератора возрастает, это объясняется подмагничивающнм дей­
ствием реакции якоря.
251


l'v
CJ1
l'v
No
п/п
1
2
3
4
5
6
7
No
п/п
1
2
3
4
5
6
7
UAB
1
иве 1
UCA
Cv=
дел.1в jдел.1 в jдел.jв
I,
1
I,
1
/3
СА=
дел,1а)дсл.1а jдел,1а
Измерено
I,
1
I,
1
/3
с=
А
дел.\а/лел.1а Iдел.!а
Измерено
Iв
pl
1
PII
с=
А
Cw=
~ дсл.!вт j дсл.lвт
Таб.11ица 49
Вычислено
/в
pl 1· pll
пи
и
[
р
дU0/о
---
--------
Примеча-
ние
СА=
с.=
w
об/мин 8
а
вт
°!о
~ дел.jвт j дел./вт
Таб.11ица 50
Вычислено
п=nн= const U =U8= const
[
р=pl±PII cosер=const
Прнмеча-
ние
об/мин
8
"
вт
-


в цепи возбуждения устанавливаем та·кой ток, чтобы напряже­
ние на зажимах генератора было номинальным. Ток возбужде­
ния 1в.и , который уста,навливает,ся в эт,ом ·с.nучае, называется
номинальным. Затем постепенно уменЬ1шаем :нагрузку ,генератора
до нуля. Во время опыта ток возбуждения, скорость вращения
и коэффищиент мощнос11и . (cos qJ=0,8) поддерживаются посто­
янными. При каждом изменении нагрузки показания приборов
записываем в табл. 49.
uг---~
t
и"
l
()L__
__J!_,_________
- -:/
а)
о!_J_
_________
,._
-1
5)
Рис. 170. Внешние характеристики трехфазного синхронного генератора
приcosер=1нcosер=0,8:
а - при изменении нагрузки от О до номинальной, б
-
при изменении нагрузки от номи­
нальной до О
ЕсJ11и при снятии внешней характеристиюи окорость враще­
ния не остается пос·юянной, то полученные значения напряже­
ний И' щриводятся к ном·инальной скорости ,вращения по фор­
муле
И=U'nн
п''
(40)
где И' - напряжение ,на зажимах генератора при с1юрости вра­
щения п';
И - напряжение на зажимах генератора при номинальной
скорости вращения пн.
На основании полученных данных строим внешние характе­
ристики (рис. 170, 6), из которых видно, что напряжение на за­
жимах генератора с уменьшением нагрузки увеличивается.
Имея внешнюю хшрактеристику (рис. 170, а) генератора, мож­
но определить в процентах относительное понижение напряже-
253


ния при переходе от режима холостого хода к режиму номи­
нальной нагрузки по формуле
ЛИ°!о= Ин.х - И_100,
(41)
Ин.х
где Ин.х - ,напряжен~ие на зажимах генератора при холостом
ходе, ·равное номинальному;
И - напряжение на зажимах генерат,ора при номиналь­
ной нагрузке.
Относительное повышение напряжения в процентах при пе­
реходе •ОТ режима номинальной нагрузки к режиму холостого
хода (рис. 170, 6) определяется по формуле
Л V°lo = Их~ Ин· 100,
(42)
где Их - напряжение на зажимах генератора при холостом
ходе;
Ин - номинальное напряжение на зажимах генерат-ора при
номинальной н_агруз·ке.
Регулировочная характеристика трехфазного с'Инхронного
генератора
Регулировочная характеристика трехфазного оинхронног()
генератора предст.авляет ,собой зависимость тока возбуждения­
/в от тока / нагрузки при неизменном номинальном напряже­
нии Ин на зажимах генератора, при постоянной номинальной
скорости вращения пн и при постоянном коэффициенте мощно­
стиcosер:/в=f(!)приИ=U11= const,п=пн= constиcos9=
= const.
Снятие регулировочных характеристик ~производится по од­
ной из схем, •изображенных на рис. 168, а, 6, в, г. Снятие регу­
лировочной характеристики для чисто активной нагрузки (при
cos <р= 1) производится следующим образом. При помощи ;:~:ви­
rателя постоянного тока параллельного возбуждения генератор
приводится во вращение с номинальной скоростью п11 , которая
во время опыта поддержш·вается постоянной.
В цепи возбуждения устанавливаем такой ток, чтобы при·
холостом ходе (т. е. при разомкнутой внешней цепи) напряже­
ние генератора было равно номинальному. Затем включаем ру­
бильник Р 1 , постепенно нагружаем генератор до номинального
тока или немного боJшше акгивной нагрузкой (рубильник Pz
разомкнут). Во время опыта напряжение на зажимах генерато­
ра поддерживается неизменным и ра,вным номинальному (при
помощи реостата r в цепи возбуждения). При каждом измене­
нии тока / нагрузки записываем показания приборов в табл. -50.
254


Регул.ировочная характеристика при индуктивной (смешан­
ной) нагрузке при cos (j)=0,8 снимается та1к же, как и при ак­
тивной нагрузке, но отличается только тем, что во время опыта
коэффицие1,п мощност,и поддерживается постоянным.
На основании полученных данных
(согласно табл. 50) строим регули­
ровочные ха~рактеристики, как по­
казано на рис. 171. Из изображен­
ных кривых видно, чтобы напряже­
ние тенера'ГО!ра оставалось постоян­
ным п,ри ~изменении ·нагрузки, нуж­
но ,при у,вели,чении нагрузки ток
возбуждения / в увеличивать, а при
уменьшении на1грузки - уменьшать.
lв
t
о------------
-1
Кроме тог.о, увеличение тока воз­
буждения / в при одном и т,ом же
токе I наrгрузки зависит также от
к,оэфф,ициент.а мощности cos {j)- Чем
меньше cos {J), н~м больше ·юк ·воз­
буждения (при индуктивном харак­
тере нагрузки).
Рис. 171. Регулировочные ха­
рактеристики трехфазного син­
хронного генератора
Порядок проведения работы
1: Ознакомиться с устройством трехфазного синхронного
генератора и записать данные его щитка и данные измеритель­
ных приборов.
2. Собрать одну из схем, изоб1раженных на рис. 168, а, 6,
в, г.
3. Снять характерист,ику холостого хода.
4. На основани,и полученных данных опыта (согласно
табл. 48) построить характерис"Гику холостого хода.
5. Снять внешние характеристики при активной нагрузке
(ПР'И cos (j)=l) и при индуктивной (смешанной) нагрузке (при
COS(j)=0,8).
6. На основании полученных данных опыта и подсчета (со­
глас,но табл. 49) построить внешние характеристики.
7. Снять регулировочные характеристики пр.и активной на­
грузке (при cos {j) = 1) 1и при индуктивной нагрузке ( при cos {j) =
=0,8).
•
8. На основании полученных данных опыта и подсчета ( со­
гласно та,бл. 50) построить регулировочные характеристик;и.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется синхронной машиной?
12. Опишите устройство синхронного генератора и принцип его работы.
255


З. Что называется турбогенератрром?
4. Что называется гидрогенератором?
5. Напишите формулу д,1я э. д. с., индуктируемоf1 в фазе обмотки яко­
ря (статора).
6. Что такое реакция якоря?
7. Начертите внешние характеристики синхронного генератора для чисто
активной нагрузки (cos <р = 1) и для индуктивной (смешанной) нагрузки
(cos ер<!).
8. Почему при индуктивной (смешанной) нагрузке напряжение на зажи­
мах генератора при том же токе нагрузки будет меньше, чем при чистс~
активной нагрузке?
9. Напишите формулу полезной мощности трехфазного синхронного
генератора.
10. Напишите формулу коэффициента полезного действия трехфазного
синхронного генератора.
11. Почему при одном и том же токе нагрузки ток в цепи возбужде­
ния синхронного генератора должен быть больше при индуктивной (смеша\'1•
ной) нагрузке (cos ер< 1), чем при чисто активной нагрузке (coscp = !)?


Глава IX
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
РАБОТА No 34
ИСПЫТАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО
ВОЗБУЖДЕНИЯ
Цель работы
Целью работы являе'Гся ознакомление с конструкцией гене­
ратора постоя·нного -гока параллельного возбуждения и снятие
характеристик: холостого хода, внешней и регулировочной.
Общие сведения
На рис. 172 показана машина постоянного тока в раз,обран­
ном -виде. Машина постоянного тока состоит из двух частей: не­
подвижной части, которая служит для создания магнитного
потока, и вращающейся части, называемой якорем. По анало­
гии с машинами переменного тока неподвижную часть следова­
JЮ бы называть статором, а вращающуюся часть - ротором, но
эт:и термины в настоящее время не находят широкого п-р,име­
нения.
Неподвижная часть машины постоянного тока состоит и.з:
тлавных или осн.овных полюсов, которые служат для созда-
ния основного магнитного потока;
•
дополнительных полюсов, которые служат для безыскровой
работы щеток на коллекторе;
·станины.
Якорь состоит из:
зубчатого сердечника якоря;
уложенной на нем обмотки;
коллектора;
щеточного аппарата.
Сердечники главных полюсов собираются из отдельных лис­
тов электротехнической стали толщиной 0,5-1 мм. На сердеч­
нике полюса помещается обмо11ка возбуждения, по которой про­
ходит постоянный ток.
17-2546
257


Дополнительные полюса уста,навл.иваются между главными
полюсами. Сердечники дополни"J;ельных полюсов выполняются
массивными, а пр:и резко переменной нагрузке делаются из ли­
стовой стали.
Обмотка дополнительных полюсов соединяется последова­
тельно с обмоткой якоря. Станина является неподвижной
ча,стью машины, к которой крепятся главные и дополнительные
Рис. 17'2. Машина постоянного тока в разобран­
ном виде:
1 - станина,
2- якорь, З
-
подшипниковые щиты,
4 - траверса со щеткодержателями, 5
-
крышка, п.ри­
крывающая зажимы, б - щетка, 7 -- пруж11на
полюса, Станина выполняется из стали или чугуна. Сердечник
якоря собирается rиз листов электротехНtической стали rголщиной
0,5 мм. Листы между собой изолируются лаком ил.и бумагой.
Это делается для "ЮГО, чтобы уменышить потери от вихревых
токов. Обмотка якоря при,соединяется к коллектору, который
делается из медных пластин. Пласт,ины коллектора изолируют­
ся друг от друга и от корпуса коллектора миканитом.
Чтобы отводить ток от в1ращающегося коллектора или под­
водить к нему ток, применяется щеточный аппарат, который со-
258


СТОИТ ИЗ щеток, щеткодержателей, щеточных пальцев И щеточ­
НОЙ траверсы.
Машины постоянного тока, как и машины переменного тока,
могут работать как ,генератора;м'и, так и двигателями. По спо­
собу возбуждения генераторы постоянного тока делятся на ге­
нераторы незавиоимото возбуждения ·и генераторы с самовоз­
буждением. У генера'Гора с независимым возбуждением обмот­
ка возбуждения питается от постороннего источника, например
от аккумуляторной батареи или от другого ге,нератора постояr-1-
ного тока. У генераторов с самовозбуждением обмотка возбуж­
дения питается от самого гене.ратора.
Генераторы с самовозбуждением делятся на генераторы па­
раллельноr,о возбуждения, у которых СJбмо-гка возбуждения при­
ключается параллельно к обмотке якоря; генераторы последо­
вательного возбуждения, у которых обмотка возбуждения со­
единяется посл,едовательно с обмоткой якоря; генераторы сме­
шанного возбуждения, у ко'J\орых имеются две обмотки возбу­
ждения - параллельная и последовательная.
Мы рассмотрим только генератор параллельного возбужде­
ния. Э. д. с., ,индук11ируемая в обмотке якоря*, равна:
Е=рNпФ=kЕпФ
(1)
60а
'
rде
р - число пар полюсов генератора;
N - число акт,ивных проводнююв обмотки якоря;
а - ч1исло пар параллельных в,етвей обмотки якоря;
п - скорость вращения генератора, об/мин;
Ф - полезный магнитный поток одного полюса, пересе­
каемый обмоткой якоря, вб;
kE = pN - постоянный коэффициент для данного генератора.
60а..
Напряжение на зажимах тене~ратора определяется по фор­
муле
И=Е-rяlя,
'где И - напряжение на зажимах генератора;
Е - э. д. с., индукт.ируемая в якоре;
/я - ток в обмотке якоря;
r я - сопротивление цепи якоря;
rя/я - падение напряжения в цепи якоря.
Из формулы (2) найдем ток в якоре:
l =Е-И
я
•
rя
(2)
(3)
" В дальнейшем вместо термина «э. д. с., индуктируемая
в обмотке
якоря», будем употреблять термин «э. д. с., индуктируемая в якоре».
17*
259


Ток в обмот1<:е возбуждения определяе11ся по формуле
I= _!!_=
и
(4)
8
Rв Гв+Грг
где R0 =r 0 +r рг - сопро11ивление цепи возбуждения генератора;
r в - сопротивление обмотки возбуждения;
r рг - ,соП1ротивление регул,ировочного реостата.
Ток нагрузки (внешней цепи) определяется по формуле
и
I=-
r
(5)
где r - сопротивление нагрузки.
Р.
:Зная ток / нагрузки и :ток воз·бу-
Ря
Р.,
Рис. 173. Энергетическая
диаграмма
. генератора
параллельного возбужде•
ния
ЖJI;ения / 0 , ,можно определить ток в
якоре по формуле
(6)
Процесс прео-браз,ования механиче­
ской энергии в электр 1ическую в гене­
р ато.р е постоянного тока параллель­
но·го возбуждения хо1рошо м-ожно ил­
люстрировать при помощи так назы­
.ваемой энергетической диаграммы
(рис. 173). Если М1
-
мо,мент на валу
первичного двигателя, ffi - угловая
скорость вращения якоря генератора,
то механическая мощность Р1, подво­
димая к генератору от первичного
двигателя, будет равна:
Р1 =Мш.
(7)
!При вращении генератора без на­
грузки, т. е. при холостом ходе, в нем
возникают механические потери Р мех
и потери в стали Р ст , которые равны мощности холостого хода:
(8)
Если из мощности Р1, подв1одимой к генератору, вычесть
мощность холостого хода Рх, то получим электромагнитную
мощность:
(9)
Вычитая элеК'Грические потери (потери в меди) в цепи якоря
rиfя2 из электромагнитной мощности Рэм , мы получим мощ­
ность, развиваемую я1<:орем:
(10)
260


Полезная (отдаваемая) м,ощность генератора меньше мощ­
ности Р2 ', развиваемой якорем, на величину потерь в цепи воз­
буждения Рв = И! в:
(11)
где Р2 - полезная мощность, т. е. мощность, отдаваемая гене­
ратором в сеть;
I - ток во внешней цепи (нагрузки);
И - :на•пряжение на з,аж~имах генератора.
К:оэффициент полезного действия генератора равен отноше­
нию полезной мощности Р2 генератора к мощно•сти Р,, подво­
димой к нему:
(12)
или
(12')
Характеристика холостого хода генератора ,параллельного
,возбуждения
Характеристика холостого хода генератора параллельного
возбуждения представляет собой зависимость э. д. с. Ех, индук­
тируемой в ююре, от тока воз1буждения / в при постоянной но­
минальной скоростrи вращения пн и при 11оке во :внешней цепи,
равном нулю (при разомкнутой внешней цепи):
Ех=f(/в) при n=nн=const и 1=0.
На рис. 174 показана схема соед;инения генератора парал­
лельного возбуждения для снятия ,его характе,ристик. В этой
схеме Я -- якорь генератора параллельного возбуждения;
ОВ - обмотка возбуждения; rрг - ·регулировочный реостат в
цепи возбуждения; Р и Р, - двухполюсные рубильники; Р в
-
однополюсный рубильник; П - предо~ранители; А и Ав
-
ам­
перметры, измеряющие ток нагрузки / и ток возбуждения / 8 ;
V - вольтметр, измеряющий напряжение на заж1имах генерато­
ра; r - нагрузочный реостат (или лампы накаливания); ДП В
-
двигатель постоянного тока параллельного возбуждения*, ко­
торый служит первичным двигателем; r п - ,пусковой реостат.
Амперметры и .вольтметр, включенные в схему дв,игателя па­
раллельного возбуждения, служат толыю для кюнтроля вели­
чины нагрузки двигателя. Опыт снятия характеристюш холо-
* Вместо двигателя постоянного тока параллельного возбуждения ино­
гда применяют асинхронный дв·игатель.
261


стого хода производится следующим образом. При помощи дви­
гателя постоянного тока параллельного возбуждения генератор
приводится во вращение с номинальной скоростью, которая из­
меряется тахометром и во время опыта поддерживается посто­
янной. Внешняя цепь при снятии ха·рактеристики холостого хо­
да остается .разомкнутой, т. е. рубилЬ'НiИК Р не включен.
Первый отсчет по прибо­
рам делаем при ,разомкнутой
:цепи ·возбуждения (рубиль­
ник Рв разомкнут). Так как.
•генератор ,обладает остаточ­
ным магнетизмом, то при
18 =0 в яко1ре -индуктируется
•э. д. с. Затем •включаем ру­
бильник Р 8 , ,пр~и этом реостат
r рг должен быть полностью
включен, и пос~пенно увеличи­
ваем ток возбуждения только
в одном направлении - от ну­
ля до такой величины, •ПJри ко­
торой напряжение на зажи­
мах генератора будет равно
"{1,'2-1,25) Ин, После этого на­
чинаем по.степенно уменышать
ток ,возбуждения до нуля, т. е.
вводим Р'еостат r pr. Последний
•отсчет по приборам делаем
при разомкнутом ~рубильни­
ке Рв . При каждом изменении
Рис. 174. Схема соединения генера­
тора параллельного возбуждения и
приводного двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения
тока возбуждения записы,ваем показания приборов в табл. 51.
Таблиц а 51
Измерено
Ех~Их
IB
n=n
н
No
n/п
Cv=
СА=
Примечание
дел.
1
а
дел.
1
а
об/мин
1
2
3
4
5
6
7
8
262


Если при снятии характеристики холостого хода скоро:сть
вращения генерат10ра не остается постоянной, то необходимо
одновременно с отчетом показаний по приборам измерять так­
же скорость вращения (число оборотов) генератора. Затем по­
лученные значения э. д. с. Ех' пересчитываем на номинальную
скорость вращения по формуле
Е =Е'.!!:!!...
х
хп',
(13)
где Ех - э. д. с., индуктируемая в яко.ре при номинальной ско­
рости вращения nн;
Ех' - э. д. с., индукrnруемая в ююре при скоросrи в·раще­
ния п'.
На основании полученных данных ('согласно табл. 51) стро­
им характеристику холостого хода, как показа,но на ри,с. 175.
Из кр:ивой / видно, что э. д. с. вна­
чале возрастает почти прямолиней­
но, а затем с увеличением тока воз­
буждения наступает магнитно·е на­
сыщение стали. Вследствие это·го
поток рассеян,ия возрастает и уве­
личение э. д. с. происходит значи­
тельно медленнее. Кривая II вслед­
ствие явления г.исrе1резиса магнит­
ной цепи тенератора лежит выше
кривой /. Поэтому при снят,ии ха­
ракт,ерист,ики холостого хода сле­
дует изменять ток плавно и только
в одном направлении, т. е. увеличи­
вать или уменьшать.
За практическую кри·вую хара­
ктеристики холостого хода прини­
мают среднюю кривую III, прове­
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
IA
Рис. 175. Характеристика холо­
стого, хода генератора парал­
лельного возбуждения
денную между обеими ветвями. По кривой III характеристики
холостого хода (рис. 175) можно определить ток возбуждения
генератора, соответствующий номинальному напряжению на
зажимах его при холостом ходе и номинальной скорости враще­
ния пн ( отрезок ОА на рис. 175).
Внешняя характеристика генератора параллельного
возбуждения
Внешняя характеристика генератора параллельного возбуж­
дения представляет собой зависимость нап;ряжения И на зажи­
мах генератора от тока I нагрузки при постоянном сопроТtИвле-
263


Hil-lИ Rв цепи возбуждения и при постоя,нной номинальной ско­
рости вращения пн:
И=/(1)приR0= r0+rрг= constип=пн = const.
Схема для сня'Гiия внешней характеристики генератора параJJ­
лель·ного возбуждения изображена на рис. 174.
Опыт ·сня'Гl!Я внешней ха•рактеристики производится следую­
щим образюм. При помощи двiИгателя постоянного тока парал­
лельного возбуждения генерат·ор при,водится во враще,ние с но­
минальной скоростью пн, коГ'орая во время опыта поддержи­
вается постоянной. 3-атем в цепи воз-буждения устанавливаем
такой ток, чтобы напряжение на зажимах генератора при холо­
стом )Юде было равно номинальному. После этоrо начинаем по­
степенно нагружать генератор до номrинального тока ,или немно­
го больше, т. е. уменышаем сопротивление нагрузки. Число из­
мере-ний следует взять не менее восьми.
При каждом изменении тока нагрузки записываем показа­
ния приборов в табл. 52.
Таблиц а 52
Измерено
Вычислено
и
1
I
1
Jв \ n=nн Е=И+гя/я1 UI
No
Cv=
1
СА=
1
СА=
Примечание
пjп
дел., в \ дел., а \ дел.\ а обjмин
8
вт
1
2
3
4
5
6
7
Есл1и Ин.х - номrинальное напряжение на зажимах генерато­
ра при х·олостюм ходе, а И - ,напряжение при ном,иналь·ном то­
ке наг,рузки, то отношение
ЛИ= Ин.х - И 100°/о
Ин.х
(14)
называется относительным понижением (падением) напряже­
ния. Внешнюю хара,ктеристику генераl\ора можно снять и дру­
гим способом.
264


Генератор приводится во вращение с номинальной ско­
ростью пн , которая во время опыта поддерживает,ся постоян­
ной. Затем наг,ружаем т•енератюр до номинального тока fн при
номиналь·ном напряжении. Ток воз·буждения ft,.н, который полу­
чается в этом случае, называется номинальным. Записав пока­
зания приборов при номинальной нагрузке, начинаем постепен­
но уменьшать ее путем увеличен1ия сопрот,ивления внешней це­
пи (нагрузки) до бесконечности, т. е. д:о холостого хода. По­
следний способ снятия внешней характеристики рекомендуется
гост 183-55.
Если Ин - номинальное напряжение на зажимах генератора
при номинальном 1'Оке на1nрузки, а Их - напряжени•е на зажи­
,мах :генератора rпри холос·юм ходе, то отношение
ЛИ= Их- Ин 1003⁄4
(15}
Ин
называется повышением напряжения генератора.
Оогласно ГОСТ 183-55 номинальным изменением напряже­
ния генератора называется изменение напряжений на его зажи-
мах при изменении нат~рузки
и
,от номинальной до нуля, 1при 1г---
,сохранении номинальной ско-
1рости вращения и п1ри сохра­
нении ном.инального ,сопротив­
л1ения цепи .воз·буждения.
На рис. 176 показаны внеш­
ние .характеристики генерато­
,ра параллельного возбужде­
ния: кривая / - внешняя ха­
рактерис11ика при изменении
нагрузки от нуля до номиналь-
ной, кривая // - ,внешняя ха­
:рактеристика при изменении
нагрузки ,от ном,инальной до
нуля. Из кривой / видно, что
напряжение генератора •С уве-
личени,ем наг:рузки не остает-
ся постоянным, а уменьшается.
и,, _______-+ -',,,,__ ____.
о
А
,
,
,
,
1
,,,
1/
J----
--- --
-I
Рис. 176. Внешняя характеристика
генератора параллельного возбу­
ждения
Уменьшение напряжения на зажимах генератора происходит
от трех причин:
1) падения напряжения в цепи якоря r я/я, т. е. из фор мулы
И=Е-r я/я видно, что с у:Величением тока / я в якоре напряже­
ние генератора уменьшается;
2) реакции якоря, которая при правильно поставленных щет­
ках всегда оказывает размагничивающее действие на поток
полюсов, т. е. немного. уменьшает поток Ф;
3) уменьшения тока возбуждения.
265


~тменьшение тока возбуждения пр~оисходит вследствие того,
что напряжение И генератора с увеличением нагруз1<1и падает
от первых двух .причин, а поэтому при постоянном сопротивле­
нии цели возбуждения R0 ток возбуждения будет уменьшаться,
что видно .из формулы
и
18 =-.
Rв
В-следствие уменьшения тока возбуждения произойдет
уменьшение магнитного ПО"ГОКа Ф, а следовательно и э. д. с.
Е = kвпФ, благодаря чему произойдет дополнительное ~уменьше•
ние напряжения. При уменьшении сопротивления наrрузк;и ток
нагрузки увеличивается до не1ютороrо значения тока, называе­
мого критическим током I кр•
Дальнейшее уменьшение сопротивления наtрузк,и вызывает
не увеличение тока, а уменьшение его. Это происходит оттого,·
что при критическом токе падение напряжения генератора (оно
вызывается тремя причинами), стремящееся к уменьшению то­
ка /, начинает преобладать над уменьшением сопротивления
нагрузки (внешней цепи), стремящейся к увеличению тока /.
Бсл1и сопротивление нагрузки (внешней ,цепи) равно нулю,
то генератор замкнут накоротко. В этом случае ток в якоре
равнялся бы нулю, если ,бы не -было магнитного потока остаточ­
ного магнетизма и внешняя характеристика проходила бы через
начало коор,д.инат. Но так как генератор имеет магнитный по­
ток остаточного магнетизма, то при коротком замыкании прохо­
дит ток /к= ОА и кривая внешней хара·ктер1истики .пересекает
ось абсцисс в точке А. Из кривой / видно, что короткое замы­
кание не опасно для генератора, если оно ·происходит быстро.
Если же сопротивление нагрузки уменьшается до нуля в тече­
ние продолжительного промежутка времени и критический ток
генератора в несколько раз больше номинального, то короткое
замыкание опасно дл:Я якоря генератора. Из кривой II видно,
что при уменьшении нагрузки напряжение на зажимах генера­
тора повышается.
Регулировочная характеристика генератора параллельного
возбуждения
Регулировочная характеристика генератора параллельного
возбуждения представляет собой за,в,иои.мость тока возбужде­
ния / 8 от тока I нагрузки п1ри постоянном номинальном напря­
жении Ин на заж,имах генератора и при постоянной номиналь­
ной скорости вращения п,н :
10 = f(I)приИ=Ин=constип=пн= const.
Схема для снятия регулировочной характеристики изображена
на рис. 174. Опыт снятия ·регулировочной характеристики про-
266


изводится следующим образом. Генератор приводится во вра­
щение с номинальной скоростью, которая во время опыта под­
держивается постоянной. В цепи возбуждения устанавливаем
такой ток, чтобы на,пряжение генератора лри холостом ходе бы­
ло равно номинальному. Затем постепенно нагружаем генера­
тор до номиналь:ного тока или немного больше. После этого по­
степенно начинаем уменьшать ток нагрузки до нуля. Во -время
опыта ,напряжение генератора поддерживается постоянным пу­
тем изменения тока в цепи возбуждения. Число измерений с.-ле-
OL---------------
-1
Рис. 177. Регулировочная характеристика ге­
нератора паралле,'!ьного возбуждения
дует взять не менее восьми. Следует отметить, что при увеличе­
ни.и нагрузки, а также ,пр,и умень1Шении е,е ток 'Возбуждения
следует изменять все время только в одном направлении, т. е.
или увеличивать или уменьшать. При каждом изменении тока
·нагрузки записываем показания приборов в табл. 53. На осно­
вании полученных данных опыта (согласно табл. 53) строим
регулировочную характеристику, как показано на рис. 177.
Вследствие гистерезиса мы получаем две ветви: одну - при
постепенном увеличении нагрузки, а другую - при уменьшении.
За практическую кривую регулировочной характеристики прини­
маем среднюю, показанную на рисунке пу:нктирной линией.
Так как обе ветви регулировочной характеристики располага­
ются очень близко друг к другу, то на практике онимают только
одну из них, т. е. восходящую ветвь.
Регулировочная характеристика имеет большое практическое
значение, так как она показывает, как надо изменять ток воз­
буждения при увеличении нагрузки, чтобы при постоянной ско­
рости вращения .напряжение на зажимах генератора оставалось
постоянным.
267


Таблиц а 53
Измерено
I
/в
И=Ин=сопst n=nн=const
N.,
Сд=
Сд=
Cv=
Примечание
п/п
дел,
1
а
дел.
1
а
дел.
1
в
об/мин
1
2
3
4
5
6
7
Порядок проведения ,работы
1. Оз:накомиться с устройством генератора постоянного тока
параллельного возбуждения и приводным двигателем, записать
да1нные щитка генератора, пусковых и регулир,овочных аппаратов
и технические данные измерительных приборов.
2. Собрать -схему, изображенную на рис. 174.
3. Снять характеристику холостого хода. Число измерений
взять 1не менее восьми.
4. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 51) построить характеристику холостого хода.
5. Снять внешнюю характеристику. Число измерений взять
не менее восьми.
6. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 52) пост1роить ,внешнюю характеристику.
7. Снять регулировочную характеристику. Число измерений
взять не менее восьми.
8. На ооновании полученных данных опыта (согласно
табл. 53) построить регулиро·вочную характеристику.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
!. Начертите схему генератора постоянного тока параллельного воз­
буждения.
2. Опишите устройство генератора постоянного тока и принцип его ра-
боты.
З. Для какой цели применяются дополнительные полюса?
4. ,Какое назначение имеет коллектор· в генераторе постоянного тока?
, 5 , Условия самовозбуждения генератора постоянного тока паралле.1ь­
ного возбуждения.
6. От каких величин зависит э. д. с., индуктируемая в обмотке якоря?
268


7. Что такое реакция якоря?
8. Чему равна электромагнитная мощность генератора постоянного тока?
9. Как связано напряжение на зажимах генератора с э. д. с., индукти­
руемой в обмотке якоря?
ilO. Почему напряжение на зажимах генератора падает с увеличением
нагрузки?
11. Начертите характеристику холостого хода генератора параллельного
возбуждения.
12. Для чего и как снимается внешняя характеристика генератора па­
раллельного возбуждения?
13. Как снимается регулировочная характеристика генератора парал­
лельного возбуждения?
РАБОТА No 35
ИСПЫТАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО
ВОЗБУЖДЕНИЯ
Це"1ь работы
Целью работы является ознакомление с конструкцией двига­
геля постоянного тока параллельного возбуждения, изучение пус­
ка двигателя, регулирование скорости вращения, изменения на­
правления вращения и снятие ра,бочих характеристик.
Общие сведения
Двигатели постоянного тока, так же как генераторы постоян­
ного тока, в зависимости от -способа включения обмотки возбуж­
дения делятся на двигатели параллельного воз'буждения *, у ко­
торых обмотка возбуждения приключается параллельно к об­
мотке якоря; двигатели последовательного возбуждения, у
которых обмотка возбуждения соединяется последовательно с
обмоткой я.коря; двигатели смешанного возбуждения, у которых
имеются две о·бмотки возбуждения - параллельная и последова­
тельная. Мы рассмотрим двигатель параллеЛЬiНОГо возбуждения.
Э. д. с.**, индуктируемая .в обмотке якоря, равна:
Е=pNпФ=kEпФ
(16)
60а
'
где
р-число пар полюсов двигателя;
N- число активных проводников обмотки якоря;
а- число пар параллельных ветвей обмотки якоря;
п- скор'ость вращения двигателя (якоря), об/мин;
Ф- полезный магнитный поток на полюс, пересекае-
мый обмоткой якоря, вб;
kE = pN - постоннный коэффициент для данного двигателя.
60а
* Вместо термина «двигатель параллельного
возбуждения» употреб­
.1яется также термин двигатель независимого возбуждения».
** Так как э. д. с. направлена про,:-ив тока, то ее называют обратной
э. д. с. или противоэлектродвижущей силой.
269


Напряжение, приложенное к зажимам двигателя, уравнове·
шивает,ся э. д. с., индуктируемой в якоре, и падением нап1ряже­
ния в цепи якоря:
Рв
И=Е+ rя/я,
где /я - ток в якоре;
(17)
r я - сопротивление цепи якоря.
Из этой формулы можно определить ток в якоре:
д
lя= U-E
(18)
Процесс преобразования э.1ект­
рической энер·гии в -механическую
энергию в дви,гателе постоянного
тока паралле.1ьного ,возбуж.:~:ения
хорошо можно rиллюстрировать при
помощи энергетической диаграммы.
Мощность, подводимая к двигателю
из сети, определяется по формуле
Р1=UI= И(/я+/в),
(19)
где
/0-
ток возбуждения;
I=Iя+/0-
ток двигателя.
Рис. 178. Энергетическая диа­
грамма двигателя параллель­
ного возбуждения
Так как ·в д,вигателе и1меются
потери в цепи воз·буждения Р в=
=И/в и ·потери в цепи якоря Р я=
=r /я 2, то, вычитая эти потери из
,мощности Р1, подводимой к двига-
телю, мы получим элект1ромагнит­
ную мощность Р эм (рис. 178). рав­
ную полной механической мощ­
ности Р2', развиваемой двигателем:
Рэм=Р2' =Р1 - (И/0+ rя/я2)= И(/я+/в) - (И/в+rя//) =
=И/я - r/я2 = Еfя.
(20}
Если из полной механической мощности Р2 ', развиваемой
двигателем, выче,сть потери в стали Р ст и механические потери
Р~,ех , то получим полезную м·ощность Р2 на валу двигателя:
Р2=Р2' - (Рст+Рмех)= Pz' -
Рх,
(21)
где Рх=Рст +Рмех-МОЩНОСТЬ холостого хода двигателя.
Зная полез.ный в.ращающий момент М на валу двигателя и
скорость вращения п двигателя, можно определить полезную
мощность на валу двnгателя по формуле
2 1tn
21t п
Р2 = 9,81 шМ = 9,81- М = 1,028Мп,
60
где w= 60 -угловая ск·орость вращения двигателя.
• (22)


Электромагнит,ный момент, или просто вращающий момент.
развиваемый двигателем, равен:
pN
-пФ/я
м=Рэм
=
EJя__бО_а___ pN/Ф k/Ф
ЭМ
(i)
(i)
-
2т; n
=
2-т;-аЯ = МЯ
•
(23)
60
где kм = pN - постоянный коэффициент для да,нного двигателя.
2т;а
Следовательно, электромагнит,ный момент прямо пропорц,иона­
лен току я.коря / я и магнитному потоку Ф. Электромаг,нитный
момент Мэм (при n=.const) уравновешивается моментом холос­
того хода Мхи полезным моментом М на валу двигателя:
Мэм= Мх+М.
(24)
Скорость в,ращения двигателя найдем из формулы ( 16)
(25)
Пуск в ход двигателя параллельного возбуждения
Так как при луске двигателя скорость вращения якоря равна
нулю (п=О), то э. д. с. (Е=kв пФ) также равна нулю. Поэтому
при включении двигателя непосредственно в сеть, т. е. без доба­
вочного сопротивления, пусковой ток будет ра1вен:
и
fя.п=- •
Гя
Этот. ток будет очень большим [/я.п = (50+10) /я.и, ГДЕ.>
/,.н- номинальный ток якоря], так как сопротивление якоря
обычно невелико. Чтобы уменьшить пусковой то.к последователь­
но с якорем, включают пусковой реостат. В этом случае пусковой
ток будет равен:
и
/яп=---,
•
Гя+Гп
(26)
где r п - сопротивление пускового реостата.
Как только двигатель начнет вращаться, в якоре будет ин­
дуктироваться э. д. с., поэтому ток в якоре по мере разгона дви­
гателя будет уменьшаться, т. е.
Г=И-Е
(27)
я.п rя+rп
Поэтому с увеличением скорости вращения двигателя сопротив­
лешие лускового реостата постепенно выводится. Когда скорость
271


вращения двигателя будет приблизительно равна :номинальной,
<:опротивление пускового реостата должно быть полностью вы­
ведено. Следует отметить, что при пуске двигателя в ход регу­
.лировочный реостат в цепи возбуждения должен быть полностью
выключен, чтобы иметь максимальный ток возбуждения и мак·
{:Имальный маг.ни1шый поток, следовательно, чтобы получить
наибольший момент (см. формулу 23).
Рабочие характеристики двигателя параллельного
возбуждения
Рабочие характеристики двигателя параллельного возбужде­
ния представляют собой зависимо,сть скорости вращения п, вра­
щающего момента М, тока / я якоря и к. п. д. 'l'J от полезной
мощности Р2 на валу двигателя при постоянном номинальном
.напряжении Ин на зажимах его и при постоянном токе возбуж­
дения Iв:
п, М, /я, 1/ = j(P2 ) при И= Ин= const И /в= /в.и= const.
Иногда рабочие характеристики представляют не в зависимости
ОТР2,аотто.ка/я,т.е.п,м,Р2,1/=jUя)приИ=Ин=
=constи/в=/в.н = const.
На рис. 179 показана схема двигате­
ля постоянного· тока параллельного воз­
буждения для снятия .рабочих ха•ракте­
ристик. Опыт снятия ра·бо,чих характери­
стик производится следующим обр,азом.
Пусковой реостат в момент пуска дол­
жен быть полностью включен, а регули­
ровочный реоста-г r Р должен быть пол­
ностью выведен. Включаем рубильник Р
•и •ПО мере разгона двигателя сопротив­
ление пускового реостата постепенно вы­
водится. Когда двигатель будет иметь
скорость вращения, близкую к номиналь­
ной, пусковой реостат должен быть пол­
ностью выключен.
В начале опыта дв.игатель наг~ружаем
до номинального тока / н (номинального
момента) при ,номинально,м напряже­
ниrи Ин , а в цепи ,возбуждения устанав­
ливаем номинальный ток возбужде­
Ряс. 179. схема двиrа- н•ия / в.и , чтобы при данной налрузкt'.
-теля параллельного воз- двигателя скорость вращения его была
'272
буждения -
равна номинальной пи. За11ем нагружа,
ем двигатель до тока / = 1,2/н при помо-


щи тормоза или при ~помощи генератора постоя,нноrо 11ока неза­
виоимоrо ИЛ!И параллельноr~о возбуждения. После эт:оrо посте­
пенно уменышаем на1грузку двигателя до нуля, т. е. последний
отсчет по приборам производим пр!И холостом ходе дв.иrа-геля.
Во время опыта напряжение на зажимах двигателя И= Ин и
ток в ~цепи ,возбуждения lв=lв.н поддерживаем постоянными.
Пр,и кажд:ом изм,енен:ии нагрузки записываем показа,ния п1рибо­
ров в табл. 54.
Таблица 54
Измерено
Вычислено
/я
1
Iв=Iв.н=constl И= uн~const 1 п
1G
м
1Р,1
Р,
1~
СА=
1
СА=
1
Cv=
.,
=
=
.,
:т
t:
дел., 1 дел. 1
1дел.1
.,
?
::;
а
а
8
об/мин KZ кГм вт вт °!о
=
с:,,
;,;
t::
1
2
3
4
5
6
7
Рабочие характеристики можно снять и в обра~ном порядке.
Пус11Ив двигатель, ~ак бьыю сказано ,ВЫIШе, нагружае,м двигатель
до номинального тока / и (номинального момента) при номи·
нальном напряжении И и, а в цепи возбуждения устанавливаем
номинальный ток возбуждения / в.и, чтобы скорость вращения
двмrателя была равна номинальной пи.
Первый отсчет по приборам делаем при холостом ходе дви­
гателя, а затем нагружаем двигат-ель до номинального тока или
немного больше.
Во время опыта ток возбуждения /в.и и напряжение Ин на
зажимах двигателя поддерживаем постоя.иными.
Полезный вращающий момент двигателя определяется по
формуле
М = lO [кГм].
18-2546
(28)
273


!Полезная мощность* на валу двигателя равна:
Р2 = 1,028Мп.
Из этой формулы видно, что
ния п вращающий момент М
при постоянной скорос1,и враще­
прямо пропорционален полезной
,мощности Р2 на валу двига­
теля, т. е. зависимость М =
=f (Р2) должна иметь вид
прямой линии, выходящей
из на:чала координат.
п
'l
Iя
м
t
Рис. НЮ. Рабочие характеристики дви­
гателя параллельного возбуждения
Так как ,с увел1ичеН1ием
нагрузки ,скорость ,в:ращения
уменьшается, то для полу­
чения той же полезной мош­
нос"Ги
вращающий мо­
мент М должен им:еть боль­
шее значение, чем при nн=
= oonst. Следовательно, за­
виоимость М = f (Р2) с уве­
личением на 1грузки немного
отклоняется от прямой, как
показано на рис. 180.
Если мы обратимся к
формуле (23). т. е.
М9м = kмfяФ,
то из этой формулы видно, что при постоянном магнитном по­
токе Ф, ток якоря / я должен был изменяться прямо пропорцио­
нально электромагнитному моменту Мэм·
Так ,как м,агнитный поток Ф при увеличении на,грузки немно­
го уменьшается, всл.едствие размагничивающего дейс"Гвия реак­
ции якоря, то для получения того же момента ток якоря / я дол•
жен иметь большее значение, чем при постоянном магнитном
потоке Ф (рис. 180).
* Если нагрузкой двигателя является генератор постоянного тока, то в
табл. 54 вместо G следует записывать напряжение И г на зажимах генера­
тора и ток / г генератора (нагрузки). Полезная мощность генератора равна:
Рг = Игlг.
Полезная мощность на валу двигателя определяется по формуле
Рг
Р2=-,
'ljг
где Т)г - к. п. д. генератора, который должен быть известен для различных
нагрузок.
Зная полезную мощность Р2 на валу двигателя и его скорость враще­
ния п, можно по формуле (22) определить полезный вращающий момент.
274


Скоростная характеристика двигателя параллельного возбуж­
дения представляет собой зависимость скорости вращения п от
тока /я якоря (или от полезной мощности Р2 на валу двигателя)
при постоянном номинальном напряжении Ин на зажимах дви­
гателя iИ при постоянном номинальном токе возбуждения / в,н:
п=f(/я)при И=Ин= constИ /0 = /0.н= const.
Скорость вращения двигателя определяется по формуле
И-rяlя
n=--"' - -"- .
kвФ
Из этой формулы видно, что при постоянных значениях на­
пряжения И= Ин 1на зажимах двигателя и токе возбуждения / в =
= I в.и уменьшение или увел'ичение ,скорости вращения двигателя
зависит только от двух причин: падения напряжения в цепи яко­
ря rя /я и реакции якоря.
С увеличением наг.рузки, а следовательно и тока / я якоря,
увеличиваются падение напряжения в цепи якоря и реакция
якоря. Первая причина вызывает уменьшение, а вторая, наобо­
рот - увеличение скорости вращения двигателя. Обычно для
большинства двигателей преобладает падение напряжения в це·
пи якоря ~над дейс11вием реакции якоря, вследствие чего скорость
вращения двигателя с увеличением ,нагрузки падает ( см.
рис. 180).
Регулирование скорости вращения двигателя параллельного
возбуждения
EcJIИ в цепь якоря включено добавочное сопротивление, то
скорость вращения двигателя определяется по формуле
n= U-(rя+rp)'lя
(29)
kвФ
где r Р - сопротивление регулировочного реостата, включенного
в цепь якоря.
Эта формула показывает, что регулировать скорость враще-
ния двигателя можно тремя споеобами:
изменением напряжения И, подводимого к двигателю;
изменением сопротивления цепи якоря;
изменением магнитного потока Ф (тока возбуждения).
Мы рассмотрим последние два способа регулирования сюJ-­
рости вращения.
Если требуется уменьшить скорость вращения двигателя по
срав1нению с номинальной, то в цепь якоря включают добавоч•
ное сопротивление (реостат). Чем больше будет включено в цепь
якоря добавочное сопротивление, тем меньше будет скорость
вращения для данной нагрузки (рис. 181).
18*
275


На ,рис. 181 показаны скоростные характеристики [механичес•
кие характеристики n=f (М)] двигателя при различных д:обавоч•
ных сопротивлениях. При даlНlюм способе регулирования скорос­
ти вращения полезная мощность на валу двигателя (Р2 =
= 1,028Мп) уменьшается прямо пропорционально скорости вра•
щения п. Коэффициент полезного действия 11 уменьшается. Дан-
1ный способ регулирования скорости вращения неэкономичен
вследствие больших потерь в ,реостате.
Рис. 181. Скоростные характери­
стики [механические характери­
стики п = f·(M)] двигателя парал­
лельного возбуждения при раз­
личных добавочных сопротивле-
ниях в цепи якоря
Рис. 1,82. Скоростные характери­
стики двигателя параллельного
возбуждения при различных маг-
нитных потоках
Опыт производится следующим об-разом. В цепь якоря вклю­
чаем добавочное сопротивление (регулировочный реостат) rp и
постепенно ,нагружаем двигатель до номинального тока (номи­
налыного момента) при помощи тормоза или же генератора
постоянного тока ~независимого или параллельного возбуждения
или же наоборот, т. е. устанавливаем номинальный ток двига­
теля и постепенно нагрузку двигателя уменьшаем до нуля. При
каждом изменении наr;рузки показания приборов записываем в
таблицу.
Если требуется увеличить скорость вращения по сравнению с
номинальной, то при помощи регулировочного реостата rрг в це·
·пи .возбуждения •мы уменьшаем ток возбуждения, а следователь­
но уменьшаем маf\нитный поток Ф, вследствие чего скорость
вращения двигателя возрастет.
На рис. 182 показаны скоросТtные характеристики двигателя
параллель1Ного возбуждения при различ~ных магнитных потоках.
Все скоростные характеристики пересекаются с; осью абсцисс в
276


одной точке. Это легко доказать, если мы обратимся к формуле
(25). Так как n=O, то формула (25) примет следующий вид:
О= U-Iяrя
kЕФ '
откуда найдем ток якоря· двигателя:
и
/я=-- =fк.
rя
(30)
Таким образом, при любом маГ1нитном потоке и при скорости
вращения двигателя, равной нулю, ток якоря / я равен току ко­
роткого замыкания двигателя / к•
При даююм способе регулирования скорости в,ращения ток
возбуждения / в и магни11ный поток Ф при включении реостата в
цепь возбуждения уменьшаются, скорость вращения п увели­
чивается, ток / я якоря увеличивается обратно пропорционально
М
const)
потоку ( /я = k эмФ = -- , мощность подводимая к двигателю,
'
м
ф
'
Р1=И Uя+lв) увеличивается, полезная мощность Р2=1,028Мп
увеличивается, а к. п. д. двигателя почти не изменяется. Следо­
вательно, да1нный способ регулирования скорости вращения эко-
11rомичен и является лучшим способом регулирования скорости
вращения.
В этом случае опыт производится следующим образом. В цепь
возбуждения включаем -сопротивление регулировочного реостата
и нагружаем дВ'игатель, как указано выше. При каждом изме­
нении нагрузки показания приборов записываем в таблицу.
Изменения направления вращения двигателя параллельного
возбуждения
Если требуется изменить ,направление в,ращения двигателя,
то следует изменить направление тока в обмотке возбуждения
или в обмотке як·оря. Обычно изменяют направление тока в
якоре.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с ко,нструкцией двигателя постоянного тока
параллельного возбуждения, записать данные его щитка, пуско­
вых и .регулировочных аппа·ратов и технические данные измери­
тельных приборов.
2. Собрать схему, изображенную на рис. 179.
3. Снять рабочие характеристи~и.
4. На ·основании получе,нных данных опыта и подсчета (со­
гласно табл. 54) пост.роить ,ра•бочие характеристики.
277


5. Снять скорос11ные характеристики для двух случаев:
когда в цепь якоря включено добавочное сопротивление (ре­
гулировочный реостат);
когда в цепь возбуждения включено добавочное со.противле·
н~ие (регулировочный реостат).
6. На ооновании полученных данных опыта построить ско­
рос11ные характеристики.
7. Изменить направление вращения двигателя.
К:ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. На каком принципе основана работа двигателя постоянного тока?
Q. Назовите основные части двигателя постоянного тока и их назначе­
ние.
3. Почему пусковой ток двигателя постоянного тока обычно больше
номинального тока?
4. Объясните, почему по мере разгона двигателя величина тока в цепи
якоря уменьшается.
5. Начертите схему включения двигателя постоянного тока параллель­
ного возбуждения.
6. В каком положении находятся пусковой реостат в цепи якоря и ре­
гулировочный реостат в цепи возбуждения в момент пуска двигателя по­
стоянноru тока?
7. Напишите формулу для электромагнитного момента двигателя по­
стоянного тока.
8. Напишите формулу для скорости вращения двигателя постоянного
тока. Какие имеются способы регулирования скорости вращения двигателя
постоянного тока параллельного возбуждения?
9. Что называется рабочими характеристиками двигателя пар'аллельного
возбуждения и как они снимаются?
'Ю. Что называется скоростной характеристикой двигателя постоянного
тока?
11. Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока?


Глава Х
ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
РАБОТА No36
ИСПЫТАНИЕ ДВУХЭЛЕКТРОДНОП ЛАМПЫ
Цель работы
Целью работы являеrгся ознакомление с конецрукцией двух­
электродной лампы, исследование ее ра,боты путем онятия ха­
рактеристик и оценка на основа1нии опытных да,нных некоторых
свойстll двухэлектродной лампы.
Общие сведения
В настоящее время электронные приборы получили широкое
применение в радиотехнике, в телемеханике, в измерительной
технике, в телевидении и т. п.
Простейшим типом электро1Нного прибора является двухэлек­
тродная лампа или диод. Если двухэлектродная лампа приме­
няется для преобразования переменного тока в постоянный ток,
т. е. для выпрямления тока, то она ,называется кенотроном.
На рис. 183 показа,но устройство двухэлек-гродной лампы
(диода). Из рисунка видно, что диод представляет собой стек­
лянную (или металлическую) колбу 1, из которой выкачан воз­
дух; внутри колбы расположены электроды - катод 2 и анод 3.
Работа электронных ламп основана на использовании явле­
ния термоэлектронной эмиссии, т. е. способности накаленного
металла испускать ,со своей поверхности электроны.
Принцип работы двухэлектродной лампы заключается в сле­
дующем. Если к аноду присоединить положительный полюс ис­
точника э. д. с., например, аккумуляторной бата;реи, а к катоду­
отрицателыный, то при прохождении через катод тока катод
накаливается и испускает со своей поверхJiюсти электроны, ко­
торые под действием электрического поля будут притягиваться
положительно заряженным анодом и в анодной цепи появляется
ток. Если бы анод был заряжен отрицательно по отношению к
279


катоду (отрицательный полюс источника э. д. с. был бы присое­
динен к а1ноду, а положительный к катоду), то электрическое по­
ле стало бы противодействовать днижению электронов к аноду,
вследствие чего вылетевшие эле,к1iроны возвращались бы к ка­
тоду и ток ч~рез лампу не проходил бы. Следовательно, мы можем
,сделать вывод, что двухэлектродная лам­
па пропускает ток только в одном на­
правлении - от анода к катоду (та·к как
направление тока принято считать об-
2 ратным направлению движения электро­
нов).
з
Рис. 183. Устройство
двухэлектродной лампы
ДвухэЛ'ектродные лампы имеют ка-
тод или прямого, или 1юсвенного накала.
В первом случае ток накала / 11 прохо­
дит через катод 1И нагревает его. Во вто­
ром случае ток накала проход1ит че~ре.з
подо;r,реватель, наг.ревающий катод ,в ;ре­
зульта-ге лучеиспускания.
На рис. 184 показаны способы включе­
ния двухэлектродной ла'мпы с питанием
:накала ,постоянным током, а на рис. 185-
способы включения двухэлектродной
лампы •с питанием накала переменным
током. У лампы с прямым накалом ам­
перм·етр должен быть включен так, как
показано на рис. 184, а.
Амперметр :измеряет разность тока
накала / н и половину анодного тока,
'
1
1 - колба лампы. 2 - катод, т. е. / н- -2 Ia. Поэтому, чтобы :измерить
З - анод, 4 - цоколь лампы
(диода):
истиное значение тока накала, следует производить измерение
при разомкнутой анодной цепи.
Бели двухэлектродная лампа с 1юсвенным накалом
(рис. 184, 6) имеет дв.а ,вывода от подоnр,евателя и отделыный
вывод от катода, то цепи анода и накала независимы друг от
друга.
Если же у лампы с косвенным накалом подогреватель внут­
ри колбы прис·оединен к катоду, то амперметр должен быть
включен так, как это показа,но на ,рис. 184, в.
Двухэлектродные лампы с электрически связанными между
собой цепями анода и накала следует включать так, чтобы ис­
точники э. д. с. а1нод,ной цепи и цепи накала находились во
встречном ,соединении (р·ис. 184, а и в).
Если питание цепи накала производится переменным током,
то для двухэлектродной лампы прямого накала выноды катода
присоединяются ко вторичной обмотке накального трансформа-
280


тора (рис. 185, а), а к сред1ней точке вторичной обмотки и к
аноду присоединяется ано_щная цепь.
На .р~и,с. 185, б и в изображены схемы, которые пояоняют пи­
тание цепи накала переменным током в случае вентилей косвен­
ного накала.
-
-
+
-
-
Подогребате
а)
б)
-
-
-
Подогребатет,
6)
Рис. 184. Способы включения двухэлектродной лампы (диода)
с питанием накала постоянным током:
а - с катодом прямого накала, б - с катодом косвенного накала, в
-
с катодом косвенного накала с подключением к нему внутри колбы
подогревателя
Так как характеристики двухэлектродной лампы с накаливае­
мым катодом зависят от температуры катода, то при снятии ха­
рактеристик необходимо стремиться к тому, чтобы мощность
накала Рн оставалась постоянной. По~ному ,в цепь накала нуж­
но включать регулировочный реостат.
Следует отметить, что превышение мощности накала Рн, а
также мощности Р1 , рассеиваемой на аноде, свыше их номи­
нальных .мощностей Рн.н и Р ,._н может привести к порче двух­
электродной лампы.
Основ1ной характеристикой двухэлектродной лампы является
анодная или вольтамперная характеристика, которая представ-
281


+
-
-
-
тн
~
+
-
-
-
Рис. .185. Способы включения
двухэлектродной лампы с питани-
ем накала переменным током:
а - с катодом прямого накала, 6
-
с
катодом косвенного накала, в - с ка·
тодом косвенного накала с подключе­
нием к нему внутри колбы подог,ре-
вателя


ляет собой зависимость анодного тока / а от анодного ~напряже­
ния Иа при постоянном напряжении накала Ин :
/ 3 =f (Иа) при Ин=const.
Анодный ток / а за,висит от анол~ного напряжения Иа и от iНапря­
жения накала Ин.
Испытание двухэлектродной лампы
Испытание двухэлек11родной лампы (диода) производится по
схеме, показанной на рис. 186. В ,этой -схеме Р, и Р2 - двухпо­
люсные рубильники; r 3 -
делитель напряжения, при помощи
которого можно изменять
анодное напряжение или
поддерживать его постоян­
ным; r н - регулировочный
.реостат в цепи нак;ала, при
помощи кото1рого можно из­
менять напряжение накала
или подд:ержи,вать ег.о по­
ст-оянным; тА - ,миллиам­
перметр, из•ме.ряющий анод­
ный ток; Va - вольтме11р,
измеряющий анодное напря­
жение; V н - вольтметр, из­
меряющий напряжение на­
Рис. 186. Схема для ис-
следования
двухэлект-
родной лампы (диода)
кала; Ан - ампе1р-метр, измеряющий ток на:к;ала. Пр•ежде чем
лриступ:ить к испытанию диода, сл·едует озна1юмиться е нома­
нальными данными, указанными на щитке диода (напря­
жение накала Ин.н, ток накала / н.н , а1нодное на,пряжение U а.н,
-мощность, рассеиваемая на аноде, Ра.н , вентильная .прочность
Ивп.11) 0
Снятие зависимости анодного тока / а от напряжения накала
Uн при постоянном анодном напряжении Ua: la =/(Uн) при
Ua =const. Опыт производится следующим образом. Включаем
еопро·тивление ,р,еостата rн полностью, затем замыкаем рубиль­
ник Р2 и реостатом rн устанавливаем ноМ'инальное напряжение
накала. Затем включаем рубильник Р, и делителем напряже­
ния r а у-стана.вливаем заданное анодное нап,ряжение Иа ', кото­
рое во время опыта ,поддерж1ива1ется ,постоянным. После это-го
изменяем 1рео,ст,атом rн напряжение накала от ~номинального до
нуля или, наоборот, от нуля до номинального через каждые
0,5 в.
При каждом изменении напряжения ~накала * запиеываем
показания приборов в та·бл. 55 . .Аналогичным образом снимаем
* При измерении тока накала / н следует анодную цепь выключать.
283


характеристики la=f (Ин) при двух других значениях анодного
напряжения Va'' и V а.н . Пр,И этом необходимо -соблюдать сле­
дующие условия:
Иа' < Иа" < Иа.н·
Мощность ~накала определяется по фо1рмуле
Рн = Инfн.
(1)
Мащность, рассеива-~мая на аноде, определяется по формуле
-ии
Рис. 187. Кривые зависимо­
сти анодного тока / а от на­
пряжения накала Ин при
постоянном анодном напря­
жении Иа, т. е. lа=f(Ин)
при Ua =const
-и..
Рис. 188. Анодные характери­
стики двухэлектродной ламп»~
(2)
На основании полученных данных опыта (согласно табл. 55)
строим кривые 1а= f (Uн), как показано на рис. 187.
Снятие анодных ( вольтамперных) характеристик la = f ( Ua)
при U8 =const. Анодные характеристики следует снять при трех
значениях ,напряжения накала, т. е. при Ин', Ин'' и Ин.я; при
этом необходимо;соблюдатьследующее условие: Ин' <Ин"<Ин.н·
Снятие анодной хара·ктеристики производит,ся следующим об­
разом. Сопротивле~ние JРеостата rн включаем полностью, зате:-.1
замыка-ем ;рубильник Р2 и реостатом rн устанавливаем заданное
напряжение накала Ин', которое во время опыта поддерживает­
ся неизменным- Включив рубильник Р1, делителем напряже­
,ния Га 1из,меняем анодное напряжение Иа от О до .зtНа'Чения
1,5 И а.н через каждые 10 в. При каждом изменении анодного
напряж,ения записываем показания •П!риборов в табл. 56.
284


Таблиц а 55
ТIIП
лампы ...
Иа = Ua'=
U8=Va"=
иа=иа·н =
No
ин1
/11
1/а
1РнIра ин 1/н
1
la 1рнIРа ин 1 /н 1 la 1рнIра
"'
п/п СV= 1 СА= 1СА=
Cv=
1 СА=
1 СА=
с=
1 СА= 1СА=
..
V
=
"'
щ., в Iдел./ а Iдел./ма вт дел.1в Iдел. 1а Iде.,. 1ма от дел.1 в \·дел. 1а Iдел. 1ма от
:т.,
::!
вт
вт
вт
:,:
Q,
t::
1
1
2
3
4
5
6
7
Таблица 56
типлампы...
Ин= Ин'=
Ин= Ин"=
ин= ин·н =
N,
иа
1
la
[Ра
Ua
1
/а
1ра
иа
1
la
1ра
Примечание
п/п
CV=
1
СА=
Cv=
1
СА=
CV=
1
СА=
дел.1в1дел. 1 ма
вт
дел,1 в
1дел.1
ма
вт
дел.1 в
1дел.1ма
вт
1
2
3
4
5
r,;
~
6
7


Аналоnичным образом снимаются анодные характериот:ики
при напряжениях Ин'' и Ин.н . На основании полученных данных
опыта (сотла,сно та,бл. '56) с-цроим ан·одные характерисгики, как
показано на рис. 188. На этом же ,рисунке ,строим зависимость
мощности Ра, рассеиваемой на аноде, от а.нодного напряжения
Иа:.Р.=f (Ua) при Ин=Ин.н.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться ,с аппаратурой и приборами, необходиыыми
для выполнения работы, и записать их технические данные.
2. Соб,рать схему, изображенную на рис. 186.
3. Снять кривые / а= /(Ин) для трех значе,ний а,нодного на­
пряжения Иа', Иа'' и и.. н; при этом необходимо соблюдать сле­
дующее условие: И а'< И;'< и.. н (последние задаются препо­
давателем).
4. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 55) построить семейство характеристик la=f (Ин)-
5. Снять анодные характеристики Ia =f (U.) для трех зна­
чений напряжения накала Ин', Ин" и И н.н; при этом необхо­
димо соблюдать следующе•е условие:~ Ин'<Ин"<Ин.н (послед­
ние задаются преподавателем).
6. На основании полученных данных опыта ( согласно
табл. 56) построить анодные характеристики; на этом же рисун­
ке построить кривую P.=f ( Иа) при Ин= Uн.н.
Контрольные вопросы
1. Что называется двухэлектродной лампой (диодом) и на каком прин­
ципе основана ее работа?
2. Как снимается анодная (вольтамперная) характеристика диода и что
она показывает?
РАБОТАNo37
ИСПЫТАНИЕ ТРЕХЭЛЕКТРОДНОА ЛАМПЫ
Цель работы .
Целью работы является ознакомление с конструкцией трех­
электродной лампы, исследован!Ие ее работы путем снятия ха­
рактер:истик и оценка на основа,нии опытных данных некоторых
свойств трехэлектродной лампы.
Общие сведения
Трехэлектродная лампа, называемая триодом, отличается от
двухлектродной лампы (диода) наличием управляющего элек-
286


трода-сетки, которая :раополагается между катодом и анодо,м на
пути движения электронов. Сетка обыч~но :имеет ,вид спирали с
неплотно намотанным!И витками, окружающей катод. На рис. 189
показано устройство трехэлект,родной лампы. Если к сетке ,при­
ложено 1положи-гельное напряжение (положительный потенциал
по отношению к като­
ду, ,а потенциал к,ато­
да усло,в~но принимаем
равным нулю), то элек­
тр:ическое поле сетки
будет складываться с
элект:р:ичесюим
полем
анода 1Н анодный ток
будет уВ'еличиваться
Если же к сетке при­
ложено отр1Ицательное
напряжение, то элек­
троны ·будут отталки­
ваться от сетки и анод­
ный то,к уменьшится.
При некоторо,м отри­
ца,тельном
сеточном
напряжении сетка мо­
жет задержать
все
электро!Ны. В этом слу­
чае анодный ток будет
равен нулю. Таким об­
разом, изменяя сеточ­
ное напряжение, мож­
но ,изменять ,величину
анодного тока, т. е­
можно управлять анод­
ным ТОКОМ•
Обычно сетка рас-
положена ближе к
'
'
''
\1
\
'
\
1(
ш
Рис. 189. Устройство трехэлектродной
лампы (триода):
А- анод, К
-
катод, С - сетка, Б
-
бал­
лон (колба), Ц - цоколь лампы, Ш
-
штырьки
ка-году, чем анод, поэтому небольшое изменение сеточного на­
.пряжения вызывает зн,ач1Ительное изменение величины анодного
тока.
Ооновными характерис'!1иками 11рехэлектродной лампы явля­
ются сеточные ,и анодные .хара1ктер:истики. Эти хара1ктер:ис11ики
могут быть ис,пользованы для изучения основных свойств трех­
электродной лампы.
Сеточные характеристики трехэлектродной лампы
Сеточные -характеристики трехэлектродной лампы пр,ед,став­
ляют собой зависимость анодного тока / а от сеточного нащря-
287


жения (напряжения 1на сетке) И с при постоянном анощном на­
пряжении U а и пр.и ПОС'ГОIЯ:ННОМ напряжеНIИИ накала Ин :
/ 3 = f (Ис) при И.= const и Ин= Ин.и= const.
Снятие статических ,сеточ;ных ха1рактеристик триода производит­
ся .по ,схеме, по,:~vазанной 1на рис. 190. В этой ,схеме Р1, Р2 и Р3-
двухпо.июсные рубильники; П - двухполюсный переключатель,
при ,по,мощ.и коrгор,ого м·ожно изме,нять знак пода,ваемого ,на сет­
.ку напряжения; r а - делитель напряжения при помощи кота-
Рис. 190. Схема для исследования трехэлектродной лампы (триода)
por10 можно .изменять анодное напряжен1Ие или поддерживать его
постоя,нным; r с- делитель 1На1пряж·ения, при помощи которого
можно изменять сеточное напряжение или поддерживать его
постоянным; r н - регулировочный рео,стат в цепи накала, при
помощи которого поддерживается постоянным напряжение на­
кала; тАа - миллиамперметр, измеряющий анодн'ый ток; тА
-
миллиамперметр, измеряющий сеточный ток; Va, V с и Vн -
вольтметры, измеряющие анодное и сеточное напряжения и на­
пряжение накала. Прежде чем приступить к испытанию триода,
следует ознакомиться ;с номинальными данными, указаН~ными на
щитке триода, т. е. напряжением накала Ин.и, анодным ~напря­
жением Иа,н, анодным током Iа.н, мощностью Р а.и, раосеивае­
мой на аноде, и сеточным напряжением Ис.н·
Снятие сеточной характеристики производится ,следующим
образом. Включаем рубильник Р2 , при этом регулировочный ре­
остат rн должен быть полностью включен, реостатом rн уста­
навливаем ~номинальное (нормальное) напряжение Ин.и, кото­
рое во время опыта поддерживается постоянным. Затем, вклю­
чив рубильник Р 1 , делителем напряжения r а устанавливаем
номинальное анодное напряжение Иа и• к0;rорое во время опыта
288
•


поддерживается постоянным. Посл,е этого, включив .рубильник
Р3 , переключатель П ставим в положение / и делителем напря­
жения Гс уст,анавли,ваем от.ри:цательное сеточное на~пряж,ение
такой величины, чтобы а~нодный ток был равен нулю; в этом
случае мощность, рассеиваемая на аноде, будет р,авна нулю,
т. е.
Затем постепенно уменьшаем отрицательное сеточное напря­
жение до ,нуля, при этом через каждые два вольта записываем
показания приборов в табл. 57.
После этого ставим переключатель П в положение //, т. е.
подаем 1на -сетку положительное сеточное ~напряжение, делите­
лем напряжения Гс увеличиваем сеточное напряжение от нуля
до ,неко-горого значения, при котором Ра = 1,5 Ра.н-Что'бы выяс­
,нить влияние величины анодного напряжения ,на анодный ток,
следует снять сеточные характеристики для различных значе­
ний анодных напряжений: Иа', Иа'' и Иа'". При этом ~необходи-
мо соблюдать следующее у,слов,и,е:
Иа''<Иа н, Иа'">Иа н
так, чтобы Иа.н - Иа" = Иа'" - Иа.н, а Иа' << и·а.н•
•
Статические сеточные характеристики при анодных напряже­
ниях Иа', И а'' и И а'" снимаются аналогично изложенному выше
ДЛЯ Иа н•
Группа характеристик, снятых при различ,ных значениях
анодных напряжений, но при одном и том же напряжении на­
кала, образует семейство
характеристик-
МощноС1ть, рассеиваемая
на с-етке, определяется по
формуле
(3)
Мощность, 1рас,сеиваемая
на аноде, определяется по
формуле
(4)
На основании получен-
и:о
ных данных (согласно -и,
о
-•Иr
табл- 57) с~ро.им статиче-
ские сеточные характеристи- Рис. 191. Сеточные характеристики трех·
ки /а = f(Ис), как показано
электродной лампы
на рис. 191. Из рис. 191 вид-
но, что при увеличении
анодного напряжения по сравнению с номинальным анодным
напряжением И а.и при том же сеточном напряжении ток в цеп~,
будет больше. Таким образом, увеличение или уменьшение анод-
19-2546
289


Тип лампы.
ин.н =
и =и·=
а
а
и =и·=
а
а
No
п/п
la
/с
ис
Ра~la
_I_c_
ис
Ра
Ре
---
---
СА= СА=
Су=
СА= СА= Cv, =
дел./ма 1 дел.\
вт
вт
дел.\ма дел.\.м:а дел.! вт вт
дел.iма
8
в
1
2
3
4
5
6
7
'
нога напряжения сдвигает сеточ~ную характеристику Ia =fi( Ис )
па,раллельно ее аюложению прrи номинальном нап:ряжен~ии ·влево
или вправо. По статическим сеточным характеристикам можно
определить параметры лампы.
Анодные характеристики трехэлектродной лампы
Анодные характеристики трехэлектродной лампы представ­
ляют собой зависимость аноДtного тока Ia от анодного напряже­
ния Иа при постоянном сеточном напряжении Ис и при постоян­
ном напряжении И'н накала:
la = /(Иа) при Ис = const И Ин= Ин.и= const.
Онятие статических анодных характеристик производится по схе­
ме, показанной на ·рис. 190. Опыт проводится следующим обра­
зом. Включив рубильник Р2, :реостатом r н устанавливаем
номиналЬ1ное напряжение накала, которое во время опыта под­
держивается постоянным. Затем включаем рубильник Р3, пере­
ключатель П ставим в положение / / и делителем напряжения r с
устанавливаем заданное положительное сеточное напряжение,
:юторое во время опыта поддерживается постоянным. После
этого включаем рубильник Р1, делителем ~напряжения Га изме­
няем анодное ~напряжение И. (через каждые 20 в) от нуля до
,на,иболышего значения, допустимого для и~сшытуемой лампы, т. е.
ДО Pa=l,5 Ра.н•
При каждом изменении анощного напряжения записываем
показания приборов в табл. 58.
Аналогичным образом снимаем а.iюдные характеристики при
заданном отрицательном сеточном напряжении, а также при се­
точном ~напряжении, равном нулю.
290


Таблиц а 57
Тип лампы.
и =и"'=
а
а
---, ------, --------, -----, --
---,-----------!Примеча­
ние
СА= СА= CV=
дел.lма дел.lма ~
вт вт
Таблица 58
Измерено
Вычис-
лено
--
Ja
~
и = const
Uн,н
~
.No
с
Примеча-
п/п
с=
Cv=
Cv=
ние
А
дел.
1
ма
дел,
1
в
дел.
1
в
вт
1
1
l
2
3
4
5
6
1
7
На ос,новании полученных данных опыта (согласно табл. 58)
строим анодные характеристики / a=f (Иа), как показано на
рис. 192.
Как видно из рис. 192, при ,сеточном напряжении, рав1ном
нулю, анодная характеристика начинается из ,начала координат;
при Иа = О анодный ток также равен нулю. С увеличением анод­
ного напряжения анодный ток возра,ст,ает.
Если к сетке приложено отрицательное сеточное напряжение
( Ис <О), то анодная харак:теристика ,начинается не из начала
координат, а правее начала координат. Это объясняется тем, что
отрицательно заряженная сетка не пропускает электроны от ка­
тода к аноду, когда а~нод имеет ,не~болышое поло:;юительное на-
19*
291


пряжение. Поэтому, чтобы получить анодный ток при отрица­
тельном сеточ1Ном напряжении, к аноду следует приложить
положительное напряжение такой величины, чтобы преодолеть
тормозящее действие отрица­
телыно заrряженной сет,ки. Сле-
lа
довательно, сдвиг анодной хара-
1
ктерис11ики вправо зави1сит от
1
величины отрица1'ельного сеточ­
ното ,на!пряжения, т. е. чем боль­
ше бу~дет 011рица-гельное сеrочное
на1Пряжение, тем болыпе будет
сдвиг в1право.
При положительном оеточном
напряжени1и аноДJные характери­
стики располагаются :1евее основ­
ной характеристики при Ис =О.
Рис. 192. Анодные характеристики
трехэлектродной лампы
Порядок проведения работы
1. Ознакомить-:я с конструкцией трехэJ1ектродной лампы, ап­
паратурой и приборами, необходимыми для выпол,нения работы,
и записать их технические данные.
2. Собрать схему, изображенную на рис. 190.
3. Снять семейство сеточных характеристик la=f (Uc) ттрн
номи1Нальном напряжении накала и различных значениях анод­
ных напряжений (последние задаются преподавателем).
4. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 57) построить сеточные характеристики.
5. Снять семейство анодных характеристик / 3 = f ( И а) при.
номина.ТJьном напряжении накала и различных з,начениях сеточ­
ных напряжений (последние задаются преподавателем).
6. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 58) построить анодные характеристики.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
\. Чем отличаеrся трехэлектродная JJампа (триод) от двухэлектродной
лампы и на каком принципе основана ее ра_бота?
2. Как снимаются сеточные характеристики триода и что они показы­
вают?
3. Как снимаются анодные характеристики триода и что они показы­
вают?
292


РАБОТА Но 38
ИСПЫТАНИЕ ФОТОЭЛЕМЕНТА
Цель работы
Целью работы является ознакомление с устройством фото­
элементов и онятие характеристик фотоэлементов с внешним
фотоэффектом.
Общие сведения
Фотоэлемента.ли~ называются приборы, служащие для пре­
вращения световой энергии в энергию электрического тока.
В насгояшее врf-мя фотоэлементы получили широкое примене­
ние в звуковом кино для воспроизведения звука, в телевидении,
в фототелеrрафировании, в измерительной технике, в авrомати­
ческом контроле и регулирова:нии производственных процессов
и т. д. Фсноэлементы разделяются IНа следующие типы:
фотоэлементы с внешним фотоэффектом;
фотоэлементы ,с внутренним фотоэффектом или фотосопро­
тивления;
фотоэлементы с запирающим слоем или вентильные фотоэле­
менты (или полупроводниковые фотоэлементы).
Мы рассмотрим только фотоэлементы с в.нешним фотоэффек­
том. Явления внецшеrо фотоэффекта впервые были исследова­
ны русским ученым А. Г. Столетовым.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом представляют собой
стеклянную сферическую колбу, из которой удален воздух и
внутри которой имеются два электрода - катод и анод.
Катодом называекя светочувствительный слой, :нанесенный
на внутреннюю поверхность колбы и занимающий приблизи­
тельно половину ее сферической части.
Анодом является электрод ·специальной формы, располагае­
мый внутри колбы и электрически изолирован1ный от катода.
Если к электродам фотоэлемента приложено напряжение от
отдельного источника э. д. с., то при освещении катода из него
вырываются электроны, которые под действием электрического
поля движутся от катода к аноду. Следовательно, в цепи фото­
элемента возникает электрический ток, пропорциональный до
известной степени интенсивности освещения.
Для усиления фототока внутри самого фотоэлемента в колбу
некоторых фотоэлементов вводится небольшое количество газа
(аргон). Такие фотоэлементы называются газонаполненными.
Вследствие ионизации газа происходит значительное увели­
чение числа электронов, попадающих на анод, благодаря чему
происходит увеличение тока во внешней цепи фотоэлемента.
293


Фотоэлементы без газового ,напол,нения называются вакуум­
ными.
Газонаполненные фотоэлементы по сравнению с вакуумными
абладают лишь одним преимуществом - большей чувствитель­
ностью за счет газового усиления, по всем же другим характе­
ристикам з,начительными преимуществами обладают вакуумные
фотоэлементы.
Испытание фотоэлементов
Испытание фотоэлементов производится по схеме, изобра­
женной на рис. 193.
У~становка ттред,ставляет собой полый цилиндр или удлинен­
ную коробку К, в которой находится испытуемый фотоэлемент
L
fj,
п
1---. 11 1⁄4
JJ_
Ф, диафрагма Д и лампа на­
каливания Л, служащая то­
чечным источником света.
Она может перемещаться
вдоль оси цилиндра или ко­
робки и устанавливаться на
любом расстоянии от фото­
элемента.
НапряжеН1ие на зажимах
лампы поддерживае'I)СЯ не­
измеНJным •при помощи ре­
остата 1'.р; лампа накалива­
ния приключается ,к зажи­
мам вто1р:ичной обмотки
трансфор,матора Т. На.пря­
женше U л на зажимах лам­
пы ~измеряется вольтме11ром
V л; нап~ряжение на фотоэле­
м·енте измеряется вольтмет-
Рис. 193. Схема для исследования фото- ром Va ; анодный 110 к (фо­
элементов
тоток) измеряет,ся микро-
амперметром μА.
Световая характеристика. Световая характеристика пред­
ставляет собой зависимость анодного тока (фототока) la от
г~адающего светового потока F при постоянном анодном напря­
жении (напряжении 1на фотоэлементе) Иа:
1а =fi(F) при Иa=const.
Снимаем две световые характеристики: одну при номинально:-.t
анодном напряжении Иа.н, а другую при напряжении Иа =
=0,5Иан· ,
Lняти·е световой характеристики производится следующим
образом. Включив ,рубильник Р2 , делителем напряжения r уста-
2\J4


навливаем номинальное анодное напряжение, которое во время
опыта поддерживается постоянным, затем включаем ру;биль­
ник Р 1 , реостатом r Р устанавливаем номинальное напряжение
1на зажимах лампы, 1юторое во время опыта поддерживается не­
изменным. Лампу накаливания устанавливаем на расстоянии
/ 1 = 10 см от вакуумного фотоэлемента. Затем, отодвигая лампу
от фотоэлемента по всей дли:не, записываем раостояние l и по­
казания приборов в табл. 59. Следует получить не менее восьми
точек.
Таблиц а 59
иа =о.5 иа·н = иа•н =
.No
ил
l
F
п/п Тип фотоэлемента
la
la
Примечание
1
в
1
см1лм
мка
мка
После этого аналогичным образом снимаем световую харак­
теристику для дpyroro заданного анодного напряжения. Зная,
что электрическая лампа накаливания создает в фотоэлеме,нте,
находящемся на раост.оянии /1 = 10 см, световой поток Fo (вели­
чина Fo указывает,ся на установке), определяем для всех рас­
стояний световой поток по формуле
(5)
Такой же результат мы получим, если световой поток будем
определять по формуле
s
F=/ 12 [лм],
(6)
где 1- сила света эталонной лампы, св;
S - площадь фотокат.ода, в нашем ·случае площадь отвер­
стия в диафрагме, см2, при этом / и S должны быть
известны.
На основании полученных данных (согласно табл. 59) стро­
им световые характеристики, как показано на рис. 194. После
этого снимаем световые ха:рактерист.ики для газонаполненного
фотоэлемента, т. е. все измерения повторяем для газонаполнен­
ного фотоэлемента.
295


Анодная (вольтамперная) характеристика. Анодная характе­
ристика представляет собой зависимость анодного тока (фото­
тока) / а от анодного напряжения (напряжения на фотоэлемен­
те) И а при постоянном световом потоке F:
Ia =f (Иа) при F=const.
Опыт производится следую­
щи.м образом. На ра·сстоя­
нии 11 от !Вакуумного фотоэле­
мента устана!Вливаем лампу
накаливания, ~включаем py-
Ua бильник Р1, устанавливаем за­
данное напряжение на зажи­
мах ламrпы накаливания, кото­
рое во 1Время 01пы,та :поддержи-
1Вается постоянным. Включив
-r
Рис. 194. Световые характеристи­
ки фотоэлемента
рубильник Р2 , де.1ителем на­
пряжения r изменяем анодное
напряжение через 10-20 в.
При каждом анодном напря-
жении записываем показания
приборов •в табл. 60.
Таб.1ица 60
ил
t
/а
иа
N,
Тип фотоэлемента
Примечание
п/п
8
см
мка
8
Следует сделать не менее девяти измерений. После этого
лам1пу накали1вания устана1ВлИ1ваем на расстоянии от фотоэле­
мента 12, при этом l2>l1, ,и ·снимаем ,в,торую анодную (вольтам­
nерную) характеристику. На основании полученных данных
(согласно табл. 60) строим анодные характеристики, как пока­
зано на рис. 195.
После этого снимаем анодные характеристики для газона­
полненного фотоэлемента. На основа,нии полученных да~нных
опыта (согласно табл. 60) строим анодные характеристики для
газонаполненного фотоэлемента, как показа,но на рн·с. 196.
296


!а
r,
1
r,
F, >Fz
о~---------
Рис. 195. Вольтамперные
характеристики вакууы­
ного фотоэлемента
la
1
-Ц~
Рис. 196. Вольтамперные
характеристики
газона­
полненного фотоэлемен-
т.а
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с устройством ваrкуумных и газонаполнен­
ных фотоэлементов, аппаратурой и пр,иборами, необходимыми
для выполнения работы, и записать их технические да1нные.
2. Собрать схему, изображенную на рис. 193.
3. Снять две световые характеристики при номиналмюм
а,1-юдном напряжении Иа.н и при напряжении Иа =0,5 Иа.н для
вакуумшого фотоэлемента и для газонаполненного фотоэле­
мента.
4. На ооновании полученных данных опыта (табл. 59) для
каждого фотоэлеме,нта построить световые характеристики.
5. Снять две анод,ные (вольтамперные) характеристики: для
вакуумного фотоэлемента и для газонаполненного фотоэле­
мента.
6. На основании полученных данных опыта (согласно
табл. 60) для каждого фотоэлемента построить анодные харак­
теристики.
](ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
;J. Что называется фотоэлементом и на каком принципе основана его
работа?
2. На какие типы делятся фотоэлементы?
rЗ. Что называется световой характеристикой фотоэлемента и что она
показывает?
4. Как снимаются анодные (вольтамперные) характеристики фотоэлемен­
та и что они показывают?


ПРИЛОЖЕНИЕ


УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СХЕМАХ (ГОСТ 7624-55) *
l. В элек11ричесRiих с..хемах размеры и толщина Л1иний условных обозна­
чений щ>111111имаю11ся в завil!/Симости от назначения и общих размеров че<ртежа
схемы. Обмо11КИ, катушки .и контакты, находящиеся в ·главных цепях ,и в це­
пях возбуждения, должны вычерч1Иватыся более тол,стым.и линиями, чем на.
ходящиеся в це:пях управления.
2. Обозначения, данные для гор,изонтального размещен:ия цепей схемы,
при п.рименении их для вертикального размещения цепей поворачи,ваются на
угол 90° против чаоовой c11J)em~и.
3. При одноЛ1инейном изображении, ес.1и это требуе'Гся, ,количество про­
вцдов (шин, фаз) даете.я числом черточек, пересекающих под углом 45° обо­
значение провода на одном из его юонцов.
4. Все обозначения аппарата.в даны в положеНJии ,о-r,су-лствия нап,ряжения
во всех ц.епях схемы и отсутсТ1Вия всяких внешних механических воздействий
на аппараты. Это положение называется нормальным, в соответствии с чем
все кюнтакты разделяю-r,ся на «нормально закрытые» (замкнутые при не­
возбужденном аппарате и при отсутствии внешнего механического воздейст­
вия), ооюращенно обозначаемые НЗ, и на «нормально отК;рытые» (раз.омкну­
тые п,ри невозбужденном аппарате и при отсу'Гствии внешнего механического
воздей~с11вия), союращенно обозначаемые НО.
1. Род тока и напряжения
!I,,_
Наименование
1 Постоянный ток**. Напряжение постоян­
ного тока
2 Переменный ток. Напряжение леремен­
ног.о тока
3 Постоянный н переменный rок (для из­
мер.ительных приборов, аппаратов
н т. п., ,пригодных для обоих родов
тока)
4 Переменный ток с числом фаз т и час­
тотой f, гц
5 Переменный ток 11рехфазный 50 гц (ес­
ли на чертеже встречается лишь одна
частота 50 гц)
Обозначение
• Частично приводится ГОСТ.
•• В настоящее время постоянный ток обозначают --- •
300


!/,,_ ,
Наименоьание
6 Переменный ток 1'рехфазный 20+60 гц
7 Положительная ,полярность
8
2
3
4
5
6
7
8
Отрицательная полярность
2. Ви,11,ы соединений обмоток
Однофазная обмотка с д1вумя выводам·и
Однофазная обмотка с двумя выводами
,и с выведенной нейтральной (сред­
ней) ТОЧК,ОЙ
Соединение обмото.к д1вух фаз в откры­
тый треугольник (питание от сети
11рехфазного тока)
Три однофазные обм.отюи, каждая с
двумя выводами
Трехфазная обмотка с соединением в
звезду
Трехфазная обмотка с соед1инением в
звезду с выведенной нейтральной
(средней) точкой
Трехфазная обмотка с 1соединением в
треугольник
Трехфазная обмотка с соединением трех
фаз в разомкнутый треуr,ольник
Обозначение
3Г'\.., 20-:бО
+
V
111
у
д
301


Наименование
9 Т,рехфазная обмотка с соединением в
зигзаг
10 Шес11ифазная обмотка с соединением в
многоугольник
11 Шестифазная
в звезду
точкой
обмотка с соединением
с нейтральной (средней)
12 Шес11ифазная обмотка с ооеД1Инением
·в звезду и с выведенной нейтральной
(средней) ТОЧIЮЙ
Обозначение
о
*
Пр им е чан и е. Допускается показывать вывод нейтральной (средней)
точки как вправо, так и влево.
3. Провода, шины и их соединения
Обозначение
No
Наименование
1
п/п
однолинейное
многолинеiiное
1 Провод электрической цепи
--
1
2 Провод, соединенный с нейтральной
(средней) точкой
---
3 Пр.овод экранированный
- :z-
4 Провода двухпроводной электрической
-н-
---
цели
5 Провода четырехпроводной электриче-
- +NI-
-
екай
трехфазного
-
цепи
т.ока
---
6 Соединение электрическое (металличе-
а5
ю1юе), зажим
•
о
302


Обозначение
:No
Наименование
1
n/п
однолинейное
многол11нейное
71 Провода пересекающиеся, без электри-
++
ческого ( метал,1.ического) соединения
8 Провода
а
D
i~Ф
пересекающиеся, элект,рически
++
(,rет ашшч~ки) ооединенные, и про-
пода ответвляющиеся
9 Шина
-
10
• IIIIJIJll-4
-
Шины трехфазной четырех.проводной
-
,~
-
системы
---
11 Ответвления О,Т шины
а~
б~
12 Повреждение изоляции
'1
13 Зе~rля
='i'
14 Заземление (соединение провода с зем-
-r
лей)
"!"
15 За:11ыкание на землю проводов двух фаз
ff
(двойное)
16 За~1ыкание проводов трехфазное
+~
17 Корпус (машины, аппарата и др.)
=
18 Пробой изоляции провода на корпус
I
19 Соединение ,провода с корпусом
I
303


Обозначение
N,
Наименование
1
п/п
о.11.ио.11инейное
многолинейное
2о Контакт аппарата, выведенный на сбор-
llf
ку зажимов
-
flJ
2 1 Перемычка на
1111--11
сбо.рке заЖJИМОВ
,,,...__
Пр им е чан и я. 1. Для обозначения фаз (проводов) сети трехфазного
тока высшего напряжения применяются буквы А, В, С и О, а низшего -
а,Ь,сио.
•2. Для проводов постоянного тока применяются обозначения + и -.
3. Для обозначения электрического соединения • зажима (п. 6) даны
два равноправных варианта.
4. Машины вращающиеся
Обозначение
No
Наименование
1
п/п
0.1.нолинейное
многолинейное
1 Обмотка * статора (каждой фазы маши-
ны переменного тока). Обмотка воз-
.
буждения синхронной машины.
fl'
Обмотка возбуждения машины лостоян-
-1⁄4-
ноrо тока параллельная (самовоз-
буждения, независимого ,возбужде-
ния)
2 Обмотка ** возбуждения машины пос-го-
610
янноrо тока последо,вательная, до-
S]
полнительных полюсов, компенсащи-
о.иная
3 lЦетка (на коллекторе, на контактном
n-~
(.
кольце)
u·... __1
4 Машина вращающаяся (без указания
а66
наполнения ро-гора или якоря). 06-
щее обозначение
s{J8 ~
* Обмотка трансформатора.
** Токовая обмотка измерительного прибора, токовая катушка реле.
304


Обозначение
N,
Наименование
1
п/п
однолинейное
многолин ейное
5 Электродвигатель асинхронный трех-
@ (о)
фазный с короткозамкнутым рото-
ром
6 Элек'I'родвигатель асинхронный трех-
@-~
фазный с фазным ротором (допус-
кается выводы ротюра делать влево
или вниз)
7 Электродвигатель асинхронный трехфаз-
~~
ный с фазным ротором и tuестью вы-
веденными концами фаз обмотки ста-
то,ра (допускается выводы ротора
делать влево или вниз, а все выводы
статора - вверх)
8 Сельсин с однофазным ,статором (до-
@=
.
пускает,ся выводы ротора делать вле-
во или вниз)
9 Сельсин с однофазным р•отором (допус-
~
кается выводы ротор,а делать влево
или ВН·ИЗ)
10 Сельсин дифференuиальный (допускает-
&
ся выводы ротора делать влево или
вниз)
а@)- 4-
1 Синхронная машина трехфазного тока
' {). {).
2 Синхронная машина трехфазното тока с
c)i Oi
выведенной ней-лральной (;оредней)
т.очкой с указанием обмо"Dки возбуж-
дения
13 Машина постоянного тока
.()
-0-
5-[]:r
10 305


No
п/п
Наименование
14 Машина постоянною тока с обмотка,м,и:
смешанного возбуждения (парал­
лельной самовозбуждения и после~до­
вательной), дополнительных полюсов
и компенсационной
15 Усилитель электромашинный с попереч­
ным полем и несколькими (напри­
мер, тремя) обмотками управленiИя
16
17
18
Электродвигатель коллекторный одно­
фазный последовательного возбуж­
де1шя
Электродвигатель кол,1екторный
фазный репульсионный
одно-
Преобразователь, состоящий из аоин­
хронноrо электродвигателя трехфаз­
ного тока с короткозамкнутым рото­
,ром и генератора постоянного тока
Обозначение
однолинейное
многолинеИ:ное
~H6Z8Л{JIШ!fl#e
(Q)
@Е)~
wm
iП р им е чан и я. 1. Внутри обозначения машины указываются в случае
необходимости: а) род машины (генератор - Г, двигатель
-
Д, возбуди­
тель - В, тахогенератор
-
ТГ и т. д.); б) род тока, число фаз, соединения
обмоток.
Q. Допускается в условных обозначениях электрических машин исполь­
зовать изображение в виде прямоугольника согласно примерам в пп. 4, 11,
13, 118.
306


5. Трансформаторы и автотрансформаторы
No
п/п
Наименовани~
1 Обмотка трансформатора
2 Сердечник трансформатора
З Трансформатор
однофазный
без сердечника
4 Трансформатор однофазный с
сердечником
5 !Зывод нейтральной (средней)
точки на одной обмотке у
однофазного трансформатора
с сердечником
'6 Вывод на одной обмотке у од­
нофазного трансформатора с
сердечником
7 Трансформатор трехфазный, с
сердечн.иком, с соединением
обмоток: звезда-звезда, ,с
выведенной
ней'l'J)альной
(средней) точкой у одной из
обмоток
Обозначение
многолинейнос
оJtнолинейное мноrолинейное с указанием
обмото1<
оц_
===!
©~
Г"""""1
$$~
;;;s;;;;;
r'W'.
307


Обозначение
No
Наименование
пjп
М:НОГОJIИНейное
однолинейное многолннейное
с указанием
обмотки
8 Автотрансформатор однофаз-
фф
ный с сердечником
~
9 АвтотраН'Сформатор трехфаз-
ный, с сердечником, с соеди-
@-~
m~
нением обмоток в звезду. На
обозначениях окружностью
допу,скается делать выводы
в.1ево и вниз
10 Авт,отрансформатор трех фаз-
ный, с сердечн,иком, с выво-
ф Ф= ·~~~
дом начал и концов обмоток
(с девятью
выведенными
концами).
На обозначениях ,окружностью
допускается делать выводы
как вправо, так и влево
11 Автотрансформатор трехфаз-
#tш
•ный (по.тенциал-регуляrор)
~• ◄>
'>
-~ cfj;-
>◄• ◄~
>J
12 Трансформатор трехфазный по-
/
воротный ( фазорегулятор)
-V.~
>•
◄
13 Трансформатор тока с одной
{
вторичной обмоткой
П р и м е ч а н и е. При необходимости показать несколько выводов от
обмотки, число витков в многолинейных обозначениях с указанием обмотан
(п. 6) может быть увеличено.
308


6. Приборы измерительные
Наименовани~
Обозначение
1 Обмотка * измерительного прибора-на-
60°
~
пряжения
2 Прибор измерительный показывающий
о
3 Прибор измерительный ~регистрирующий
□
(записывающий)
4 Счетчик
□
5 Шунт для измерительного прибора
-Н-
6 Амnерме'Гр показывающий
@
7 Во.1ьтметр показывающий
0
8 Ваттметр показывающий
(9
9 Вольтамперме'Гр реаюшвный показыва-
@
ющий
10 Фазаметр показывающий
(i)
1 Частотомер показывающий
@
12 Омметр показывающий
@
3 Синхроноскоп
®
* К:атушка напряжения реле.
309


?1
Наименование
~
14 Ампер.метр регистрирующий
15 Вольтметр регистрирующий
16 Ваттметр регистр:ирующий
17 Вольтамперметр реактивный регистр!И­
рующий
18 Ватт-часов-счетчик
19 ВольтаМ111ер-час-ов-реактивных-счетчик
7. Сопротивления
Сопро'Гивление нерегулируемое. Общее
обозначенше. Сопро11ивление актив-
ное. Сопротивление 0М1ичккое
2 Сопротивление полное
3
4
Сопротивление регулируемое. Общее
обозначение
Сопротивление регулируемое без разры­
ва цепи, со с1юльзящим контактом
5 Сопротивление с о~водами
6 Сопрот,ивление индуктивное без сердеч­
ника
7 Сопротивление индуктивное с сердечни­
ком (дроссель)
310
Обозначение
--с==э--
~


8
9
10
11
Наименование
Дроосель с катушкой подмагничивания
(например, с одной)
Реактор
Конденсатор нерегулируемый. Сопротив­
ление ем.костное, нерегулируемое
Конденсатор регулируемый. Сопро1швле­
н.ие емкостное, реrулируемюе
Обозначение
-н--
8. Элементы и батареи, гальванические и аккумулят0риые
Элемент гальванический или аккумуля­
торный
2 Батарея из элементDв гальванических
или аккумуляторных
3 Батарея из элементов аккумуляторных с
двойным элементным коммутатором
9. Контакторы и реле
Катушка контактора а. Для двух парал­
лельно включенных катушек допус­
кается обозначение б
2 Нагревательный элемент теплGвоrо реле
311


Наименование
Обозначение
а ----,г-
3 Контакт нормально открытый (НО):
бл.
а-общее; б и в - допустимые в
tхемах радиотехники и связи
ь
~
.
(1
~
-4
Кшrгакт нормально закрытый (НЗ):
11- общее; б и в - допу,стимые в
5у
cxei.1ax радиотехники и связ.и
8~
5 Контакт нормально закрытый (НЗ), пе-
а~:
реключающий·с цеПiи первой на цепь
вторую, при наличии общей то,чюи:
а-общее; б и В - ДОП)"СТИМЫе в
6 !!:
f
схемах радиотехники и связи
~
2
6
у
1
6
z
6 Контакт нормально открытый (НО) с
гашением
-,rv-
7 Контакт нормально закрытый (НЗ) с
гашением
---,fr-
8 Контакт нормально открытый (НО) с
защелкой, с элек-nромаrнитн'Ьlм воз-
~lь
вратам. Катушка возврата изобра-
жается отдельно
9 Конта,кт нормально закрытый (НЗ) с
защелкой, с электромагнитным ,ВОЗ-
- w,::-
вратам. Катушка возврата изобра-
жается отдельно
10 Контакт нормально открытый (НО) с
.J.
защелкой, с ручным возв·ратом
-.г--
1


Наименование
Обозначение
11 Контакт
..L ..
нормально закрытый (НЗ) с
---:н=--
защелкой, с ручным возвратом
12 Контакт нормально открытый (НО). с
выдержкой времени при заюрывании
-- ,ia--
13 Контакт нормально открытый (НО) с
выдержкой времени при открывании
---,г-
14 Контакт нормально отюрытый (НО) с
---,w-
выдержкой времени при закрывании
и открывании
15 Контакт нормально закрытый (НЗ) с
-:w--
выдержкой времени при открывании
16 Кон-гакт норм.ально закрытый (НЗ) с
------=нг-
выдержкой времени при закрывании
17 Контакт нормально закрытый (НЗ) с
выдержкой времен.и при открывании
~
и закрывании
18 Контакт нормально закрытый (НЗ), пе-
реключающий с цепи первой на цепь
~;
вторую, при ,наличии общей точки, с
выдержкой времени при отключении
цепи первой и включении цепи ВТО·
рой
19 Контакт импульсный (проскальзываю-
--~г-
щий)
20 Контапор трехполюсный с электромаг-
нитным приводом, с тремя НО глав-
ъttt+~t
ными контактами •С гашеюием, с дву-
мя НО и одним НЗ бл•ок-контактами
(для принципиальных схем, если тре-
буется указать главные контакты и
блок-контакты, а также тяговую ка-
тушку)
21 Реле-общее обозначение
в
21-2546
313


11
На11менование
22 Реле промежуточное
23 PeJ1e промежуточное с указателе:.~ дей­
,ствия, возвращаемым в нормальное
положение от руюи
24 Р~ле указате.1ьное с указате.1е~1 дейст-
1вия, возвращаемое в норма.~ьное по.
ложение от руюи
25 Реле тока с зависимой выдержкой вре­
мени
Обозначение
ill р им е чан и я. 1. В графическое обозначение реле п. 21 вписывается
буквенное обозначение, например: а) реле тока РТ, б) реле напряжения .РН,
в) реле мощности РМ и т. д. Допускается в буквенное обозначение букву Р
не включать (например, вместо РТ писать Т) в случаях, . если отсутствие
буквы Р не может привести к неясности, например, на схемах, охватываю­
щих исключительно релейную защиту.
2. Изображения искрогасител1,ных катушек в обозначениях пп. 6 и 7 до­
пускаются как справа, так и слева.
3. В схемах искрогасительные катушки у контактов контакторов в глаn­
ных цепях допускается не показывать, но обязательно показывать в цепях
возбуждения и управления. •
10. Командоаппараты
Наименование
Кнопка с самовозвратоы с нор~rа.1ьно
открытым (НО) контакта~~
2 Кнопка с само,возвратом с нор~1а.1ьно
закрытым (НЗ) контапо:.r
3 Кнопка с самовозвратом, с одню1 нор­
малr,но открытым (НО) и одним
нормально закрытым (НЗ) контак­
там.и
4 Выключатс;1ь путевой или конечный с
нормально отюрытым (НО) контак­
том
5 Вык,1ючате.1ь путевой или конечный с
нормально закрытым (НЗ) контак­
том
314
Обозначение
-L.
--
•
..L.
-0 --
~
·- о--


11. Выключатели, переключатели и разъединители
Обозначения
.No
Наименование
1
n/n
однолинейное
многолинейное
1 Выключате.1ь мощност:и трехпо-
~ !!.А
люсный автоматичесюий, воз-
-f fi
душный (автомат)
2 Выключате.~ь мощности автома'!1И-
ческий, воздушный, например:
А
а) максимального тока-Т>
1Т>
б) миаималыноrо тока-Т<
в) минимального
иапряже-
ния-Н<
3 Выключатель МОЩНОС'ГИ трехпо-
~
!!А
люсный неавтоматический, воз-
-\
-\=\=\
душный (без расцепителя)
4 Вык.1ючатель мощност:и трехпо-
~.
m
люсный (с гашением дуги в мае-
ле или струей масла, воды, воз-
духа и т. п.)
5 Выключатель на11рузки трехпо-
~ ~~~
люсный с гашением дуги (разъ-
\1=\
едините.пь мощносrи)
6 Выключатель
11рехполюсный.
\1ж
Разъединитель трехполюсный
~1 !А
7 В~1ключатель двухполюсный с раз-
~
рядным ножом
8 Выключатель с одним нормально
~ж
отк.рытым (НО) и двумя нор-
мально закрытыми (НЗ) кон-
тактами
1
21*
315


Обозначения
No
Наименование
1
п/п
однодинейное
мноrолинейное
9 Переключатель
трехполюсный.
tж
Разъединитель переключающий,
трех полюсный
9
9??
10 Переключатель трехполюсный
\J
m'
11 Переключатель трехполюсный без
t'
μw1
,разрыва цепи
12 • Переключатель двухполюсный на
~~
четыре цепи (вольтметровый)
--
3 Р азъеди.нитель однополюсный с
r
заземляющим ножом на одной
стороне разъединителя, с меха-
нической блокировкой
Вuлка
4 Штепсельное соединение
Гнеза7
5 Штепсельное соединение в выдви-
+
rаемых разъемных устройствах
и аппаратах
'
П р и меч а н и е. Допускается показывать разрядный и заземляющий
ножи как вправо, так и влево (пп. 7 и 13).
316


2
3
4
5
6
12. Аппараты разные
Наименование
а) Аппараты сигнализации
Звонок электр.ический
Сирена электрическая, гудок, ре­
ву.и
Лампа сигнальная *
Обозначение
8
б
8
6) Аппараты защиты от перенапряжений и предохранители
Раз,рядник. Общее обозначение
Разрядник трубчатый
Разрядник венти,1ьный
* Над обозначением при необходимости добавляется начальная буква
слова, указывающего цвет стекла или сигнализируемое состояние, например
Б- белый, К
-
красный, А - авария, В
-
включено и т. п.
317


,!/4
Наименование
7 Предохранитель пробивной
8 Предох.ранитель плавкий
9
10
11
12
13
14
15
318
в) Электромагнить~
ЭлектромаrН!ит с параллельной
обмоткой: а -,общее, б - допу­
ст.имое в схемах радиотехкиюи
и связи
Электрома1111,ит с последователь­
ной обмоткой: а - общее, б
-
допустимое в схемах радиотех­
ники и связи
Электромагнит трехфазного тока
г) Печи электрические
Дуговая печь. Общее обозначение
Печь сопротивления. Общее обо­
значение
Индукционная печь. Общее обо­
зиачение
д) Разное
Тоюосъемник троллейный
Обозначение


!\.
,,_ ,
Наименование
f,
16 Токосъемник кольцевой
17 П.1ита электрамаПНlитяая
18
19
20
21
22
Кабель:ная разделка
Лампа ооветительиая
Эк'J)ЗН
Знак регул.и:рования. Общее обо­
значен.не
Знак регулиро1Вания, без разрыва
непи, со с.кользящим контактом
Обозначение
-Е-
V.
_L3f'-
t


УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, НАНОСИМЫЕ
НА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ
ЧАСТИ (ГОСТ 1845-59)
Наименование
Условное обозначение
1. Обозначение принципа действия прибора
Ма,гн,итоэлектрическ:ий прибор с по.п,вижной рам-
о
,КОЙ
2 Ма!1Нlитоэлектрическ:ий лоrометр с ПОДВИЖIНЫМ·И
о
рамками
3 МаrНJитоэлекч,.ический прибор с подвижным маг-
+
нитом
4 Магнитоэлектрический логометр с подвижным
*
магнитом
5 Электромагнитный п.рибор
t:
6 Электромагнюный лоrометр
:п:
7
Электром а,гнитный поляризованный прибор
(t)
8 Элекrгродина,мический прибор
+
9 Электродинамяческий лоrометр
*
10 Феррод,инамический прибор
@
320


11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Наименование
1 Условное обозначение
Феррод,инам1ичес.к:ий логомет,р
Индую.11иооный щшбор
Индукционный логометр
Магн,ито,индукционный прибор
Электростатичес.к,ий прибор
Вибрационный прибор (язычковый)
Тепловой прибор (с нагреваемой проволокой)
Биметаллический прибор
Дополнительные обозначения по виду
преобразователя
Тер,мопрообразователь изолированный
Термопреобразователь неизоJ11ированный
Выпрямитель полупроводниковый
8
(f
в
~..1..
т
~
у
~
V
321


!I,с,.
Наименование
Условное обозначение
22 Выпрямитель электромеханический
23 Э.1екчюнный преобразователь
24 Преобразователь вибрационно...импульсный
rт,
25 Ко.,шенсац,нонrный преобразо.ватель
Примеры применения обозначений 19-25
26
27
28
29
30
31
322
Термоэлектричесюнй прибор (с изолированным
преобразователем и магнитоэлектрическим из­
ме.рите.лыным механизмом)
Выпрямительный Пiр,нбор (с полу~провQДн:нковым
,вып.рямнтелем н нзмерителыным механизмом с
ш:щ,вижным магнитом)
Электронный прибор с элек.тростатическнм из.ме­
рительным механизмом
Вибрацион,но,111м'Пульоный прибор с магнитоэлек­
тричес,к,им измерительным механизмом
оV
.J ..
т
-&-
Дополнительные обозначения по защите от магнитных
и электрических полей
Защита от внешн.их ма!'нитных полей (1 катею­
рия защищенности)
Защита от внешних э.1ект.рнческмх полей (1 кате­
гория защищенности)
□
г-,
11
,__ J


Наименование
Условное обозначение
Примеры применения обозначения 30 и 31
32 Маnнитоэлектрическ;ий прибор I категории защи­
ще1mюсr.и от маr:юrгных влияний
33 Электростатический прибор
категории защи-
щенности от электричеm<iих полей
11. Обозначения рода тока
34 Трехфазный ток (.общее обозначение)
35 Трехфазный ток при нера·вноме.рной нагрузке фаз
[О]
Примеры применения обозначения 34 и 35 применительно
к трехфазнылt ваттметрам, варметра.3⁄4 и фазометрам
36 Прибор с од1ноэлеме.нтным измерительным меха-
низмом
•
37 Прибор с двухэлементным измерительным меха­
,н.измом
38 Прибор с трехэлементным нзмеμительным меха­
,низмом (для четырехп,роводной сети)
111. Обозначения класса точности, положения
прибора, прочности и изоляции
39 К,1аюс точносТ!И пр.и нормировании погрешности в
процентах от диапазона измерения, например
1,5
1,5
323


40
42
43
44
45
47
48
49
50
51
324
То же,
тах
Наименование
пр:и нормировании погрешности в процен-1
от длины шкалы, например 1,5
Горизонтальное положение шкалы
Вер~икальное положение шкалы
Наклонное положение шкалы под определенным
yrJIOM к горизонту, например 60°
Направление ориентировки прибора в земном маr­
~И'ГНОМ поле
Из,мерительная цепь изолирована от корпуса и
пс.пытана напряжением, например 2 кв
Прибор испытанию прочности изоля,щи не подле­
жит
Условное обозначение
п
J_
N
i
11
•
IV. Обозначения зажимов, корректора и арретира
От,рицательный зажим
Положительный зажим
Общий заЖJим (для многопредельных приборо•в
переменно.го т.ока и комб.инир-ованных прибо­
ра.в)
Зажим постоянного тока (в комбинированных
nриборах) в зависимости от поляр,ност.и
Зажим переменного тока (в ком'6инированных
прибо,рах)
+
*
+или-
('\)


Наименование
52 Генераторный (зажим для ваттме11ров, варметров
и фазометров)
53 Зажим, соединенный с подвижной частью (рам-
кой) прмбо.ра
54 Зажим, соединенный с экра1ном
55 Зажим, соединенный с корпу,сом
56 Заж-нм (ви,нт, шпилька) для заземления
57 Rорректор
58 Аррет.ир
Условное обозначение
*
э
или
экран
_j_
Арр
или
Арретир


ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
.
.
.
.
.
Правила выполнения работ в лаборатории
Гл а в а 1. Постоянный ток
Стр.
3
4
7
Работа No 1. Измерение сопротивлений на постоянном токе методом
вольтметра и амперметра
.
.
7
Работа No 2. Определение коэффициента полезного действия нагрева-
тельного прибора .
.
.
.
.
.
10
Работа No 3. Последовательное соединение приемников
14
Работа No 4. Параллельное соединение приемников
18
Работа No 5. Смешанное соединение приемников
22
Работа No 6. Испытание аккумуляторов
.
.
26
Работа No 7. Последовательное, паралле.1ьное и с\lешанное соединение
аккумуляторов или гальванических элементов
33
Гл а в а 11. Электрическая емкость
40
Работа No 8. Последовательное и парал.1е.1ьное соединение конденса-
торов
.
.
.
.
40
Гл а в а 111. Электромаrнитная индукция
46
Работа No 9. Проверка закона электромагнитной индукции, явления са-
моиндукции и взаимной индукции
46
Г л а в а IV. Однофазный переменный ток
54
Работа No 10. Последовательное соединение активного и индуктивного
сопротивлений
.
.
.
54
Работа No 11. Пос.~едовательное соединение катушек
65
Работа No 12. Последовательное соединение активного и емкостного
,сопротив.~ений .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
72
Работа No 13. Последовательное соединение активного, индуктивного и
емкостного сопротивлений. Резонанс напряжений . . . . .
76
Работа No 14. Параллельное соrдинение катушки и ламп накаливания
(илипроволочногореостата).............86
Работа No 15. Пара,1лельное соединение .1амп накаливания (и,1и про-
волочного реостата) и конденсаторов
.
94
Работа No 16. Пара.~лельное соединение катушек
.
.
.
.
.
.
97
Работа No 17. Параллельное соед;инение катушки и конденсаторов. Ре-
зонанстоков....
.
.
.
.
.
.
.
.
.
103
Работа No 18. Измерение мощности в цепи однофазного переменного
тока
.
.
.
.
.
.
111
Работа No 19. Измерение электрической энергии в цепи однофазного
переменного тока и поверка счетчика
116
326


Г .1 а в а V. Трехфазный переменный ток
126
Работа No 20. Соединение приемников звездой
126
Работа No 21. Соединение приемников треугольником
141
Гл а в а VI. Электрические измерения
151
Работа No 22. Измерение активной мощности в цепи трехфазного тока 151
Работа No 23. Измерение коэффициента мощности
164
Работа No 24. Измерение сопротивлений одинарным мостом
170
Работа No 25. Измерение сопротивления изоляции проводов мегомметром 177
Гл а в а VII. Трансформаторы
183
Работа No 26. Испытание однофазного трансформатора
.
.
183
Работа No 27. Трансформирование трехфазного тока тремя однофазны-
ми трансформаторами . .
.
.
.
196
Работа No 28. Испытание трехфазного трансформатора
.
.
201
Работа No 29. Параллельная работа трехфазных трансформаторов
214
Гл а в а VIII. Электрические машины переменного тока
219
Работа No 30. Испытание трехфазного асинхронного двигателя с кон-
тактными кольцами (фазным ротором) . . . .
.
.
219
Работа No 31. Испытание трехфазного асинхронного двигателя с корот-
козамкнутым ротором . .
.
.
.
.
.
.
.
230
Работа No 32. Управление трехфазным асинхронным двигателем с ко-
роткозамкнутым ротором при помощи магнитного пускателя
239
Работа No 33. Испытание трехфазного синхронного генератора
244
Гл а в а IX. Электрические машины постоянного тока
257
Работа No 34. Испытание генератора постоянного тока пар~,ме;в,ного
возбуждения .
.
257
Работа No 35. Испытание двигателя постоянного тока параллельного
возбуждения
269
Г.л а в а Х. Электронные приборы
Работа .No 36. Испытание двухэлектродной .1ампы
Работа No 37. Испытание трехэлектродной ,1ампы
Работа No 38. Испытание фотоэлемента
Приложение .
279
279
286
293
29!)


Раскатов Афанасий Иванович
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ П0 ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ.
М., Профтехиздат, 1962
328 с. с илл.
Научный редактор А. В. 3 а ба в с кий
Редактор М. М. Числ о в
Художник Н. Н. Степ а но в
Техн. редактор М. Н. Персон
К:ор,ректор Г. Д. Луком с к а я
А-00911
Сдано в набор 7/XII 1961 г.
Подп. к печ. WIV 1962 г.
Формат бум. 60Х901/16=20,5 п. л. В 1 п. л. 33 100 зн. Уч.-изд. 17 л.
Уч. No 84/5273
Тираж 15 500
Зак. 2546
Цена 56 коп.
Издательство «Профтехнздат». Москва, Цен1'р, Хохловскнй пер., 7.
Тип. Профтехнздата. Москва, Хохловскнй пер., 7
6П2.1