Федеральный комплект учебников
Общетехнические
дисциплины
Начальное
профессиональное
образование
В.М.Прошин
Учебное пособие
ЛАБОРАТОРНО-
ПРАКТИЧЕСКИЕ
РАБОТЫ
ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
academ’a
УДК 621.3/075.32
ББК 31.2я722
П847
Рецензент —
преподаватель высшей категории профессионального лицея № 310 «Квалитет»
г. Москвы Г. И. Никольская
Прошин В. М.
П847 Лабораторно-практические работы по электротехнике :
учеб, пособие для нач. проф. образования / В. М. Прошин. —
3-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. —
192 с.
ISBN 978-5-7695-4930-4
Представляет собой руководство по проведению лабораторных работ
и практических занятий по курсу «Электротехника». Приведено описа-
ние 20 лабораторно-практических работ, охватывающих основные раз-
делы общей электротехники. Даны краткие теоретические сведения по
теме каждой из работ.
Для учащихся учреждений начального профессионального образо-
вания. Может быть использовано при выполнении лабораторно-практи-
ческих работ в учреждениях среднего профессионального образования и
учебно-курсовых комбинатах.
УДК 621.3/075.32
ББК31.2я722
© Прошин В.М., 2004
© Образовательно-издательский центр «Академия», 2004
ISBN 978-5-7695-4930-4	© Оформление. Издательский центр «Академия», 2004
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее пособие составлено в соответствии с учебной про-
граммой по предмету «Электротехника» с перечнем лабораторно-
практических работ. Оно может быть использовано учащимися всех
видов обучения электротехнических и неэлектротехнических спе-
циальностей II, III и IV ступеней квалификации (указаны в скоб-
ках после порядкового номера лабораторно-практической работы).
Тематика и содержание лабораторно-практических работ со-
гласованы с учебниками и учебными пособиями, указанными в
списке литературы.
В пособии приведено описание 20 лабораторно-практических
работ, охватывающих основные разделы общей электротехники:
линейные электрические цепи постоянного и переменного одно-
фазного и трехфазного токов; нелинейные электрические цепи
постоянного тока; магнитные цепи постоянного и переменного
токов; электрические измерения; основы промышленной элект-
роники; электрические машины постоянного и переменного то-
ков. Такой объем лабораторно-практических работ рассчитан на
оптимальное число учебных часов (100), в том числе отводимых
на изучение тем, приведенных в дополнительных разделах ука-
занного отраслевого стандарта. Количество работ и их деление по
ступеням квалификации являются рекомендуемыми и могут ва-
рьироваться преподавателем по согласованию с учебной частью в
зависимости от числа учебных часов, учебной программы и под-
готовленности учащихся.
Описание каждой работы включает в себя: указание цели рабо-
ты, порядка ее выполнения и оформления, формы протоколов
испытаний и отчетов, краткие теоретические сведения и конт-
рольные вопросы.
Пособие рассчитано на выполнение экспериментальных иссле-
дований в лаборатории по всем темам при наличии соответствую-
щего оборудования, а также на проведение практических занятий
с учащимися по отдельным темам при отсутствии необходимого
оборудования.
Оптимальным является проведение лабораторных работ на уни-
версальных электротехнических стендах, специально предназна-
ченных для учреждений начального и среднего профессионально-
го образования.
3
Экспериментальный образец такого стенда, разработанный,
изготовленный и испытанный в лаборатории электротехники ГОУ
профессиональный лицей № 313 г. Зеленограда, получил одобре-
ние комиссии специалистов, созданной Учебно-методическим
центром Департамента образования г. Москвы.
Пособие может быть использовано и при наличии в учебных
заведениях нестандартного оборудования, в том числе указанно-
го в подразделе «Объект и средства испытаний» для каждой ра-
боты.
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторно-практические работы предназначены для углуб-
ления и закрепления теоретических знаний, а также приобрете-
ния навыков по сборке и наладке электрических схем, измерений
и электрических цепях, проведения испытаний электротехничес-
ких установок, расчета и анализа электрических цепей, оформле-
ния результатов испытаний и расчетов.
Предлагаемые лабораторно-практические работы являются двух-
часовыми и рассчитаны на выполнение подгруппой из 13—15 уча-
щихся в специально оборудованной лаборатории. Целесообразно с
точки зрения техники безопасности за каждым стендом закрепить
двух учащихся. В этом случае в лаборатории достаточно иметь семь-
восемь универсальных стендов.
Для активизации познавательной деятельности учащихся в про-
цессе выполнения лабораторно-практических работ должны ши-
роко использоваться демонстрационные макеты, модели, плака-
ты, планшеты с реальными электротехническими элементами и
устройствами: резисторами, конденсаторами, катушками индук-
тивности и трансформаторами, диодами, транзисторами, микро-
схемами, переключателями и кнопками, индикаторами, прово-
дами и кабелями, электродвигателями и генераторами, электро-
измерительными приборами.
На первом занятии в лаборатории перед выполнением рабо-
ты № 1 учащиеся должны быть закреплены за определенными
с тендами. Им необходимо ознакомиться с правилами техники бе-
зопасности, а также общими правилами поведения в лаборатории
и оформления лабораторных работ, конструктивной и электри-
ческой схемой стенда, осуществить пробное включение стенда.
Для выполнения и оформления лабораторно-практических ра-
бот каждый учащийся должен иметь рабочую тетрадь, в которой
оформляются протоколы испытаний и отчеты по всем работам,
линейку с трафаретами для изображения элементов электричес-
ких схем, карандаш и калькулятор. Форма протокола испытаний
и отчета приведена в описании каждой работы. Весьма желатель-
но наличие у каждого учащегося специально отпечатанной рабо-
чей тетради «Лабораторно-практические работы по электротех-
нике» с уже готовыми формами протоколов испытаний и отчетов
о каждой работе.
5
Правила выполнения лабораторно-практических работ. Лабора-
торно-практические работы выполняются учащимися по графику
в соответствии с учебным расписанием занятий.
Учащийся, не выполнивший лабораторно-практическую ра-
боту, должен в двухнедельный срок с разрешения преподавате-
ля и по согласованию с учебной частью выполнить ее в дни кон-
сультаций.
К выполнению работ допускаются учащиеся:
прошедшие инструктаж по технике безопасности;
имеющие в тетради протоколы испытаний к очередной рабо-
те, выполненные в соответствии с настоящим пособием;
ознакомившиеся с целью и порядком выполнения работы, а
также с электрической схемой, которая будет применяться;
изучившие теоретический материал, относящийся к выполня-
емой работе, по рекомендуемым учебным пособиям, конспекту
лекций и разд. IV настоящего пособия.
Подготовленность учащихся к выполнению лабораторно-прак-
тических работ проверяется преподавателем индивидуально. Уча-
щийся, получивший неудовлетворительную оценку, к выполне-
нию работы не допускается.
Подача напряжения на лабораторный стенд без проверки и
разрешения преподавателя или лаборанта КАТЕГОРИЧЕСКИ
ЗАПРЕЩЕНА!
В случае порчи приборов и оборудования по вине учащихся
последние несут материальную ответственность.
По окончании работы электрическая цепь должна быть разоб-
рана, стенд обесточен, провода и приборы убраны на место.
Результаты лабораторно-практической работы заносятся в про-
токол испытаний и таблицы карандашом и представляются пре-
подавателю для проверки. При неправильных результатах лабора-
торно-практическая работа должна быть переделана.
По результатам работы каждый учащийся оформляет отчет со-
гласно настоящему пособию. Отчет оформляется в рабочей тетра-
ди «Лабораторно-практические работы по электротехнике» акку-
ратно в полном соответствии с требованиями к оформлению. Не-
обходимые схемы должны быть выполнены согласно ЕСКД с при-
менением чертежных инструментов. На графиках и векторных ди-
аграммах должны быть нанесены масштабы измеряемых величин
и соответствующие обозначения.
Допускается на усмотрение преподавателя оформление одного
протокола испытаний и отчета бригадой из двух учащихся. Мини-
мум знаний, необходимых для защиты лабораторно-практичес-
кой работы, отражают контрольные вопросы в конце работы.
Описание лабораторного стенда. Предлагаемый для оснащения
лабораторий универсальный электротехнический стенд предназ-
начен для выполнения работ по темам: электрические и магнит-
6
Рис. В.1. Общий вид настольной стендовой панели
ныс цепи, основы промышленной электроники, электрические
машины.
Главной его частью является настольная панель (рис. В.1), на
которой непосредственно размещается вся элементная база для
сборки электрических и магнитных цепей, проведения электри-
ческих измерений, испытания электронных устройств и управле-
ния электрическими машинами. Сами электрические машины —
асинхронный электродвигатель и машина постоянного тока, ко-
торая может работать в режиме генератора или двигателя, — раз-
мещаются соосно на общей платформе и соединяются с цепями
управления специальным кабелем с разъемами.
В верхней части панели размещены измерительные щитовые
многопредельные приборы типа М381-1 — шесть миллиампер-
метров с пределами измерений 100...500... 1000 мА и два вольт-
метра с пределами измерений 30... 150... 300 В. Приборы включе-
ны в диагональ выпрямительного моста и могут использоваться
для измерения как постоянного, так и переменного токов.
В средней и нижней частях панели смонтированы электрические
цепи и отдельные элементы, позволяющие выполнить до 20 лабо-
раторно-практических работ по II, III, IV ступеням квалификации
(указаны в скобках как рекомендуемые), в том числе предусмот-
ренных в дополнительной части ОСТ 9ПО 03.01 — 96: (в скобках
после номера ступени добавлено «доп»).
В комплект стенда входят переносные приборы: мультиметр
М838 — I шт.; ваттметр — 2 шт.; электронный милливольтметр —
7
1 шт.; электронный генератор — 1 шт.; электронный осцилло-
граф — 1 шт.
Питание стенда осуществляется от трехфазного источника на-
пряжением U = (36 ± 3,6) В. На стенде предусмотрены розетки с
переменным напряжением 220 В, 50 Гц для подключения элект-
ронных приборов.
Роль источника постоянного регулируемого напряжения 0...20 В
выполняет выпрямитель, включенный в состав стенда.
Питание полупроводниковых устройств осуществляется от ис-
точника постоянного напряжения 5 В, также входящего в состав
стенда.
Максимальная мощность, потребляемая стендом при работе,
не превышает 200 Вт.
Правила сборки электрических схем. Перед сборкой электри-
ческой цепи (ЭЦ) необходимо определить все элементы, которые
должны входить в нее в соответствии с принципиальной схемой:
резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, измеритель-
ные приборы, выключатели и переключатели, регулируемые эле-
менты, источники питания и др. Переключатели пределов изме-
рений приборов должны быть установлены в положения, указан-
ные в описании лабораторной работы. Особое внимание следует
обратить на универсальный прибор — мультиметр, в котором на-
ряду с переключателем пределов измерений имеется переключа-
тель рода работы с положениями: «R», «=U», «-U», «=1», «-1».
Требуемое положение также указывается в описании лаборатор-
ной работы.
При сборке ЭЦ необходимо придерживаться следующих правил:
начинать сборку от зажимов источника питания;
в первую очередь собирать главную цепь, состоящую из после-
довательно соединенных элементов: резисторов, индуктивных ка-
тушек, амперметров, токовых катушек ваттметров и т.д.;
во вторую очередь подключать параллельно подсоединяемые
элементы, в том числе вольтметры, катушки напряжения ваттмет-
ров, осциллограф и др.
Разборку ЭЦ следует начинать от источника питания, предва-
рительно отключив напряжение питания.
Правила оформления графической части к отчету по лаборатор-
но-практическим работам. Все схемы, графики, таблицы, диаг-
раммы должны быть выполнены карандашом с применением чер-
тежных инструментов: линейки, циркуля, лекала, соответствую-
щих трафаретов.
Элементы схем должны выполняться в соответствии с ЕСКД
(табл. В.1).
Масштаб на графиках, за исключением особо оговоренных слу-
чаев, должен быть равномерным. Не следует на осях указывать
цифры, полученные при измерениях или взятые из таблиц.
8
Таблица B.l
Условные изображения наиболее часто
применяемых элементов электрической цепи
Наименование
Обозначение
Наименование
Обозначение
П редохранитель
плавкий
Гальванический
элемент
Резистор
Диод полу-
проводниковый
Стабилитрон
Транзистор
Выключатель
Прибор
измерительный
ЙЗ
и-
Конденсатор
Катушка
индуктивности
Лампа
Корпус
Соединение
разъемное
Соединение
неразъемное
-6-


Для изображения нескольких зависимостей на графике строят
несколько вертикальных осей (каждую со своим масштабом). Кри-
вые на графике в этом случае выделяются соответствующим цве-
том или способом нанесения точек (***, +++, ... и т.д.). Рядом с
каждой кривой наносят в удобном месте обозначение зависимос-
ти (рис. В.2).
Кривая на графике должна быть плавной. Ее надо проводить
гак, чтобы полученные в результате испытаний точки отстояли
9
и, В /102, А
Рис. В.2. Пример оформления графика
от нее приблизительно на одинаковом расстоянии. Точки, дале-
ко отстоящие от кривой, являются следствием промаха наблю-
дателя. Их отмечают на графике особо, например, обводят круж-
ком (см. рис. В.2).
Содержание отчета. Отчет по лабораторной работе составляется
каждым учащимся или бригадой по данным протокола испыта-
ний и оформляется в рабочей тетради «Лабораторно-практичес-
кие работы по электротехнике».
Отчет должен содержать:
протокол испытаний, утвержденный преподавателем;
вычисления и графические построения, предусмотренные под-
разделом «Требования к расчетно-графической части отчета».
Техника безопасности при выполнении работ. Лаборатория элек-
тротехники относится к помещениям повышенной опасности, так
как в ней присутствуют электротехническая аппаратура и элект-
рические машины, питаемые от источников электрической энер-
гии.
Основное рабочее напряжение, с которым имеют дело учащи-
еся, 36 В. Оно является безопасным для человека, поскольку при
минимальном сопротивлении тела человека 800 Ом максимально
возможный ток при таком напряжении не превышает предельно
опасной величины — 50 мА. Однако напряжение 220 В, которое
используется для работы электронных измерительных приборов
и, при необходимости, может быть использовано для питания
электрических машин, является опасным для человека. Поэтому
работа в лаборатории требует от учащихся соблюдения правил
поведения и техники безопасности.
10
Работать разрешается строго за своим рабочим местом, пере-
мещения в лаборатории должны быть максимально ограничены.
Ни в коем случае не следует касаться руками неизолированных
соединительных проводов и контактов в цепи, находящейся под
напряжением. Любое изменение в схеме, пересоединение провод-
ников должны выполняться при обесточенной ЭЦ. Все переклю-
чения и изменения должны быть проверены преподавателем.
С особым вниманием и осторожностью необходимо относить-
ся к работам с электрическими машинами, имеющими вращаю-
щиеся части. Запрещается тормозить вал машины рукой с целью
ускорения его остановки.
Опасность представляют также ЭЦ, содержащие индуктивные
катушки с большим числом витков. При их размыкании на концах
катушки может индуктироваться значительная ЭДС.
Перед проведением лабораторных работ учащиеся обязаны оз-
накомиться с действующими в учебном заведении инструкциями
по охране труда при эксплуатации электроустановок до 1000 В,
пожарной безопасности, охране труда при проведении работ в
кабинете электротехники и расписаться в соответствующем жур-
нале.
РАЗДЕЛ I
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1 (II, III, IV)
Ознакомление с основными электромеханическими
измерительными приборами и методами электрических
измерений
1.	Цель работы
1.1.	Получить предварительные представления об электромеха-
нических измерительных приборах — амперметре, вольтметре, ватт-
метре и омметре.
1.2.	Изучить следующие основные характеристики измеритель-
ных приборов: цена деления, номинальная величина, погрешности из-
мерения.
1.3.	Изучить методы измерений тока, напряжения, мощности и
сопротивления с помощью электроизмерительных приборов.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний служат электромеханические измеритель-
ные приборы и элементы электрической цепи (ЭЦ), смонтирован-
ные на плате № 1 стендовой панели (общий вид каждой из плат
дан в приложении). В качестве резисторов используются подстроеч-
ные резисторы ПЭВР-10 с номинальным сопротивлением 100 Ом.
В качестве измерительных приборов применяются щитовые
(миллиамперметр и вольтметр постоянного тока) и переносные
(ваттметр и омметр) приборы.
3.	Задание к лабораторной работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 1, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
3.2.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 1.1. В качестве нагрузки
использовать резистор Rx платы № 1 (см. рис. П.1 приложения)
стендовой панели. Подключить ЭЦ к регулируемому источнику
постоянного напряжения Ц=О...2О В (см. рис. П.З приложения).
3.3.	После проверки схемы преподавателем подать напряжение
в ЭЦ. При этом должна загореться соответствующая сигнальная
лампа, показанная на рис. П.З.
12
3.4.	Установить на выходе источника питания напряжение U= 5 В
и снять показания амперметра (/) и ваттметра (Р). Измерить на-
пряжение на нагрузке UH. Данные измерений занести в табл. 1.1.
Повторить измерения при напряжении питания 10 и 15 В. Данные
измерений занести в табл. 1.1.
3.5.	Отключить питание ЭЦ.
3.6.	Измерить сопротивление резистора нагрузки RH с помо-
щью мультиметра в режиме «Омметр» в диапазоне 200 Ом и ре-
зультаты занести в табл. 1.1.
3.7.	Заполнить табл. 1.2, занеся в нее основные характеристики ис-
пользуемых измерительных приборов (класс точности омметра — 1).
3.8.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать лаборанту, рабо-
чее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 1
Ознакомление с основными электромеханическими
измерительными приборами и методами электрических
измерений
4.1.	Цель работы ____________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Закон Ома для участка цепи:.............................
Формула для определения мощности: ......................
4.3.	Схема электрической цепи и таблицы
b
Рис. 1.1. Схема ЭЦ для проверки основных параметров электроизмери-
тельных приборов
13
Таблица 1,1
Z7, в	Измеренные значения				Вычисленные значения	
	в	I, мА	Р, Вт	Л„, Ом	Р, Вт	Л», Ом
5						
10						
15						
Таблица 1.2
Прибор	Тип	Система	Род тока	Класс точности	Цена деления	Номинальная величина
						
						
						
						
Группа Учащийся Дата
Преподаватель____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Формулы, используемые для обработки экспериментальных
данных, занесенных в табл. 1.3,
ДЛ = УпрЛом/ ЮО; у = ЮО ДЛ/4.
Таблица 1.3
Параметр		Амперметр	Вольтметр	Ваттметр	Омметр
Класс точности					
АЛ					
Y, %, при напряжении питания U, В	5				
	10				
	15				
4.5.	Краткие выводы___________________________________
Учащийся  Преподаватель
14
5.	Требования к расчетно-графической части отчета
5.1.	В соответствии с данными табл. 1.1 вычислить значения сопро-
тивления и мощности нагрузки при различных значениях напряже-
ния питания U, данные занести в табл. 1.1 (два последних столбца).
5.2.	Зная класс точности измерительных приборов, вычислить
ибсолютную погрешность измерения А/1 и относительную погреш-
ность у для трех значений напряжения питания. Результаты вычис-
лений занести в табл. 1.3.
5.3.	Сделать краткие выводы по результатам испытаний.
Контрольные вопросы
I.	Укажите назначение измерительных приборов, используемых в ла-
бораторной работе.
2.	Назовите основные характеристики электроизмерительных при-
боров.
3.	Что такое абсолютная погрешность?
4.	Что такое относительная погрешность?
5.	Что такое приведенная погрешность?
6.	Какой амперметр лучше: с малым или большим внутренним сопро-
тивлением?
7.	Какой вольтметр лучше: с малым или большим внутренним сопро-
тивлением?
8.	Какие основные обозначения наносятся на шкале прибора?
9.	Зачем нужен корректор на передней панели прибора?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2 (II)
Линейная электрическая цепь постоянного тока
с последовательным соединением приемников
электрической энергии
1.	Цель работы
1.1.	Изучить методы измерения тока, напряжения, мощности и
сопротивления в электрических цепях постоянного тока с после-
довательным соединением резисторов.
1.2.	Проверить экспериментальным и расчетным путем закон
Ома, 2-е правило Кирхгофа и закон сохранения энергии (баланс
мощностей).
15
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний служит электрическая цепь (ЭЦ), содер-
жащая последовательно включенные резисторы, смонтированные
на плате №1 (см. рис. П.1 приложения) стендовой панели:
Я,, Т?4, Rs — подстроечные ПЭВР-10 с номинальным сопро-
тивлением 100 Ом;
Я5 — переменный ППБ-25Г с номинальным сопротивлением
100 Ом. Сопротивление этого резистора изменяется в зависимости
от положения его движка и определяет значения токов /, падений
напряжения U, мощностей Р на всех участках ЭЦ.
В качестве измерительных приборов используются щитовые
(миллиамперметр и вольтметр постоянного тока) и переносные
(ваттметр и омметр) приборы.
Питание ЭЦ осуществляется от регулируемого источника по-
стоянного напряжения t/=0...20 В (см. рис. П.З приложения).
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 2, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол испыта-
ний.
3.2.	Записать в протоколе испытаний применительно к ЭЦ,
показанной на рис. 2.1, выражения для закона Ома, 2-го правила
Кирхгофа и баланса мощностей.
Выполняется в лаборатории
3.3.	В обесточенной ЭЦ установить промежуточное значение
сопротивления резистора R5, повернув его движок на опреде-
ленный угол. Измерить сопротивление каждого резистора ЭЦ с
помощью омметра (мультиметр в режиме «Омметр» в диапазоне
200 Ом). Данные измерений занести в табл. 2.1.
3.4.	С помощью проводников со штекерами соединить точки dи
d\. Измерить сопротивление ЭЦ между точками а и Ь, результат
занести в табл. 2.1.
3.5.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 2.1, а, установив вместо
перемычки d— dl миллиамперметр постоянного тока. После про-
верки схемы преподавателем подать в ЭЦ постоянное напряже-
ние Uab Установить любое значение Uab в пределах 10...20 В и за-
нести это значение в табл. 2.1.
16
3.6.	Не изменяя сопротивления резистора R5 и напряжения пи-
тания Uab, измерить падение напряжения на каждом элементе ЭЦ.
Результаты занести в табл. 2.1.
3.7.	Занести в табл. 2.1 значение тока в ЭЦ.
3.8.	Не изменяя сопротивления резистора R5 и напряжения пита-
ния Uab, измерить с помощью ваттметра мощность, потребляемую
каждым элементом ЭЦ и всей цепью (РаЬ). Для этого токовую ка-
тушку ваттметра включать последовательно с исследуемой ветвью,
а катушку напряжения — параллельно ветви (см. рис. 2.1, б). Ре-
зультаты занести в табл. 2.1.
3.9.	Заполнить табл. 2.2, занеся в нее основные характеристики
измерительных приборов, используемых в процессе выполнения
работы.
3.10.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем обесточить и разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать ла-
боранту, рабочее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 2
Линейная электрическая цепь постоянного тока
с последовательным соединением приемников
электрической энергии
4.1.	Цель работы ________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Закон Ома для участка цепи:......
i	'	
;	ЛЗ пи
2-е правило Кирхгофа:.....................
Б „	’ L.J19TB
17
4.3. Схемы электрических цепей и таблицы
б
Рис. 2.1. Схемы ЭЦ постоянного тока для проверки:
а — закона Ома и 2-го правила Кирхгофа; б — баланса мощностей
Таблица 2.1
Параметр	Участок ЭЦ				
	Л,	Ra			а - Ь
R, Ом					
и, В					
/, мА					
Р, Вт					
Таблица 2.2
Прибор	Тип	Система	Род тока	Класс точности	Цена деления
					
					
					
					
Группа Учащийся Дата
Преподаватель___________________
18
4.4.	Расчетно-графическая часть
Таблица 2.3
Параметр	Участок ЭЦ				
	Л,	Яд	Л5	Лб	a - b
/, мА					
Р, Вт					
4.5. Краткие выводы__________________________________
Учащийся  Преподаватель
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 2, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	Записать в протоколе испытаний применительно к ЭЦ,
показанной на рис. 2.1, выражения для закона Ома, 2-го правила
Кирхгофа и баланса мощностей.
Выполняется в классе
5.3.	В табл. 2.4 даны значения сопротивлений ЭЦ, приведен-
ной на рис. 2.1. Напряжение питания Uab задается преподавате-
лем.
Таблица 2.4
Параметр	Участок ЭЦ			
	Л,	Яд	Я5	Яб
R, Ом	40	60	70	30
иаЬ=... В
На основании этих данных, используя закон Ома и правила Кирх-
гофа, а также формулу для определения мощности, заполнить все
графы табл. 2.1 (принять сопротивление амперметра ЯА=0).
19
6.	Требования к расчетно-графической части отчета
6.1.	Пользуясь полученными в результате измерений значения-
ми R и U (первая и вторая строки табл. 2.1), вычислить значения
тока I и мощности Р на каждом участке ЭЦ. Данные занести в
табл. 2.3. Сравнить значения параметров ЭЦ, полученные экспе-
риментальным (третья и четвертая строки табл. 2.1) и расчетным
(см. табл. 2.3) путем.
6.2.	При выполнении практической работы на основании задан-
ных значений сопротивлений R (см. табл. 2.4) и напряжения пита-
ния Uab вычислить сопротивление ЭЦ между точками а и Ь, значе-
ния токов I, падений напряжения на каждом участке цепи U,
потребляемой каждым элементом цепи мощности Р. Результаты
вычислений занести в табл. 2.1.
6.3.	Проверить закон сохранения энергии, вычислив мощность,
отдаваемую источником питания (Ро6) и потребляемую всей ЭЦ.
6.4.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Какой ток называется постоянным?
2.	В каких единицах измеряются сила тока, напряжение, мощность,
сопротивление?
3.	Какими параметрами определяется сопротивление проводника?
4.	Почему розетки и вилки электрических приборов могут нагреваться
во время работы?
5.	Что называется электрической цепью?
6.	Приведите пример последовательного включения приемников элек-
трической энергии.
7.	Что произойдет с елочной гирляндой, если одна из ламп сгорит?
8.	Что произойдет с елочной гирляндой, если одна из ламп окажется
закороченной?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3 (III, IV)
Линейная электрическая цепь постоянного тока при
смешанном соединении приемников электрической энергии
1.	Цель работы
1.1.	Изучить методы измерения тока, напряжения, мощности и
сопротивления в электрических цепях постоянного тока со сме-
шанным соединением резисторов.
1.2.	Проверить экспериментальным и расчетным путем закон
Ома, 1-е и 2-е правила Кирхгофа и закон сохранения энергии
(баланс мощностей).
20
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний служит электрическая цепь (ЭЦ) по-
стоянного тока со смешанным включением резисторов, смонти-
рованных на плате № 1 (см. рис. П.1 приложения) стендовой
панели:
R2, R2, R4, R& — подстроечные ПЭВР-10 с номинальным
сопротивлением 100 Ом;
Л5 — переменный ППБ-25Г с номинальным сопротивлением
100 Ом. Сопротивление этого резистора изменяется в зависимости
от положения его движка и определяет значения токов I, падений
напряжения U, мощностей Р на всех участках ЭЦ.
В качестве измерительных приборов используются щитовые
(миллиамперметры — 3 шт., вольтметр — 1 шт.) и переносные
(ваттметр и омметр) приборы.
Питание ЭЦ осуществляется от регулируемого источника по-
стоянного напряжения £7=0...20 В (см. рис. П.З приложения).
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 3, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
3.2.	Записать в протоколе испытаний применительно к ЭЦ,
показанной на рис. 3.1, выражения для закона Ома, 1-го и 2-го
правил Кирхгофа, баланса мощностей.
Выполняется в лаборатории
3.3.	В обесточенной ЭЦ установить промежуточное значение
сопротивления резистора Я5, повернув его движок на опреде-
ленный угол. Измерить сопротивление каждого резистора ЭЦ с
помощью омметра (мультиметр в режиме «Омметр»). Данные из-
мерений занести в табл. 3.1.
3.4.	С помощью проводников со штекерами соединить точки с
и cl, d и d\. Измерить сопротивление ЭЦ между точками а и Ь,
результат занести в табл. 3.1.
3.5.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 3.1, установив вместо
перемычек c-cl и d-d\ миллиамперметры постоянного тока. Пос-
ле проверки схемы преподавателем подать в ЭЦ постоянное на-
пряжение, установив его значение в пределах 10...20 В. Значение
Uab занести в табл. 3.1.
3.6.	Не изменяя сопротивления резистора Т?5 и напряжения пи-
тания Uab, измерить падение напряжения на каждом элементе ЭЦ
и потребляемую ЭЦ мощность. Результаты занести в табл. 3.1.
21
3.7.	Занести в табл. 3.1 значения токов во всех ветвях ЭЦ.
3.8.	Заполнить табл. 3.2, занеся в нее основные характеристики
измерительных приборов, используемых в процессе выполнения
работы.
3.9.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем обесточить и разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать ла-
боранту, рабочее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 3
Линейная электрическая цепь постоянного тока при
смешанном соединении приемников электрической энергии
4.1.	Цель работы _____________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Закон Ома для участка цепи:................................
1-е правило Кирхгофа:.................................
2-е правило Кирхгофа:.................................
Баланс мощностей:....................................
4.3. Схема электрической цепи и таблицы
Рис. 3.1. Схема ЭЦ для проверки 1-го правила Кирхгофа
22
Таблица 3.1
1 (араметр	Участок ЭЦ						
	Я|	*2	Я,	Я,	«5	Яб	а - b
Я, Ом							
и, в							
1, мА							
Р, Вт							
Таблица 3.2
Прибор	Тип	Система	Род тока	Класс точности	Цена деления	Номинальная величина
						
						
						
						
Группа Учащийся Дата
Преподаватель____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Таблица 3.3
Параметр	Участок ЭЦ						
	я,	я2	Яз	К	Rs	Ri	а - b
/, мА							
Р, Вт							
4.5.	Краткие выводы__________________________________
Учащийся  Преподаватель
23
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 3, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	Записать в протоколе испытаний применительно к ЭЦ,
показанной на рис. 3.1, выражения для закона Ома, 1-го и 2-го
правил Кирхгофа, баланса мощностей.
Выполняется в классе
5.3.	В табл. 3.4 даны значения сопротивлений ЭЦ, приведен-
ной на рис. 3.1. Напряжение питания Uab задается преподавате-
лем.
Таблица 3.4
Параметр	Участок ЭЦ					
	Л,		Яз	Л,	Л5	
R, Ом	40	45	55	60	70	30
На основании этих данных, используя закон Ома и правила Кирх-
гофа, а также формулу для определения мощности, заполнить все
графы табл. 3.1 (принять сопротивление амперметров ЛА=0).
6.	Требования к расчетно-графической части отчета
6.1.	Пользуясь полученными в результате измерений значения-
ми R и U(первая и вторая строки табл. 3.1), вычислить значения
тока I и мощности Р на каждом участке ЭЦ. Данные занести в
табл. 3.3. Сравнить значения параметров ЭЦ, полученные экспе-
риментальным (третья и четвертая строки табл. 3.1) и расчетным
(см. табл. 3.3) путем.
6.2.	При выполнении практической работы на основании за-
данных значений сопротивления R (см. табл. 3.4) и напряжения
питания Uab вычислить полное сопротивление ЭЦ между точками
а и Ь, значения токов I, падений напряжения на каждом участке
цепи U, потребляемой каждым элементом цепи мощности Р. Ре-
зультаты вычислений занести в табл. 3.1.
6.3.	Проверить закон сохранения энергии, вычислив мощность,
отдаваемую источником питания (Ря4) и потребляемую всей ЭЦ.
6.4.	Сделать краткие выводы по работе.
24
Контрольные вопросы
I.	Что называется электрической цепью?
2.	Сформулируйте и запишите закон Ома.
3.	Сформулируйте и запишите 1-е и 2-е правила Кирхгофа.
4.	Укажите назначение и основные характеристики амперметра, вольт-
метра и ваттметра.
5.	Назовите основные способы измерения сопротивлений.
6.	На чем основано измерение сопротивления омметром?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4 (IV)
Нелинейные электрические цепи постоянного тока
1.	Цель работы
I.I.	Познакомиться с видами волып-амперных характеристик
(ВАХ).
1.2.	Исследовать ВАХ нелинейных элементов.
1.3.	Познакомиться с графическими методами расчета нели-
нейных электрических цепей.
1.4.	Овладеть методами построения графиков на основе экспе-
риментальных данных.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний служит электрическая цепь (ЭЦ), содер-
жащая различные сочетания нелинейных и линейных элементов,
питаемая источником постоянного напряжения.
Все элементы смонтированы на плате № 2 (см. рис. П.2 прило-
жения) стендовой панели и могут быть включены в цепь с по-
мощью контактных гнезд и проводников со штекерами.
Симметричные ВАХ обеспечиваются двумя параллельно вклю-
ченными лампочками с номинальным напряжением UH0M= 24 В и
током /ном = 0,12 А каждая.
Несимметричная постоянная ВАХ обеспечивается последова-
тельным включением резистора Rorp (ПЭВР-10-100) и стабилит-
рона Д815.
Семейство управляемых ВАХ может быть получено при помо-
щи транзистора Т(П605А), у которого ток коллектора ZK зави-
сит не только от напряжения на коллекторе (7К, но и от тока
базы /б.
Для измерения постоянного тока и напряжения используются
щитовые приборы, расположенные на стенде.
25
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 4, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV)- Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
3.2.	Вычислить сопротивление лампочки в рабочем состоянии,
если ее номинальное напряжение 24 В, а мощность 3 Вт. Результат
вычисления привести в протоколе испытаний.
Выполняется в лаборатории
3.3.	Собрать ЭЦ с электрическими лампочками в соответствии
с рис. 4.1, подключить ее к регулируемому источнику постоянно-
го напряжения £7= 0... 20 В (см. рис. П.З приложения).
3.4.	Снять ВАХ двух параллельно соединенных лампочек Л при
положительных значениях напряжения, а затем при отрицатель-
ных (поменять местами штекеры на источнике питания). Для это-
го, устанавливая поочередно указанные в табл. 4.1 значения на-
пряжения, снять показания амперметра. Данные занести в соот-
ветствующие строки табл. 4.1.
3.5.	Собрать ЭЦ со стабилитроном Д и резистором Д^в соот-
ветствии с рис. 4.2 и снять ВАХ при положительных и отрицатель-
ных значениях напряжения. Данные занести в табл. 4.2. Снять ВАХ
резистора (рис. 4.3) и данные занести в табл. 4.3.
3.6.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 4.4 и снять ВАХ транзистора Т
для трех фиксированных значений тока базы (/б1, /62,/бз) ПРИ указан-
ной на схеме полярности источника. Данные занести в табл. 4.4.
3.7.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем обесточить и разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать ла-
боранту, рабочее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 4
Нелинейные электрические цепи постоянного тока
4.1.	Цель работы ___________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Сопротивление лампочки в рабочем состоянии: Дл = ...
26
4.3.	Схемы электрических цепей и таблицы
Рис. 4.1. Схема ЭЦ для снятия
ВАХ ламп накаливания
Таблица 4.1
±и, в	0	1	2	5	10	15	20
I, мА							
-I, мА							
Рис. 4.2. Схема ЭЦ для снятия
ВАХ стабилитрона
Рис. 4.3. Схема ЭЦ для снятия
ВАХ резистора
Табл и ца 4.3
±и, В	0	1	2	5	10	15	20
I, мА							
мА							
Рис. 4.4. Схема ЭЦ для снятия
ВАХ транзистора
Таблица 4.4
±£/, В		0	1	2	5	10	15	20
/к, мА, при токе базы	41							
	4г							
	4з							
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
27
4.4.	Расчетно-графическая часть	. . v
I, мА
																	
																	
																	
																	
																	
																	
																	
																	
																	
																	
Рис. 4.5. ВАХ ламп накаливания, стабилитрона и резистора
									
									
									
									
									
									
									
									
t/K, В
Рис. 4.6. ВАХ транзистора
Дополнительное задание
Таблица 4.5
/, мА	80	60	40	20	0	-20	-40	-60	-80
7?л, Ом									
Логр, Ом									
28
R, Ом
															
															
															
															
															
															
															
															
															
/, мА
Рис. 4.7. Зависимость сопротивления лампы накаливания (Лл)
и резистора от тока
4.5.	Краткие выводы_________________________________________
Учащийся  Преподаватель
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 4, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	Вычислить сопротивление лампочки в рабочем состоянии,
если ее номинальное напряжение 24 В, а мощность 3 Вт. Результат
вычисления привести в протоколе испытаний.
Выполняется в классе
5.3.	В табл. 4.6, 4.7, 4.8 даны ВАХ электрических цепей, приве-
денных на рис. 4.1, 4.2, 4.4 соответственно.
Табл и ца 4.6
±и, в	0	1	2	3	5	10	20
/, мА	0	30	60	90	120	160	190
мА	0	30	60	90	120	160	190
29
Таблица 4.7
+ U, в	0	5	10	15	20	25	30
/, мА	0	5	18	28	37	47	57
-I, мА	0	0	0	9	19	29	38
Примечание. Результаты получены при Яогр = 500 Ом.
Таблица 4.8
и, В		0	1	2	5	10	15	20
/к, мА, при токе базы		0	30	47	52	55	57	59
	7б2	0	60	75	80	85	89	93
	Аз	0	90	105	120	130	137	142
На основании приведенных таблиц оформить отчет о практи-
ческой работе.
6.	Требования к расчетно-графической части отчета
6.1.	В соответствии с данными табл. 4.1, 4.2 и 4.3, полученными
в процессе лабораторной работы (или табл. 4.6 и 4.7 при практи-
ческой работе) построить на рис. 4.5 в одной системе координат
зависимости I (1Г).
6.2.	Вычислить и построить там же ВАХ одной лампочки и ста-
билитрона.
6.3.	В соответствии с данными табл. 4.4, полученными при вы-
полнении лабораторной работы (или табл. 4.8 при практической
работе) построить на рис. 4.6 ВАХ транзистора IK(U) при /б=const.
6.4.	Дополнительное задание. Вычислить при различных значе-
ниях тока (первая строка табл. 4.5) сопротивления лампы (Лл) и
резистора (Д,^). Данные занести соответственно во вторую и тре-
тью строки табл. 4.5. По результатам вычислений построить на рис.
4.7 зависимости R (I) для лампы и резистора.
6.5.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Какая зависимость определяет деление электрических цепей на ли-
нейные и нелинейные?
2.	Как изменяется сопротивление лампы накаливания при изменении
подводимого к ней напряжения?
3.	Почему наиболее опасным для электрической лампы является ре-
жим включения?
4.	Назовите основные виды ВАХ нелинейных элементов.
5.	Укажите основные методы анализа нелинейных электрический цепей.
30
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5 (II, III, IV)
Последовательное соединение катушки индуктивности
и конденсатора при синусоидальных напряжениях и токах
1.	Цель работы
I.I.	Выявить влияние активного сопротивления и индуктив-
ности катушки, а также емкости конденсатора на значения тока
и электрической цепи (ЭЦ), напряжения на ее элементах и мощ-
ности.
1.2.	Изучить явление резонанса напряжений.
1.3.	Познакомиться с методами анализа ЭЦ с применением век-
торных диаграмм.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является ЭЦ, содержащая конденсатор
емкостью С и катушку индуктивности, характеризуемую актив-
ным сопротивлением Лк и индуктивностью ZK. ЭЦ питается сину-
соидальным напряжением промышленной частоты 50 Гц.
В качестве катушки индуктивности используется дроссель с ак-
тивным сопротивлением 15 Ом и индуктивностью 0,65 Гн. Ем-
кость конденсатора может изменяться от 1 до 29 мкФ.
Все элементы смонтированы на плате № 4 (см. рис. П.4 прило-
жения) стендовой панели и могут быть включены в цепь с помо-
щью контактных гнезд и проводов со штекерами. Изменение ем-
кости конденсатора С осуществляется с помощью переключателя
114.1, состоящего из семи кнопок. Нажатие п-й кнопки (л может
изменяться от 1 до 7) подключает параллельно к уже имеющимся
конденсаторам общей емкостью С, + С2+ ... + C„_t конденсатор
емкостью С„, соответствующей данной кнопке.
Схема ЭЦ с включенными в нее измерительными приборами
приведена на рис. 5.1. В качестве измерительных приборов в работе
используются:
миллиамперметр переменного тока для измерения полного
тока ЭЦ;	<
ваттметр для измерения потребляемой ЭЦ активной мощно-
сти;
вольтметр переменного тока для измерения напряжения пита-
ния и напряжений на элементах ЭЦ.
Для питания ЭЦ используется фазное напряжение Цф= 20 В, сни-
маемое с зажимов А и N трехфазного источника питания 3-50 Гц,
36 В (см. рис. П.З приложения).
31
3.	Задание к лабораторной работе	,
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 5, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
3.2.	Записать условие резонанса напряжений. Вычислить ожида-
емые значения тока в ЭЦ и напряжений на элементах при резо-
нансе, если U =20 В, /= 50 Гц (значения Лк и £к приведены для
каждого варианта в табл. 5.4).
Вычислить ожидаемое значение емкости при резонансе, дан-
ные вычислений занести в протокол испытаний.
Выполняется в лаборатории
3.3.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 5.1. С помощью переклю-
чателя пределов установить наибольшую номинальную величину
измерительных приборов. Все конденсаторы должны быть отклю-
чены (кнопки отжаты).
После проверки схемы преподавателем подать питание. При этом
должны загореться соответствующие сигнальные лампы, показан-
ные на рис. П.З.
3.4.	Постепенно увеличивая емкость переключателем П4.1, уста-
новить такое ее значение, при котором ток в цепи будет наиболь-
шим (режим резонанса напряжений). Занести значение емкости
и показания всех приборов в соответствующие графы табл. 5.1. Из-
меняя значение емкости от С^з в большую и меньшую стороны,
снять показания всех приборов еще для шести значений емкости.
Данные занести в табл. 5.1.
3.5.	Отключить питание ЭЦ, переключатель П4.1 установить в
исходное положение.
3.6.	Занести в табл. 5.2 основные характеристики измеритель-
ных приборов, используемых в лабораторной работе.
На основании полученных экспериментальных данных постро-
ить на рис. 5.2 зависимости 1(C), UK(C), Uc(C).
3.7.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать лаборанту, рабо-
чее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 5
Последовательное соединение катушки индуктивности
и конденсатора при синусоидальных напряжениях и токах
4.1.	Цель работы ____________________________________
32
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант № ... : RK= ... ; LK= ... ; U= ... .
Условие резонанса напряжений: .......................
Ток при резонансе /рез= ... .
Напряжения на элементах при резонансе:
UL= ...
и С =-Ц—•
С (WL
Емкость при резонансе
С *
рез (2л/)2/,
4.3. Схема электрической цепи и таблицы
Рис. 5.1. Схема ЭЦ для изучения резонанса напряжений
ик=
Табл и ца 5.1
С, мкФ	1/, в	I, мА	С4, В	ис, в	Р, Вт
					
					
					
С = VpC3					
					
					
					
Таблица 5.2
Прибор	Тип	Система	Род тока	Класс точности	Цена деления	Номинальная величина
						
						
						
						
2 Прошин
33
Рис. 5.2. Зависимость тока в ЭЦ и напряжений на катушке индуктивно-
сти и конденсаторе от емкости конденсатора
Группа Учащийся Дата
Преподаватель___________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Формулы, используемые для обработки экспериментальных
данных, занесенных в табл. 5.1 и 5.3
Закон Ома: Z= U/Г, ZK = UJI; Хс = Uc/I.
2-е правило Кирхгофа: U = UK+UC=UR+UL+UC.
Треугольник сопротивлений:
z = Jr2 + (xl-xc)2- zk = y/R2 + xL2;
XL = (о£к = 2я/£л; Хс = 1 /(cdC) = 1 /(2л/С); Р = I2R.
Табл и ца 5.3
Ак= ... Ом
С, мкФ	Л, Ом	Хс, Ом	Ом	Z, Ом
				
				
				
				
				
				
34
Рис. 5.3. Зависимость полного и реактивных сопротивлений ЭЦ
от емкости
ти = ... В/мм
ия =
UL =
Uc =
Рис. 5.4. Векторная диаграмма напряжений в ЭЦ с последовательным
•включением катушки индуктивности и конденсатора
35
4.5.	Краткие выводы
Учащийся  Преподаватель
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 5, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	В ЭЦ, приведенной на рис. 5.1, U= 20 В, емкость С изменя-
ется от 1 до 50 мкФ, параметры катушки индуктивности Лк и £к
для разных вариантов приведены в табл. 5.4.
Таблица 5.4
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
Лк, Ом	15	12	20	16	14	18	13	20
Ак, Гн	0,6	0,7	0,7	0,5	0,6	0,8	0,7	0,8
Вычислить ожидаемое значение емкости при резонансе Срез,
а затем для семи значений емкости из указанного диапазона —
значения XL, Хс, Z, ZK. Результаты вычислений занести в табл. 5.3.
5.3.	В соответствии с данными табл. 5.3 вычислить ток (/), зна-
чения напряжений на каждом элементе ЭЦ (Цк и Цс). Результаты
занести в табл. 5.1.
5.4.	На основании данных табл. 5.1 построить на рис. 5.2 зависи-
мости /(С), UAC), UАС).
6.	Требования к расчетно-графической части отчета
6.1.	В соответствии с экспериментальными данными, занесен-
ными в табл. 5.1, вычислить значения Z, ZK, Хс. Результаты вычис-
лений занести в табл. 5.3. Подсчитать активное сопротивление ка-
тушки индуктивности при резонансе RK=Z= U/1, данные занести
в протокол испытаний.
6.2.	На основании результатов вычислений построить в одной
системе координат на рис. 5.3 зависимости Z(C), ZK(C) или XL(C),
Хс(С).
36
6.3.	Для одного из случаев, отмеченного в протоколе препода-
нителем, построить на рис. 5.4 векторные диаграммы напряжений
II токов в соответствующем масштабе.
6.4.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Что понимается под резонансом напряжений?
2.	Какие элементы и параметры ЭЦ оказывают влияние на резонанс
нппряжений?
3.	Запишите условие возникновения резонанса напряжений и след-
ствие резонанса.
4.	Укажите связь между полным, активным и реактивным сопротив-
лениями.
5.	Изобразите с помощью векторной диаграммы момент резонанса
напряжений.
6.	Каков характер потребляемого цепью тока, если XL больше (мень-
ше) ХС1
7.	Где используется явление резонанса напряжений?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6 (IV)
Параллельное соединение индуктивной катушки и
конденсатора при синусоидальных напряжениях и токах
1.	Цель работы
1.1.	Выявить влияние параметров R, L, С на токи в ветвях элект-
рической цепи (ЭЦ).
1.2.	Изучить явление резонанса токов.
1.3.	Познакомиться с методами анализа ЭЦ с применением
векторных диаграмм.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является ЭЦ, содержащая конденсатор
емкостью С и катушку индуктивности, характеризуемую актив-
ным сопротивлением RK и индуктивностью £к. ЭЦ питается сину-
соидальным напряжением промышленной частоты 50 Гц.
В качестве катушки индуктивности используется дроссель с ак-
тивным сопротивлением 15 Ом и индуктивностью 0,65 Гн. Ем-
кость конденсатора может изменяться от 1 до 29 мкФ.
Все элементы смонтированы на плате № 4 (см. рис. П.4 при-
ложения) стендовой панели и могут быть включены в цепь с
37
помощью контактных гнезд и проводов со штекерами. Измене-
ние емкости конденсатора С осуществляется с помощью кно-
почного переключателя П4.1, состоящего из семи кнопок. На-
жатие и-й кнопки (и может изменять от 1 до 7) подключает
параллельно к уже имеющимся конденсаторам общей емкос-
тью С] + С2 + ... + C„-i конденсатор емкостью С„, соответствую-
щей данной кнопке.
Схема ЭЦ с включенными в нее измерительными приборами
приведена на рис. 6.1. В качестве измерительных приборов в работе
используются:
миллиамперметры переменного тока для измерения полного
тока и тока в ветвях ЭЦ — 3 шт.;
вольтметр переменного тока для измерения напряжения пита-
ния и напряжений на элементах ЭЦ.
Для питания ЭЦ используется линейное напряжение ил = 36 В,
снимаемое с зажимов А и В трехфазного источника питания (см.
рис. П.З приложения).
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 6, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол испыта-
ний.
3.2.	Записать условие резонанса токов. Вычислить ожидаемые
значения полного тока в ЭЦ и токов в каждой из ветвей при резо-
нансе, если U= 36 В, /= 50 Гц (значения 7?к и £к приведены для
каждого варианта в табл. 6.4).
Вычислить ожидаемое значение емкости при резонансе, дан-
ные вычислений занести в протокол испытаний.
Выполняется в лаборатории
3.3.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 6.1. С помощью переклю-
чателя пределов установить наибольшую номинальную величину
измерительных приборов. Все конденсаторы должны быть отклю-
чены (кнопки отжаты).
После проверки схемы преподавателем подать в ЭЦ перемен-
ное напряжение. При этом должны загореться соответствующие
сигнальные лампы, показанные на рис. П.З.
3.4.	Постепенно увеличивая емкость переключателем П4.1, ус-
тановить такое ее значение, при котором ток, потребляемый всей
цепью, будет наименьшим (режим резонанса токов). Занести зна-
38
чение емкости Срез и показания всех приборов в соответствующие
графы табл. 6.1. Изменяя значение емкости от Срез в большую и
меньшую стороны, снять показания всех приборов еще для шести
значений емкости. Данные занести в табл. 6.1.
3.5.	Отключить питание ЭЦ, переключатель П4.1 установить в
исходное положение.
3.6.	Занести в табл. 6.2 основные характеристики измеритель-
ных приборов, используемых в лабораторной работе. На основа-
нии полученных экспериментальных данных построить на рис. 6.2
зависимости 1(C), 1К(С), 1с(С).
3.7.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать лаборанту, рабо-
чее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 6
Параллельное соединение катушки индуктивности
и конденсатора при синусоидальных напряжениях и токах
4.1.	Цель работы __________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант №... : RK= ... ; LK= ... ; U= ... .
Условие резонанса токов:...........................
Токи в ЭЦ и ее ветвях при резонансе:
/ре3 ... , 1К ... , 1с ••• •
Емкость при резонансе Срез = ••• •
39
4.3.	Схема электрической цепи и таблицы
Рис. 6.1. Схема ЭЦ для изучения резонанса токов
Таблица 6.1
С, мкФ	£/, В	/, мА	/к, мА	/с, мА
				
				
				
С = '-'рез				
				
				
				
Таблица 6.2
Прибор	Тип	Система	Род тока	Класс точности	Цена деления	Номинальная величина
						
						
						
						
40
/, mA											
											
											
											
											
											
											
											
0										С, мкФ	
Рис. 6.2. Зависимость токов в ветвях ЭЦ от емкости конденсатора
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Формулы, используемые для обработки экспериментальных
данных, занесенных в табл. 6.1 и 6.3
Закон Ома: 1= Uy; ук = IJU, bc= Ic/U.
1-е правило Кирхгофа: I = 1К+1С-
Треугольник проводимостей:
У = ^82 + (bc-bL}2; ук = ylg2+bl;
XL = 2л/4; Хс = 1/(2л/С); g = R/Z2;
bc = \/Хс; bL = XL /Z2; Z = ^R2+(XL - Хс)2; ZK = Jr2+X2l.
Таблица 6.3
g= ... См
у, См	Ук> См	bc, См	bL, См	С, мкФ
				
				
				
				
				
				
				
41
									
									
									
									
									
									
									
									
О	С, мкФ
Рис. 6.3. Зависимость полной и реактивных проводимостей ЭЦ
от емкости
/Л/= ... мА/мм.
Ir -
h-
Ic =
-------------------------------------------- 0, В
Рис. 6.4. Векторная диаграмма токов в ЭЦ с параллельным включением
катушки индуктивности и конденсатора
4.5.	Краткие выводы_____________________________________
Учащийся Преподаватель
42
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 6, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	В ЭЦ, приведенной на рис. 6.1, £7= 36 В, емкость С изменяет-
ся от 1 до 50 мкФ, параметры катушки индуктивности RK и LK для
разных вариантов приведены в табл. 6.4.
Таблица 6.4
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
Лк, Ом	15	12	20	16	14	18	13	20
£к, Гн	0,6	0,7	0,7	0,5	0,6	0,8	0,7	0,8
Вычислить ожидаемое значение емкости при резонансе, а за-
тем для семи значений емкости из указанного диапазона — значе-
ния у, ук, bc, bL. Результаты вычислений занести в табл. 6.3.
5.3.	В соответствии с данными табл. 6.3 вычислить полный ток (/)
и значения токов в каждой ветви ЭЦ (/к и Zc). Результаты занести
в табл. 6.1.
5.4.	На основании данных табл. 6.1 построить на рис. 6.2 зависи-
мости /(С), /К(С), /с(С).
6.	Требования к расчетно-графической части отчета
6.1.	В соответствии с данными табл. 6.1 вычислить значения у, ук,
/>с, bL. Результаты вычислений занести в табл. 6.3. Подсчитать ак-
тивную проводимость катушки индуктивности при резонансе g =
» у =I/U, данные занести в протокол испытаний.
6.2.	На основании результатов вычислений построить в одной
системе координат на рис. 6.3 зависимости у (С), 6К(С) или />£(С),
МО-
6.3.	Для одного из случаев, отмеченного в протоколе препода-
вателем, построить на рис. 6.4 векторные диаграммы напряжений
и токов в соответствующем масштабе.
6.4.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Что понимается под резонансом токов?
2.	Какие параметры оказывают влияние на резонанс токов?
3.	Запишите условие возникновения резонанса токов и следствие ре-
зонанса.
43
4.	Укажите связь между полной, активной и реактивной проводимо-
стями.	'
5.	Изобразите с помощью векторной диаграммы момент резонанса
токов.
6.	Каков характер потребляемой цепью мощности при резонансе?
7.	Где используется явление резонанса токов?
8.	Что такое коэффициент мощности и что он определяет?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7 (III)
Трехфазная электрическая цепь при активной нагрузке
однофазных приемников, соединенных «звездой»
1.	Цель работы
1.1.	Проверить экспериментальным путем соотношения между
линейными и фазными токами и напряжениями для однофазных
приемников, соединенных «звездой».
1.2.	Исследовать влияние нейтрального провода на значения
фазных напряжений при симметричной и несимметричной на-
грузках.
1.3.	Проверить 1-е и 2-е правила Кирхгофа для трехфазных це-
пей.
1.4.	Познакомиться с методами анализа трехфазных цепей с
применением векторных диаграмм.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний являются три однофазных приемника,
служащие активной нагрузкой, — переменные резисторы. Со-
противление каждой из фаз определяется положением движка,
т.е. углом поворота оси резистора. Соединенные «звездой», од-
нофазные приемники подключаются к источнику трехфазного
синусоидального напряжения.
Все элементы, относящиеся к однофазным приемникам, смон-
тированы на плате № 4 (см. рис. П.4 приложения) стендовой па-
нели (фазы a — х, b — у, с — z) и могут быть включены в ЭЦ с
помощью контактных клемм. В работе используются три перемен-
ных резистора ППБ-25Г-220 Ом, каждый из которых последова-
тельно включен с резистором ПЭВР-10-100.
Схема электрической цепи (ЭЦ) с включенными в нее изме-
рительными приборами приведена на рис. 7.1. В качестве измери-
тельных приборов в работе используются:
миллиамперметры переменного тока для измерения линейных
и фазных токов и тока в нейтральном проводе — 4 шт.;
44
вольтметр переменного тока для измерения линейных и фаз-
ных напряжений, а также напряжения смещения нейтрали.
Питание ЭЦ осуществляется от источника трехфазного напря-
жения £/ф = 20 В (зажимы А, В, С, N— см. рис. П.З приложения).
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 7, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
3.2.	Написать в протоколе испытаний теоретические соотноше-
ния между фазными и линейными токами и напряжениями при
симметричной и несимметричной нагрузках, выражение для оп-
ределения тока в нейтральном проводе.
Выполняется в лаборатории
3.3.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 7.1. С помощью переклю-
чателя пределов установить наибольшую номинальную величину
измерительных приборов. После проверки схемы преподавателем
подать напряжение в ЭЦ, при этом должны загореться соответ-
ствующие сигнальные лампы, показанные на рис. П.З. Измерить
вольтметром линейное напряжение U„, которое должно лежать в
диапазоне (36 ± 3,6) В.
3.4.	Регулируя значение активного сопротивления R в каждой
из фаз, добиться одинакового показания амперметров, включен-
ных в каждый из линейных проводов. С помощью вольтметра из-
мерить фазные напряжения на приемниках. Полученные значения
напряжений и токов занести в табл. 7.1.
Отключить нейтральный провод от источника питания (зажим N)
и вновь измерить фазные напряжения и токи приемников,
и также напряжение смещения нейтрали U„N. Результаты занес-
ти в табл. 7.1.
3.5.	Подключить нейтральный провод к зажиму N источника,
изменить нагрузку во всех фазах, сделав ее несимметричной. Из-
мерить фазные напряжения на приемниках, токи в фазах и нейт-
ральном проводе. Результаты занести в табл. 7.2.
Отключить нейтральный провод и вновь измерить фазные нап-
ряжения и токи, а также напряжение смещения нейтрали. Резуль-
таты занести в табл. 7.2. Отключить питание ЭЦ.
3.6.	После согласования результатов испытаний с преподавате-
лем разобрать ЭЦ, рабочее место привести в порядок.
3.7.	На основании данных табл. 7.1 и 7.2 с учетом рис. 7.1 вычис-
лить полные сопротивления фаз и углы сдвига фаз между то-
ком и напряжением <рф, результаты занести в табл. 7.3.
45
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 7
Трехфазная электрическая цепь при активной нагрузке
однофазных приемников, соединенных «звездой»
4.1.	Цель работы __________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Симметричная нагрузка:
ил/иф= ; 1Л/1Ф=
Несимметричная нагрузка:
U a =	; Ub = -йс =
4.3.	Схема электрической цепи и таблицы
Рис. 7.1. Схема трехфазной ЭЦ с активной нагрузкой однофазных
приемников, соединенных «звездой»
46
Симметричная нагрузка: Ra = Rb = R,
Таблица 7.1
Схема соединения	и„ В	иь, в	U„ в	4, мА	4, мА	4, мА	4, мА	U„N, В
С нейтральным проводом								—
Без нейтрального провода							—	
Несимметричная нагрузка: Ra* Rb* Rc
Таблица 7.2
Схема соединения	иа, В	и* в	в	4, мА	4. мА	4, мА	4, мА	unN, в
С нейтральным проводом								—
Без нейтрального провода							—	
Группа Учащийся Дата
Преподаватель______________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Формулы, используемые для обработки экспериментальных
данных, занесенных в табл. 7.1 и 7.2
= ^ф//ф; ф = arctgA77?
Таблица 7.3
Нагрузка	Схема соединения	Za, Ом	Zb, Ом	Zc, Ом	Фо, град	Фб- град	Фо град	4, мА	UnN, В
Симметрич- ная (Ra=Rb=Rc)	С нейтраль- ным проводом								—
	Без нейтраль- ного провода							—	
Несиммет- ричная (/?□ Rf, Яс)	С нейтраль- ным проводом								—
	Без нейтраль- ного провода							—	
47
mv= ... В/мм, /И/= ... мА/мм
Несимметричная нагрузка
С нейтральным проводом Без нейтрального провода
Рис. 7.2. Векторная диаграмма трехфазной ЭЦ с активной нагрузкой од-
нофазных приемников, соединенных «звездой» (строится по результа-
там испытаний)
4.5.	Краткие выводы___________________________________
Учащийся  Преподаватель
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 7, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	Написать в протоколе испытаний теоретические соотно-
шения между фазными и линейными токами и напряжениями
при симметричной и несимметричной нагрузках, выражение для
тока в нейтральном проводе.
Выполняется в классе
5.3.	В табл. 7.4 даны значения линейного напряжения и фазных
сопротивлений ЭЦ, приведенной на рис. 7.1. Номер варианта со-
ответствует номеру стенда. На основании данных табл. 7.4 для
своего варианта вычислить фазные напряжения и токи для ЭЦ
48
с нейтральным проводом. Результаты занести в табл. 7.1 и 7.2.
Ни оснований данных табл. 7.1 и 7.2 построить на рис. 7.2 в
масштабе векторные диаграммы напряжений и токов. По век-
торным диаграммам определить значение тока в нейтральном
проводе.
5.4.	Дополнительное задание. Для режима несимметричной на-
грузки без нейтрального провода методом последовательных при-
ближений построить векторную диаграмму напряжений и токов,
учитывая, что I„ = 7а + 1Ь + 1С = 0. Определить напряжение смеще-
ния нейтрали U„N.
Та б л и ца 7.4
№ варианта		1	2	3	4	5	6	7	8
ил, в		34	34	27	34	34	27	34	34
Симмет- ричная нагрузка	и О ii и Iе	100	200	150	50	100	150	50	200
Несим- метрич- ная нагрузка	Ra, Ом	100	200	100	50	50	300	100	200
	Rb, Ом	200	100	150	200	100	150	50	50
	R^, Ом	50	50	300	100	200	100	200	100
6. Требования к расчетно-графической части
6.1.	В соответствии с данными табл. 7.1, 7.2 и 7.3, полученными
и процессе лабораторной работы, построить на рис. 7.2 векторные
диаграммы напряжений и токов, выбрав соответствующие масш-
табы ти, В/мм, и mh мА/мм. На основании векторных диаграмм
определить значение тока в нейтральном проводе и напряжение
смещения нейтрали. Результаты занести в табл. 7.3.
6.2.	Сравнить результаты для токов в нейтральном проводе и
напряжений смещения нейтрали, полученные эксперименталь-
ным и расчетным путями.
6.3.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Какова роль нейтрального провода?
2.	Как включить однофазную нагрузку по схеме «звезда»?
3.	Какие напряжения (токи) называются линейными и фазными?
4.	В каких случаях возникает напряжение смещения нейтрали?
5.	Как проще вычислить ток в нейтральном проводе и напряжение
смещения нейтрали, если известны фазные токи и напряжения?
6.	Нужен ли нейтральный провод в осветительной сети и почему?
49
7.	Дорисуйте схему включения трех лампочек «звездой» в трехпровод-
ную линию передачи.
АВС
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8 (III доп., IV)
Трехфазная электрическая цепь при реактивной нагрузке
однофазных приемников, соединенных «звездой»
1.	Цель работы
1.1.	Провести испытания трехфазной электрической цепи (ЭЦ)
с реактивной нагрузкой, определить ток в нейтральном проводе
и напряжение смещения нейтрали.
1.2.	Выявить влияние короткого замыкания одной из фаз прием-
ника на значения фазных токов и напряжений (дополнительное
задание).
1.3.	Изучить методы построения векторных диаграмм при реак-
тивной нагрузке приемников.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний являются три однофазных приемника,
служащие нагрузкой:
активной (Я=8О...ЗОО Ом) — имитация работы осветительной
сети;
индуктивной (£ = 0,65 Гн, RK = 15 Ом) — имитация работы трех-
фазного асинхронного двигателя;
емкостной (С=16 мкФ) — имитация работы трехфазного син-
хронного компенсатора.
Все элементы смонтированы на плате № 4 (см. рис. П.4 прило-
жения) стендовой панели. По выбору преподавателя испытания
могут быть проведены с различной нагрузкой в фазах. В качестве
50
одного из вариантов, предлагается выполнить испытания ЭЦ с
равномерной нагрузкой разного характера:
активной — фаза а — х;
индуктивной — фаза b — у;
емкостной — фаза с — z-
Питание ЭЦ осуществляется от трехфазного источника с ли-
нейным напряжением U„ = (36 ±3,6) В.
В качестве измерительных приборов используются щитовые
миллиамперметры (4 шт.) и вольтметр.
Схема ЭЦ с включенными измерительными приборами при-
ведена на рис. 8.2.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 8, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
3.2.	Вычислить углы сдвига фаз между током и напряжением
для однофазных приемников, приведенных на рис. 8.2. Результаты
занести в протокол испытаний.
3.3.	В соответствии с данными табл. 8.1 для своего варианта по-
строить на рис. 8.1 векторные диаграммы напряжений и токов при
равномерной нагрузке. Определить ток в нейтральном проводе
Таблица 8.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
в	34	27	34	27	34	27	34	27
Ra = Хс, Ом	100	50	200	150	50	75	80	300
Выполняется в лаборатории
3.4.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 8.2. Установить наиболь-
шую номинальную величину измерительных приборов.
3.5.	После проверки схемы преподавателем подать напряжение
в ЭЦ, при этом должны загореться соответствующие сигнальные
лампы, показанные на рис. П.З приложения.
3.6.	Регулируя активное сопротивление в фазе а — х, добиться
одинакового показания амперметров в каждой из фаз. Измерить
линейные напряжения Uab, Ubc, Uca, фазные напряжения Ua, Ub,
Uc, фазные токи Ia, Ib, Ic и ток в нейтральном проводе 1„. Резуль-
таты занести в табл. 8.2. Принять Un равным среднему значению
измеренных линейных напряжений.
51
Отключить нейтральный провод от источника питания (зажим N)
и вновь измерить фазные напряжения и токи, а также напряже-
ние смещения нейтрали U„N. Результаты занести в табл. 8.2.
3.7.	Дополнительное задание. Имитация короткого замыкания
фазы — осуществляется при отключенном нейтральном проводе.
Отключить питание ЭЦ. Закоротить проводником нагрузку в фазе
а — х. После проверки схемы преподавателем подать напряжение в
ЭЦ и измерить линейные и фазные напряжения и токи, а также
напряжение смещения нейтрали. Результаты занести в табл. 8.2.
3.8.	После согласования протокола испытаний с преподавателем
обесточить и разобрать ЭЦ, рабочее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе N® 8
Трехфазная электрическая цепь при реактивной нагрузке
однофазных приемников, соединенных «звездой»
4.1.	Цель работы ____________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант № ... : Цл = ... ; Ra = Xb = Xc = ... .
Из треугольника сопротивлений ср = arctg(Xi - Xc)/R,
откуда <pfl= ... , <pft= ... , срс = ... (принять RK = 0 Ом).
ти= ... В/мм, ть = ... мА/мм
Рис. 8.1. Векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной ЭЦ с рав-
номерной нагрузкой однофазных приемников, соединенных «звездой»
(строится при подготовке к работе)
52
4.3.	Схема электрической цепи и таблицы
Рис. 8.2. Схема трехфазной ЭЦ с равномерной нагрузкой однофазных
приемников, соединенных «звездой»
Таблица 8.2
Режим	Схема соедине- ния	И £3		в	в	la, мА	4, мА	4, мА	1а, мА	ия№ в
Равномерная нагрузка (Яа = %4 = %с)	с нейтралью									—
	Без нейтрали								—	
КЗ фазы а- х	Без нейтрали								—	
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
ти= ... В/мм, ntj= ... мА/мм
Рис. 8.3. Векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной ЭЦ с рав-
номерной нагрузкой однофазных приемников, соединенных «звездой»
(строится по результатам испытаний)
53
4.5.	Краткие выводы
Учащийся Преподаватель
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения практической рабо-
ты №8, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	Вычислить углы сдвига фаз между током и напряжением
для однофазных приемников, приведенных на рис. 8.2. Результаты
занести в протокол испытаний.
5.3.	В соответствии с данными табл. 8.1 для своего варианта
построить на рис. 8.1 векторные диаграммы напряжений и токов
при равномерной нагрузке. Определить ток в нейтральном про-
воде 1п.
Выполняется в классе
5.4.	В табл. 8.3 даны значения линейного напряжения Un и фаз-
ных сопротивлений ЭЦ, приведенной на рис. 8.2. В трехпроводной
ЭЦ вектор напряжения смещения нейтрали UnN для всех вариан-
тов отстает от вектора фазного напряжения^ на 180°.
Таблица 8.3
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
ил, в	173	86	86	173	260	346	220	346
Ra = Хь = Хс	100	100	50	200	150	50	127	100
UnN, В	70	35	35	70	105	140	89	140
По данным табл. 8.3 для своего варианта вычислить с помощью
векторных диаграмм фазные напряжения Ua, Ub, Uc, фазные токи
Ia, Ib, Ic, ток в нейтральном проводе 1п и напряжение смещения
нейтрали UnN для четырех- и трехпроводной линии передач. Ре-
зультаты занести в табл. 8.2.
5.5.	Дополнительное задание. Считая, что имеется короткое за-
мыкание нагрузки (фазы a — х) для трехпроводной линии пере-
54
ДПЧ, вычислить фазные напряжения и токи, напряжение смеще-
ния нейтрали. Результаты занести в табл. 8.2.
6.	Требования к расчетно-графической части отчета
6.1.	В соответствии с данными табл. 8.2 построить на рис. 8.3 в
жданных масштабах тии /«/векторные диаграммы напряжений и
токов при равномерной нагрузке и в случае короткого замыкания
фазы а — х.
6.2.	С помощью векторных диаграмм определить ток в нейт-
ральном проводе и напряжение смещения нейтрали.
6.3.	На основании результатов испытаний и расчетов сделать
краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Какая нагрузка называется симметричной (равномерной, однород-
ной)?
2.	Чему равен ток в нейтральном проводе при симметричной и несим-
метричной нагрузках?
3.	Как графически определить ток в нейтральном проводе, если изве-
стны фазные токи?
4.	Как графически определить напряжение смещения нейтрали, если
известны фазные напряжения?
5.	Что произойдет при коротком замыкании одной из фаз в трех- и
чстырехпроводной линиях передач?
6.	Можно назвать симметричной нагрузкой осветительную сеть зда-
ния? А трехфазный асинхронный двигатель?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9 (III)
Трехфазная электрическая цепь при активной нагрузке
однофазных приемников, соединенных «треугольником»
1.	Цель работы
1.1.	Проверить экспериментальным путем соотношения между
линейными и фазными токами и напряжениями для однофазных
приемников, соединенных «треугольником».
1.2.	Освоить методы измерения и расчета мощности в трехфаз-
ных электрических цепях (ЭЦ).
1.3.	Познакомиться с методами анализа трехфазных ЭЦ, имею-
щих соединенную «треугольником» активную нагрузку, с помо-
щью векторных диаграмм.
55
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний являются три однофазных приемника,
служащие активной нагрузкой, смонтированные на плате № 4
(см. рис. П.4 приложения) стендовой панели. В качестве нагрузки
используются переменные резисторы ППБ-25Г-220 Ом, каждый
из которых последовательно включен с резистором ПЭВР-10-100.
Питание ЭЦ осуществляется от трехфазного источника с ли-
нейным напряжением U„ = (36±3,6) В.
В качестве измерительных приборов используются щитовые
миллиамперметры (6 шт.), ваттметры (2 шт.) и вольтметр.
Схема ЭЦ с включенными измерительными приборами при-
ведена на рис. 9.2.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 9, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
3.2.	Написать в протоколе испытаний основные соотношения
между линейными и фазными напряжениями, линейными и фаз-
ными токами для схемы соединения однофазных симметричных
приемников «треугольником». Написать выражение для определе-
ния активной мощности, потребляемой трехфазной ЭЦ. Указать в
табл. 9.2 и 9.3 единицы измерения параметров.
3.3.	В соответствии с данными табл. 9.1 для своего варианта по-
строить на рис. 9.1 в соответствующем масштабе векторные диа-
граммы напряжений и токов при симметричной нагрузке. На ос-
новании векторных диаграмм вычислить линейные токи, резуль-
таты занести в протокол испытаний.
Таблица 9.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
ил, в	36	220	380	127	220	380	120	220
Яф,Ом	72	ПО	190	127	220	380	60	55
Выполняется в лаборатории
3.4.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 9.2. Установить наиболь-
шую номинальную величину измерительных приборов.
3.5.	После проверки схемы преподавателем подать напряжение
в ЭЦ, при этом должны загореться соответствующие сигнальные
лампы, показанные на рис. П.З приложения.
3.6.	Регулируя значения активных сопротивлений приемников,
добиться одинакового показания амперметров в каждой из фаз.
56
Измерить линейные и фазные напряжения Uab, Ubc, Uca, линей-
ные токи Ia = Ib = 1С, фазные токи / аЬ, 1са, потребляемую одной
фазой активную мощность. Результаты занести в табл. 9.2.
3.7.	Изменить нагрузку в фазах, сделав ее несимметричной. Вновь
измерить линейные и фазные напряжения, линейные и фазные
токи, мощность, потребляемую каждой фазой. Результаты зане-
сти в табл. 9.2.
3.8.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем разобрать ЭЦ, рабочее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 9
Трехфазная электрическая цепь при активной нагрузке
приемников, соединенных «треугольником»
4.1.	Цель работы ____________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
ил/Щ= ... ; /л//ф= ... ; Рф =ЗС/ф/ф= ... U„I„.
Вариант № ... : Un= ... ; Яф = Rab = Rbc = Rca = ... ;
/ф= ... ; /л = ... ; Р= ... .
Рис. 9.1. Векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной ЭЦ с актив-
ной нагрузкой однофазных приемников, соединенных «треугольником»
(строится при подготовке к работе)
57
4.3.	Схема электрической цепи и таблицы
Рис. 9.2. Схема трехфазной ЭЦ с активной нагрузкой однофазных
приемников, соединенных «треугольником»
Таблица 9.2
Нагрузка	м,	Uab	Ubc	U<a	lab	4	^ca	la	lb	Ic	P-.b	Pbc	Pea
Симметричная (Ло* = Rfc = Rca)													
Несиммет- ричная * Rbc Rca)													
Группа Учащийся Дата
Преподаватель____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Таблица 9.3
Нагрузка	Rab	Rbc	Rca	Pab	Pbc	Pea	la	lb	I'	PЭЦ
Симметричная t^ab “ Rbc ~ ^ca)										
Несимметричная (Rab * Rbc * Rca)										
58
mv= ... В/мм, m/= ... мА/мм
Симметричная нагрузка Несимметричная нагрузка
Рис. 9.3. Векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной ЭЦ
с активной нагрузкой однофазных приемников, соединенных «треуголь-
ником» (строится по результатам испытаний)
4.5.	Краткие выводы______________________________________
Учащийся  Преподаватель
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения практической рабо-
ты № 9, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	Написать в протоколе испытаний основные соотношения
между линейными и фазными напряжениями, линейными и фаз-
ными токами для схемы соединения однофазных симметричных
приемников «треугольником». Написать выражение для определе-
ния активной мощности, потребляемой трехфазной ЭЦ.
5.3.	В соответствии с данными табл. 9.1 для своего варианта пост-
роить на рис. 9.1 векторные диаграммы напряжений и токов при
симметричной нагрузке. На основании векторных диаграмм вычис-
лить линейные токи, результаты занести в протокол испытаний.
Выполняется в классе
5.4.	В табл. 9.4 даны значения линейного напряжения U„ и фаз-
ных сопротивлений ЭЦ, приведенной на рис. 9.2.
59
Таблица 9.4
№ варианта		1	2	3	4	5	б	7	8
и„, в		127	220	380	36	380	220	127	100
Симмет- ричная нагрузка	11 >3° ° II 11 ? II	127	НО	190	72	380	220	63,5	100
Несим- метрич- ная нагрузка	7?0, Ом	50	220	285	36	190	110	127	50
	Ом	63,5	127	190	72	190	173	254	100
	Лс, Ом	127	63,5	95	36	95	127	63,5	200
По данным табл. 9.4 для своего варианта вычислить фазные
напряжения и токи, результаты занести в табл. 9.2.
Вычислить мощность, потребляемую каждой фазой и всей ЭЦ,
результаты занести в табл. 9.3.
6.	Требования к содержанию отчета
6.1.	В соответствии с данными табл. 9.2 построить на рис. 9.3 в
заданных масштабах и векторные диаграммы напряжений и
токов для симметричной и несимметричной нагрузок. Определить
линейные токи 1а, 1Ь, 1С, их значения занести в табл. 9.3.
6.2.	На основании экспериментальных данных, приведенных в
табл. 9.2, вычислить значения фазных сопротивлений Rab, RbC) Rca,
мощностей Pab, Pbc, Pca, а также мощности РЭц> потребляемой
всей цепью. Результаты занести в табл. 9.3.
6.3.	По результатам испытаний и расчетов сделать краткие выводы.
Контрольные вопросы
1.	Как соединить однофазные приемники «треугольником»?
2.	В чем преимущество соединения фаз нагрузки «треугольником»?
3.	Каково соотношение между фазными и линейными токами и на-
пряжениями при симметричной нагрузке?
4.	Как определить линейные токи при несимметричной нагрузке, если
известны фазные токи?
5.	Дорисуйте схему включения трех лампочек «треугольником» в трех-
проводную линию передачи.
АВС
60
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА N 10 (IV)
Трехфазная электрическая цепь при реактивной нагрузке
однофазных приемников, соединенных «треугольником»
1.	Цель работы
1.1.	Проверить экспериментальным путем соотношения меж-
ду линейными и фазными токами и напряжениями для однофаз-
ных приемников, с реактивной нагрузкой, соединенных «треу-
гольником».
1.2.	Освоить методы измерения и расчета мощности в трехфаз-
ных электрических цепях (ЭЦ).
1.3.	Познакомиться с методами анализа трехфазных ЭЦ, имею-
щих соединенную «треугольником» реактивную нагрузку, с по-
мощью векторных диаграмм.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний являются три однофазных приемника
служащие активной (7?= 80...300 Ом), индуктивной (£ = 0,65 Гн,
RK = 15 Ом) и емкостной (С = 16 мкФ) нагрузкой, смонтиро-
ванные на плате № 4 (см. рис. П.4 приложения) стендовой па-
нели.
По выбору преподавателя испытания могут быть проведены с
различной нагрузкой в фазах. В данной работе предлагается вы-
полнить исследования ЭЦ с равномерной нагрузкой разного ха-
рактера:
активной — фаза a — х\
индуктивной — фаза b — у;
емкостной — фаза с — z.
Питание ЭЦ осуществляется от трехфазного источника с ли-
нейным напряжением Ua = (36 ± 3,6) В.
В качестве измерительных приборов используются щитовые
миллиамперметры (6 шт.), ваттметры (2 шт.) и вольтметр.
Схема ЭЦ с включенными измерительными приборами при-
ведена на рис. 10.2.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 10, краткими теоретическими сведениями по данной
теме (см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол ис-
пытаний.
61
3.2.	Написать в протоколе испытаний основные соотношения
между линейными и фазными токами при несимметричной на-
грузке для схемы соединения приемников «треугольником». На-
писать выражения для определения активной, реактивной и пол-
ной мощностей, потребляемых трехфазной ЭЦ. Указать в табл. 10.2,
10.3 и 10.4 единицы измерения параметров.
3.3.	В соответствии с данными табл. 10.1 для своего варианта
вычислить фазные токи и построить на рис. 10.1 векторные диаг-
раммы напряжений и токов при равномерной нагрузке. На осно-
вании векторных диаграмм вычислить линейные токи, результа-
ты занести в протокол испытаний.
Таблица 10.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
и» в	127	36	220	127	220	380	380	36
Ом	63,5	36	ПО	127	220	190	380	72
Выполняется в лаборатории
3.4.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 10.2. Установить наиболь-
шую номинальную величину измерительных приборов.
3.5.	После проверки схемы преподавателем подать напряжение
в ЭЦ, при этом должны загореться соответствующие сигнальные
лампы, показанные на рис. П.З приложения.
3.6.	Регулируя активное сопротивление фазы а — х, добиться
одинакового показания амперметров в каждой из фаз. Измерить
линейные и фазные напряжения Uab, Ubc, Uca, линейные токи
Ia, h, 4, фазные токи Iab, 1Ьс, 1са, потребляемую электрической
цепью мощность (по методу двух ваттметров). Результаты занести
в табл. 10.2.
3.7.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем разобрать ЭЦ, рабочее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе N 10
Трехфазная электрическая цепь при реактивной нагрузке
однофазных приемников, соединенных «треугольником»
4.1.	Цель работы ___________________________________
62
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант № ... : ия= ... ; Rdb = Xbc = Xca = ... ;
> Ас 1 Аа — ••• э
А = Ал- Аа — ••• ; 5= uabiab+ ubcibc+ ucaica= ... b a;
А = ... ; Р= UabIabcosyab+... = ... Вт;
1С = ...	= UabIabs\nqab +... = ... вар.
mv= ... В/мм, /и,= ... мА/мм
Рис. 10.1. Векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной ЭЦ
с равномерной нагрузкой однофазных приемников, соединенных
«треугольником» (строится при подготовке к работе)
4.3.	Схема электрической цепи и таблицы
Рис. 10.2. Схема трехфазной ЭЦ с равномерной нагрузкой однофазных
приемников, соединенных «треугольником»
63
Таблица 10.2
Режим	14»	и*		^ab	Ibo	^са	4	4	1с	А	Л
Равномерная нагрузка = Xfc = %„)											
Группа Учащийся Дата
Преподаватель____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Таблица 10.3
Режим	Rob	Хьс	х„	'fob	4>be	<Рсо	4	4	1с
Равномерная нагрузка = ^Ьс - Хса)									
Т аблица 10.4
Режим	Sob	Stx	Soo	Pab	Pbo	Poo	Qob	Qbo	Qco	PЭЦ	2эц
Равномерная нагрузка (Ъь = Х^ = Хса)											
ти= ... В/мм, От;= ... мА/мм
Рис. 10.3. Векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной ЭЦ
с равномерной нагрузкой однофазных приемников, соединенных «треу-
гольником» (строится по результатам испытаний)
64
4.5.	Краткие выводы
Учащийся  Преподаватель
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения практической рабо-
ты № 10, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	Написать в протоколе испытаний основные соотношения
между линейными и фазными токами при несимметричной на-
грузке для схемы соединения приемников «треугольником». На-
писать выражения для определения активной, реактивной и пол-
ной мощностей, потребляемых трехфазной ЭЦ.
5.3.	В соответствии с данными табл. 10.1 для своего варианта
построить на рис. 10.1 векторные диаграммы напряжений и токов
при равномерной нагрузке. На основании векторных диаграмм
вычислить линейные токи, результаты занести в протокол испы-
таний.
Выполняется в классе
5.4.	В табл. 10.5 даны значения линейного напряжения 11л и фаз-
ных сопротивлений ЭЦ, приведенной на рис. 10.2.
Таблица 10.5
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
<4. В	127	36	220	127	220	380	380	36
Rab = ХЬс = Хсй, Ом	63,5	36	НО	127	220	190	380	72
По данным табл. 10.5 для своего варианта вычислить фазные
токи и фазные напряжения, результаты занести в табл. 10.2.
6.	Требования к расчетно-графической части отчета
6.1.	На основании экспериментальных данных, занесенных в
табл. 10.2, вычислить значения фазных сопротивлений Rab, ХЬс,
Хса, углов сдвига фаз между током и напряжением, результаты
занести в табл. 10.3.
3 Прошин	65
6.2.	В соответствии с данными табл. 10.2 и 10.3 построить на рис.
10.3 в заданных масштабах ту и т, векторные диаграммы напря-
жений и токов для равномерной нагрузки. Определить линейные
токи Ia, 1Ь, 1С. Их значения занести в табл. 10.3.
6.3.	В соответствии с данными табл. 10.2 и 10.3 вычислить значе-
ния фазных мощностей: полных — Sab, Sbc, Sca; активных — Pab,
Pbc, Pca\ реактивных — Qab, Qbc, Qca. Определить также активную и
реактивную мощности, потребляемые всей цепью. Результаты за-
нести в табл. 10.4.
6.4.	По результатам испытаний и расчетов сделать краткие вы-
воды.
Контрольные вопросы
1.	Как соединить однофазные приемники «треугольником»?
2.	В чем преимущество соединения фаз нагрузки «треугольником»?
3.	Каково соотношение между фазными и линейными токами и на-
пряжениями при симметричной нагрузке?
4.	Как определить линейные токи при несимметричной нагрузке, если
известны фазные токи?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 11 (IV)
Магнитные цепи на постоянном токе
1.	Цель работы
1.1.	Изучить методы расчета магнитных цепей и электромаг-
нитных элементов автоматики.
1.2.	Изучить влияние величины воздушного зазора в стальном
магнитопроводе на магнитный поток и намагничивающую силу.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является магнитная цепь контактора
КМ-50Д-В, предназначенного для дистанционного включения
объектов управления. Она смонтирована на плате № 5 (см. рис. П.5
приложения) стендовой панели.
Схема магнитной цепи контактора, приведенная на рис. 11.1,
включает в себя неподвижный сердечник 7, якорь 3, воздушный
рабочий зазор 5В р и воздушный технологический зазор 5ВТ, позво-
ляющий якорю свободно перемещаться в направляющей, роль ко-
торой выполняет каркас катушки с обмоткой 2. В зоне воздушного
рабочего зазора помещена цилиндрическая пружина 1, обеспечи-
вающая возврат якоря в исходное состояние после снятия напря-
жения с катушки.
66
Для того чтобы подведенная к контактору электромагнитная
энергия максимально полно преобразовывалась в механическую
анергию перемещения его якоря, необходимо электромагнитную
энергию сосредоточить в воздушном рабочем зазоре. Поэтому при
проектировании контактора выбирают
Ям + Явт«Явр,	(11.1)
где Ru — магнитное сопротивление ферромагнитного сердечника
и якоря; Авт — магнитное сопротивление воздушного технологи-
ческого зазора; Лвр — магнитное сопротивление воздушного ра-
бочего зазора.
В соответствии с законом Ома для магнитной цепи магнитный
поток
Ф = /И7(Ям + Яв.т + Яв,р).	(11.2)
С учетом (11.1) выражение (11.2) принимает вид
Ф = /И7АВ.Р.	(11.3)
В свою очередь
/?B.P = 6BP/(Ho-S'».p),	(П-4)
где Цо — абсолютная магнитная проницаемость воздуха; 5вр —
площадь сечения воздушного рабочего зазора.
При постоянных Цо и ^в.р магнитное сопротивление воздушно-
го рабочего зазора RB р определяется длиной зазора 5В р. Следова-
тельно магнитный поток Ф оказывается прямо пропорционален
намагничивающей силе IWи обратно пропорционален длине воз-
душного рабочего зазора 5В р:
Ф = к1 И75вр,	(11.5)
где к — коэффициент пропорциональности.
В данной работе 5в р устанавливают с помощью ручки, выне-
сенной на лицевую панель платы № 5 (см. рис. П.5). Стрелка,
связанная с ручкой, указывает на шкале длину 5в р в миллимет-
рах. Ось ручки «Рег. 5вр» упирается в толкатель 4 (см. рис. 11.1),
жестко связанный с якорем 3. Поджатие толкателя к оси 5 осу-
ществляется пружиной 1. На толкателе располагается подвиж-
ный контакт 6, замыкающий электрическую цепь с включенной
в нее лампочкой Л при 5В р = 0.
При увеличении тока I в обмотке контактора растут намагни-
чивающая сила IW, магнитный поток Ф, а, следовательно, элек-
тромагнитная сила F3M, развиваемая подвижным якорем:
Лм = Ф2/(2цА.Р).	(11.6)
67
Когда F3M превысит противодействующую ей силу пружины
Fnp, якорь 3 переместится в положение, при котором 8В р = 0. При
этом загорится лампа Л, сигнализирующая о срабатывании кон-
тактора.
Противодействующая цилиндрическая пружина 1, работающая
на сжатие, имеет свободный ход 10... 12 мм, в то время как рабо-
чий ход якоря не превышает 1 мм. В связи с этим можно считать
усилие противодействующей пружины в пределах рабочего хода
постоянным. Отсюда постоянным можно принять усилие сраба-
тывания контактора F3M при различных значениях воздушного ра-
бочего зазора 5В р.
Намагничивающую силу регулируют путем изменения подво-
димого тока с помощью ручки «Per. IW». Ток в момент срабатыва-
ния контактора, т.е. ток срабатывания /ср, контролируют по ам-
перметру.
Питание рабочей обмотки контактора осуществляется от ис-
точника постоянного напряжения U= 20 В, а лампы Л — от ис-
точника переменного напряжения Ц, = 20 В.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 11, краткими теоретическими сведениями по данной
теме (см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол ис-
пытаний.
3.2.	Вычислить в первом приближении значение электромаг-
нитной силы F3M, развиваемой контактором при длине воздушно-
го зазора 8В р и токе I, указанных в табл. 11.1, если число витков
W= 1000 и площадь сечения воздушного рабочего зазора 5в р=80 мм2.
Результаты занести в протокол испытаний.
Таблица 11.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
5в р, мм	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,4	о,з	0,2
I, мА	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,35	0,15	0,10
Выполняется в лаборатории
3.3.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 11.2. Ручку «Per. IW» уста-
новить в крайнее положение по часовой стрелке (соответствует
минимальному значению тока). После проверки схемы препода-
68
нателем включить питание стенда, при этом должны загореться
соответствующие сигнальные лампы, показанные на рис. П.З при-
ложения.
3.4.	Плавно увеличивая ток в катушке, добиться срабатывания
контактора, о чем свидетельствует загорание лампы Л. Повернуть
ручку «Рег. 8В р» до соприкосновения ее оси с толкателем. Совмес-
тить ноль шкалы с концом стрелки (8вр = 0).
3.5.	Установить максимальный воздушный рабочий зазор 8вр =
= 1 мм. Уменьшить ток до минимального значения, добившись
погасания лампы Л и возврата якоря в исходное положение. За-
тем, плавно увеличивая ток в катушке, добиться срабатывания
контактора при 8вр = 1 мм. Значение тока срабатывания /ср зане-
сти в табл. 11.2.
3.6.	Вновь уменьшить ток и, устанавливая поочередно соответ-
ствующие значения 8вр от максимального до 0,1 мм, фиксировать
токи срабатывания контактора. Результаты измерений занести в
табл. 11.2.
Внимание! Для повышения точности измерений при каждом
значений величине 8В р ток срабатывания фиксировать трижды и в
табл. 11.2 заносить средний результат.
3.7.	После согласования результатов измерений с преподавате-
лем отключить питание и разобрать схему.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 11
Магнитные цепи на постоянном токе
4.1.	Цель работы ____________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант № ... : W= 1000 витков; Увр = 80 -10-6 м2;
8вр= ... м; 1= ... А;
F3M =0,5 (W8,p)2p0S',p= ...
69
4.3.	Схема магнитной и электрической цепей и таблицы
Per./И'
Рис. 11.1. Схема магнитной и электрической цепей контактора:
1 — цилиндрическая пружина; 2 — обмотка; 3 — якорь; 4 — толкатель;
5 — ось; 6 — подвижный контакт; 7 — неподвижный сердечник
Рис. 11.2. Схема ЭЦ для испытаний электромагнитного устройства
на постоянном токе
Таблица 11.2
№ опыта	1	2	3	4	5	6
SB.P, мм						
/ср, мА						
Таблица 11.3
Напряженность, А/м		100	200	300	400	600	1000	2000	3000	5000
Магнитная индукция, Тл	Э310	1,00	1,25	1,33	1,37	1,44	1,52	1,60	1,65	1,67
	Э42	0,43	0,70	0,85	0,96	1,12	1,25	1,38	1,42	1,44
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
70
4.4.	Расчетно-графическая часть
Основные конструктивные характеристики контактора'.
материал магнитопровода — электротехническая сталь Э310
или Э42;
длина воздушного технологического зазора 8ВТ = 10-4 м;
площадь сечения воздушного технологического зазора 5ВТ =
= 15-10'5м2;
длина воздушного рабочего зазора 8Bp = 1СН... 10“3м;
площадь сечения воздушного рабочего зазора 5вр = 8-10~5 м2;
длина магнитной силовой линии сердечника и якоря /м = 7 • 10"2 м;
площади сечения сердечника и якоря (одинаковы) 5М = 2 -10-5 м2.
Таблица 11.4
Ssp, мм	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Ф, 10 5 Вб						
мА						
мА						
/Жм, мА						
/РКср, мА						
Рис. 11.3. Зависимость тока срабатывания /ср, магнитного потока Ф и па-
дения намагничивающей силы в железе магнитопровода	и от длины
воздушного зазора 8в р
71
4.5.	Краткие выводы
Учащийся  Преподаватель
5.	Задание к практической работе
Выполняется при подготовке к работе
5.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты №11, краткими теоретическими сведениями по данной теме.
Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
5.2.	Вычислить в первом приближении значение электромаг-
нитной силы F3M, развиваемой контактором при длине воздушно-
го зазора 5В р и токе I, указанных в табл. 11.1, если число витков
W= 1000 и площадь сечения воздушного рабочего зазора 5в р=80 мм2.
Результаты занести в протокол испытаний.
Выполняется в классе
5.3.	Для создания электромагнитной силы, достаточной для пре-
одоления противодействующей силы пружины, необходимо иметь
магнитный поток Ф, указанный в табл. 11.5.
Таблица 11.5
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
Ф, IO’5 Вб	3	3,2	з,з	3,35	1,2	1,3	1,4	1,44
Материал магнитопровода	Электротехническая сталь ЭЗ10				Электротехническая сталь Э42			
Вычислить намагничивающую силу в рабочем (/И^р) и техно-
логическом (/И^вт) воздушных зазорах, в железе магнитопровода
и суммарную намагничивающую силу IW. Результаты зане-
сти в табл. 11.4.
При расчетах использовать основные конструктивные характе-
ристики контактора, приведенные в п. 4.4, и магнитные характе-
ристики ферромагнитного материала (табл. 11.3).
6.	Требования к расчетно-графической части отчета
6.1.	В соответствии с данными лабораторных испытаний (см.
табл. 11.2) или практической работы (см. табл. 11.5), характери-
72
стиками контактора и ферромагнитного материала вычислить зна-
чения магнитного потока Ф, намагничивающую силу в рабочем
(/Жвр) и технологическом (/FKBT) воздушных зазорах, в железе
магнитопровода (JWM) и суммарную намагничивающую силу /Ж
При расчетах магнитными потоками рассеяния пренебречь. Ре-
зультаты занести в табл. 11.4.
6.2.	На основании полученных результатов построить на рис.
11.3 зависимости /ср, Ф, IWU от длины воздушного рабочего за-
зора 5В.Р.
6.3.	По результатам лабораторно-практической работы сделать
краткие выводы.
Контрольные вопросы
1.	Назовите основные параметры, характеризующие магнитную цепь,
и их размерности.
2.	Почему магнитопровод электромагнитов изготавливают из магни-
томягкого материала?
3.	Может ли магнитный поток замыкаться по воздуху?
4.	Напишите выражение для магнитного сопротивления воздушного
участка.
5.	При каких условиях магнитная цепь оказывается нелинейной?
6.	Почему точность расчетов магнитной цепи невелика?
7.	От каких параметров зависит электромагнитная сила, действующая
на подвижный элемент магнитной цепи?
8.	Как изменится электромагнитная сила, если магнитный поток воз-
растет в 2 раза?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 12 (III)
Магнитные цепи на переменном токе
1.	Цель работы
1.1.	Проверить опытным путем явление взаимоиндукции.
1.2.	Исследовать петлю гистерезиса и влияние на нее воздуш-
ного зазора.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является магнитная цепь контактора
К.М-50Д-В, предназначенного для дистанционного включения
объектов управления. Она смонтирована на плате № 5 (см. рис. П.5
приложения) стендовой панели.
73
Схема магнитной цепи контактора, приведенная на рис. 12.1,
включает в себя неподвижный сердечник 7, якорь 3, воздушный
рабочий зазор 5В р и воздушный технологический зазор 5ВТ, позво-
ляющий якорю свободно перемещаться в направляющей, роль
которой выполняет каркас катушки с обмотками 2. В зоне воздуш-
ного рабочего зазора помещена цилиндрическая пружина 7, обес-
печивающая возврат якоря в исходное состояние после снятия
напряжения с катушки.
На каркасе катушки располагаются две обмотки — основная,
обеспечивающая работу контактора, и дополнительная, которая
предназначена для исследования явления взаимоиндукции и маг-
нитных характеристик магнитопровода контактора.
Переменный магнитный поток, создаваемый приложенным
к рабочей обмотке переменным напряжением, пересекает вит-
ки дополнительной обмотки. В соответствии с явлением взаи-
моиндукции в ней возникает ЭДС, пропорциональная скорос-
ти изменения магнитного потока и количеству витков, сцеп-
ленных с магнитным потоком. Если же к рабочей обмотке под-
вести постоянное напряжение, то магнитный поток также бу-
дет постоянен. В этом случае в дополнительной обмотке ЭДС
будет равна нулю.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 12, краткими теоретическими сведениями по данной
теме (см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол ис-
пытаний.
3.2.	Вычислить для своего варианта в соответствии с данными
табл. 12.1 максимальное значение магнитного потока Фтах и ожи-
даемое значение ЭДС ЕЛ0П, индуктируемой в дополнительной об-
мотке, если частота питающего напряжения:
а)/= 0 Гц;
б)/= 50 Гц
Результаты занести в протокол испытаний.
Таблица 12.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
t/раб, В	127	36	220	380	127	220	36	220
^ра6	500	1000	400	300	400	300	750	200
^доп	50	200	40	50	80	30	150	40
74
Выполняется в лаборатории
3.3.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 12.2, подключив рабочую
обмотку к источнику постоянного напряжения U = 20 В. Ручку
*Рег./РИ» установить в крайнее положение по часовой стрелке (со-
ответствует минимальному значению тока). После проверки схе-
мы преподавателем включить питание стенда, при этом должны
загореться соответствующие сигнальные лампы, показанные на
рис. П.З приложения.
3.4.	Убедиться в наличии тока в рабочей обмотке и измерить
напряжение на дополнительной обмотке. Результаты занести в про-
токол испытаний.
Подать на рабочую обмотку переменное напряжение с зажи-
мов АиВ трехфазного источника питания. Проверить наличие
тока в рабочей обмотке и вновь измерить напряжение на до-
полнительной обмотке. Результаты измерений занести в прото-
кол испытаний.
3.5.	Включить осциллограф и после его прогрева в течение
5 мин установить устойчивое изображение на экране кривой на-
магничивания В(Н).
Плавно увеличивая ток в катушке, добиться срабатывания кон-
тактора, о чем свидетельствует загорание лампы Л. При этом воз-
душный зазор 5В р = 0. Отметить значение тока срабатывания /ср.
Установить значение тока 1= 0,8 /ср и отрегулировать изображение
кривой В(Н) на экране осциллографа. Перенести его с помощью
кальки на рис. 12.3.
3.6.	Снять питание с рабочей обмотки контактора. При этом
якорь вернется в исходное состояние и воздушный зазор будет
максимален. Об этом свидетельствует погасание сигнальной лам-
пы Л. Не изменяя положение ручки «Рег.ЛР», подать питание на
рабочую обмотку и вновь перенести изображение кривой В(Н) с
экрана осциллографа на рис. 12.3.
3.7.	После согласования результатов измерений с преподавате-
лем отключить питание и разобрать схему.
4.	Протокол испытаний и отчет к работе № 12
Магнитные цепи на переменном токе
4.1.	Цель работы ____________________________________
75
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант № ... : В^б = ... ; И;оп = ... ; С/ра6 = ... .
а)/=0 Гц, £доп = ... В;
б)/= 50 Гц, £доп = ... В; Фтах = ... Вб.
4.3.	Схема магнитной и электрической цепей и таблицы
Рис. 12.1. Схема магнитной и электрической цепей контактора:
1 — цилиндрическая пружина; 2 — обмотки; 3 — якорь; 4 — толкатель;
5 — ось; 6 — подвижный контакт; 7 — неподвижный сердечник
Рис. 12.2. Схема ЭЦ для испытаний электромагнитного устройства
на переменном токе
а)	Постоянное напряжение (/= 0): £доп = ... В;
б)	Переменное напряжение (/=50 Гц): £доп = ... В.
76
о	н
Рис. 12.3. Кривая намагничивания В(Н) материала электромагнитного
устройства
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
5ВР = О, Фтах= ... Вб;
8вр= 1 мм, Фтах = ... Вб.
4.5.	Краткие выводы_____________________________________
Учащийся  Преподаватель
5.	Требования к расчетно-графической части отчета
5.1.	В соответствии с данными лабораторных испытаний вы-
числить реальное значение магнитного потока при 8В р = 0 и 8В р =
= 1 мм.
5.2.	По результатам лабораторно-практической работы сделать
краткие' выводы.
77
Контрольные вопросы
1.	Назовите основные параметры, характеризующие магнитную цепь,
и их размерность.
2.	Объясните явление электромагнитной индукции.
3.	Какие магнитные материалы имеют узкую петлю гистерезиса?
4.	Какие магнитные материалы имеют широкую петлю гистерезиса?
5.	Что отражает площадь петли гистерезиса?
6.	Как уменьшить потери на вихревые токи при переменном магнит-
ном потоке?
7.	Где используется явление взаимоиндукции?
РАЗДЕЛ II
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 13
(III доп., IV доп.)
Изучение электронной измерительной аппаратуры
1.	Цель работы
1.1.	Изучить структурные схемы основных электронных изме-
рительных приборов (рис. 13.1).
1.2.	Изучить методы работы с электронной измерительной ап-
паратурой.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является комплект электронной измери-
тельной и задающей аппаратуры, включающий электронные ос-
циллограф, вольтметр, генератор синусоидальных напряжений.
В работе используется электронный осциллограф С1-72, имею-
щий следующие основные характеристики:
полоса пропускания (диапазон рабочих частот) — 0...1 МГц;
максимальная чувствительность — 1000 мм/В;
длительность развертки — от 0,4 мкс/дел. до 2 с/дел.;
погрешность измерения — 10%;
входное сопротивление — 1 МОм.
Основные характеристики применяемого в работе электрон-
ного вольтметра В 3-40:
диапазон измеряемых напряжений — ЮЛ.. 100 В;
диапазон измеряемых частот — от 20 Гц до 1 МГц;
основная погрешность — 6%;
входное сопротивление — 5 МОм.
В качестве генератора синусоидальных напряжений может быть
использован низкочастотный генератор сигналов ГЗ-36 со следу-
ющими основными характеристиками:
диапазон частот — от 20 Гц до 200 кГц — перекрывается с
помощью четырех поддиапазонов, в пределах которых частота
изменяется плавно (первый поддиапазон — от 20 до 200 Гц; вто-
рой — от 200 Гц до 2 кГц; третий — от 2 до 20 кГц; четвертый —
от 20 до .200 кГц);
79
выходное напряжение генератора снимается с четырехступен-
чатого делителя напряжения, обеспечивающего деление напря-
жения на 1, 10, 100, 1000. Напряжение контролируют по стрелоч-
ному индикатору, показания которого умножают на соответству-
ющий коэффициент деления;
максимальное выходное напряжение — 5 В;
погрешность установки частоты — 3%;
максимальное сопротивление нагрузки — 600 Ом.
Допускается замена одного типа приборов другими с анало-
гичными характеристиками.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 13, краткими теоретическими сведениями по данной
теме (см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол ис-
пытаний.
3.2.	В соответствии с табл. 13.1 для своего варианта заполнить
первый и второй столбцы табл. 13.3 (в протоколе испытаний при-
веден пример заполнения таблицы для варианта № 8).
Таблица 13.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
/, Гц	28	56	126	523	982	220	НО	55
	5860	4860	6750	2260	3880	6820	5240	3680
и, В	0,184	0,232	0,386	0,482	0,546	0,166	0,323	0,28
	2,82	3,17	1,36	2,24	1,55	2,63	1,06	3,62
Выполняется в лаборатории
3.3.	Включить электронные приборы переключателем «Сеть» и
дать им прогреться в течение 5 мин. Включить питание стенда, ус-
тановив выключатель ВЗ. 1 в положение «Вкл.» (см. рис. П.З прило-
жения), и подать сигнал с зажимов А и Уна вертикальный вход Y
осциллографа (рис. 13.2, а).
Пользуясь ручками «Яркость», «Фокус», «Вверх-вниз», «Вле-
во-вправо», «Усиление К», установить изображение сигнала в
рабочей части экрана. С помощью ручек «Длительность разверт-
80
ки» и «Синхронизация» получить устойчивое изображение сиг-
нала на экране с двумя-тремя периодами колебаний. Используя
калибровку по амплитуде и длительности, измерить амплитуду
и период исследуемого сигнала, вычислить действующее значе-
ние и частоту сигнала. Результаты занести во второй столбец
табл. 13.2.
С помощью электронного вольтметра измерить действующее
значение напряжения на зажимах А и N, результаты занести в
третий столбец табл. 13.2.
Подать на горизонтальный вход X осциллографа сигнал с вы-
хода генератора (см. рис. 13.2, а). Пользуясь методом фигур Лисса-
жу, измерить частоту сигнала, снимаемого с зажимов А и N, ре-
зультат занести в четвертый столбец табл. 13.2. Отключить питание
стенда.
3.4.	С целью изучения методов работы с комплектом элект-
ронной измерительной аппаратуры собрать схему, приведенную
на рис. 13.2, б. Поочередно устанавливая на выходе генератора
напряжение, значение и частота которого приведены в первых
двух столбцах табл. 13.3, добиться устойчивого изображения на
экране осциллографа двух-трех периодов исследуемых колеба-
ний.
Указать в табл. 13.3 положения ручек осциллографа «Усиление Y»
и «Длительность развертки».
Измерить сигналы на выходе генератора с помощью электрон-
ного вольтметра. Результаты измерений занести в шестой столбец
табл. 13.3, а в пятом столбце указать диапазон прибора, в котором
проводилось измерение каждого и'з сигналов.
3.5.	Согласовать протокол испытаний с преподавателем, после
чего разобрать схему, выключить приборы и привести рабочее место
в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 13
Изучение электронной измерительной аппаратуры
4.1.	Цель работы ____________________________________
81
4.2.	Структурные схемы электронных приборов и таблицы
Вх°Д У Входное
устройство
Усилитель
У
Внутренняя
синхронизация
Внешняя
синхронизация
)------------
П1
Смещение
У
развертки
Смещение
X
Вход X Входное
устройство
Развертка
Усиление
Усилитель
X
а
б
Выход
в
Рис. 13.1. Структурные схемы электронных измерительных приборов:
а — осциллограф; б — вольтметр; в — генератор сигналов; ЭЛТ — электронно-
лучевая трубка; УПТ — усилитель постоянного тока; АЦП — аналого-цифровой
преобразователь; ЦОУ — цифровое отсчетное устройство
Рис. 13.2. Схемы соединения электронных измерительных приборов:
а — для определения частоты сети по фигуре Лиссажу; б — для измерения часто-
ты и величины исследуемого сигнала; ЗГ — задающий генератор; ЭВ — элект-
ронный вольтметр
82
Таблица 13.2
Измеряемый параметр	Метод измерения		
	Осциллографом	Вольтметром	По фигуре Лиссажу
Напряжение U, В			—
Частота /, Гц		—	
Таблица 13.3
/, Гц	и, в	Положение ручек осциллографа		Положение переключателя вольтметра «Предел измерений»	Измеренное вольтметром напряжение, В
		«Усиление У»	«Длительность развертки»		
55	0,28				
	3,62				
3680	0,28				
	3,62				
4.3. Краткие выводы___________________________________
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
5.	Требования к содержанию отчета
Правильно оформленный протокол испытаний является осно-
ванием для зачета по данной теме.
Контрольные вопросы
1.	Назовите основные преимущества электронных измерительных при-
боров по сравнению с электромеханическими.
2.	Объясните принцип работы осциллографа по его структурной
схеме. 
83
3.	Объясните принцип работы электронного вольтметра по его струк-
турной схеме.
4.	Объясните принцип работы генератора по его структурной схеме.
5.	Каким образом по фигуре Лиссажу на экране осциллографа можно
определить частоту сигнала?
6.	Как с помощью осциллографа определить амплитуду сигнала?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 14 (II, III, IV)
Выпрямители
1.	Цель работы
1.1.	Изучить схемы построения выпрямителей и принцип их
работы.
1.2.	Измерить основные параметры выпрямителей — постоян-
ную составляющую, коэффициент пульсаций и влияние на них
емкостного фильтра.
1.3.	Дополнительно визуально исследовать осциллограммы на-
пряжения на входе и выходе выпрямителя.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний являются однофазные выпрямители, по-
строенные по схеме однополупериодного и двухполупериодного
выпрямления, смонтированные на плате № 6 (см. рис. П.6 прило-
жения) стендовой панели.
Однополупериодный выпрямитель включает в себя вторичную
обмотку силового трансформатора Тр, вентиль Д1, сглаживаю-
щий фильтр Сф и нагрузочный резистор RH (рис. 14.1).
Двухполупериодный выпрямитель содержит те же элементы,
за исключением вентиля, вместо которого используются четыре
полупроводниковых диода Д2...Д5, включенные по мостовой схеме.
Одна из диагоналей моста подключается к обмотке трансформа-
тора, а во вторую включается нагрузочный резистор (рис. 14.2).
Переключение со схемы однополупериодного выпрямления на
схему двухполупериодного выпрямления обеспечивает переклю-
чатель со средним положением В6.1.
Испытания выпрямителей выполняют с помощью электрон-
ного универсального вольтметра и дополнительно с помощью ос-
циллографа, позволяющего наблюдать временные процессы (ос-
циллограммы напряжения) на основных элементах выпрямите-
лей. Ток в нагрузке измеряют с помощью щитового миллиампер-
метра.
84
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 14, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV)- Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
3.2.	Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями к ра-
боте № 13, схемой универсального вольтметра и дополнительно —
электронного осциллографа.
3.3.	Написать в протоколе испытаний выражения для опреде-
ления действующего значения основной гармоники (С7осн) и сред-
него значения (1/н ср) выпрямленного напряжения для обеих схем
выпрямителя. Вычислить указанные значения для случая, когда
L72 = 20 В и/= 50 Гц.
Выполняется в лаборатории
3.4.	Включить электронные приборы и прогреть их в течение 5 мин.
3.5.	Установить переключатель В6.1 в нейтральное положение.
Собрать схему однополупериодного выпрямителя в соответствии с
рис. 14.1. Установить движок резистора RH в крайнее правое поло-
жение, вращая ручку регулятора по часовой стрелке. Подключить
первичную обмотку трансформатора к зажимам Л и У трех-
фазного источника питания.
3.6.	После проверки схемы преподавателем включить питание
стенда. Установить переключатель В6.1 в положение «7».
С помощью универсального вольтметра в режиме «-С7» изме-
рить действующее значение синусоидального напряжения U2 на
вторичной обмотке трансформатора W2. Результат занести в про-
токол испытаний.
3.7.	С помощью универсального вольтметра в режиме «~и» из-
мерить на нагрузке 7?н действующее значение основной гармони-
ки выпрямленного напряжения (7Осн, в режиме «=£/» — среднее
значение выпрямленного напряжения (постоянную составляю-
щую) С/нср. По амперметру определить значение тока нагрузки.
Результаты занести в табл. 14.1 (графа «Без фильтра»),
3.8.	Подключить параллельно нагрузочному резистору 7?н сгла-
живающий фильтр — конденсатор Сф и повторить действия, из-
ложенные в п. 3.7, при трех положениях движка 7?н (среднее и два
крайних). Результаты занести в табл. 14.1 (графа «С фильтром Сф»).
Установить переключатель В6.1 в нейтральное положение.
3.9.	Дополнительное задание. Для визуального наблюдения за
процессами в однополупериодном выпрямителе подключить вме-
сто универсального вольтметра вход Y осциллографа. Установить
переключатель В6.1 в положение «7». Получить на экране осцил-
лографа изображение с двумя-тремя периодами колебаний. По-
85
вторить действия, изложенные в п. 3.7 и 3.8, наблюдая характер
изменения напряжения на нагрузке Лн без фильтра и с фильт-
ром. Сравнить результаты наблюдений с временными осциллог-
раммами, приведенными на рис. Т.23, в кратких теоретических
сведений (см. с. 153).
3.10.	Для исследования двухполупериодного выпрямителя переклю-
чатель В6.1 установить в положение «2». Повторить действия, изло-
женные в п. 3.7 и 3.8. Результаты измерений занести в табл. 14.2.
3.11.	Дополнительное задание. Для визуального наблюдения за
процессами в двухполупериодном выпрямителе повторить дей-
ствия, изложенные в п. 3.9.
Сравнить результаты наблюдений с временными осциллограм-
мами, приведенными на рис. Т.24, б кратких теоретических сведе-
ний (см. с. 154).
3.12.	Установить переключатель Вб. 1 в нейтральное положение и
отключить питание стенда. После согласования протокола испы-
таний с преподавателем разобрать ЭЦ, проводники и приборы
сдать лаборанту, рабочее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 14
Выпрямители
4.1.	Цель работы _____________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты:
a) (70СН=(4/2= (/нср= 0,45(4 = ... ;
б) (7ОСН=4(4/Зя = анср= 0,9(4 = - 
4.3.	Схема ЭЦ и таблицы
Рис. 14.1. Схема ЭЦ для испытаний однополупериодного выпрямителя:
ЭО — электронный осциллограф; ЭВ — электронный вольтметр
86
Рис. 14.2. Схема ЭЦ для испытаний двухполупериодного выпрямителя
Табл и ца 14.1
Режим работы		CU, В	С4ср. В	мА	^осн шахэ В	р
Без фильтра						
С фильтром СФ	7?н1					
						
	^нЗ					
Таблица 14.2
Режим работы		UKn, в	Ц. СР, в	мА	^рентах, В	р
Без фильтра						
С фильтром	7?н1					
	^н2					
	7?нз					
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Рентах-- ••• > Р~ ^4jch тах/^н.ср-
87
4.5.	Краткие выводы
Учащийся  Преподаватель
5.	Требования к расчетно-графической части отчета
5.1.	На основании данных табл. 14.1 вычислить амплитуду ос-
новной гармоники U0CH тах и коэффициент пульсаций р выпрям-
ленного напряжения при однополупериодной схеме выпрямле-
ния без фильтра и с фильтром. Результаты занести в соответству-
ющие столбцы табл. 14.1.
5.2.	На основании данных табл. 14.2 вычислить амплитуду ос-
новной гармоники U0CH max и коэффициент пульсаций выпрям-
ленного напряжения при двухполупериодной схеме выпрямления
без фильтра и с фильтром. Результаты занести в соответствующие
столбцы табл. 14.2.
5.3.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Какие элементы входят в состав выпрямителя?
2.	Изобразите схему однополупериодного выпрямителя и поясните
принцип его работы.
3.	Изобразите схему двухполупериодного выпрямителя и поясните
принцип его работы.
4.	Назовите и охарактеризуйте основные параметры выпрямителя.
5.	Укажите назначение фильтра. Назовите основные типы фильтров и
принцип их действия.
6.	Назовите основные параметры, определяющие выбор диодов для
выпрямителя.
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 15 (III, IV)
Двухкаскадный полупроводниковый усилитель
1.	Цель работы
1.1.	Изучить электрическую схему усилителя и принцип его ра-
боты.
1.2.	Изучить основные параметры и характеристики усилителя
(коэффициент усиления, амплитудная и амплитудно-частотная
характеристика) и влияние на них обратной связи.
88
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является двухкаскадный транзисторный
усилитель, смонтированный на плате № 7 (см. рис. П.7 приложе-
ния) стендовой панели. Первый каскад собран на транзисторе Т1,
включенном по схеме с общим эмиттером, второй — на транзис-
торе Т2, собранном по схеме с общим коллектором (эмиттерный
повторитель).
Принципиальная электрическая схема усилителя показана на
рис. 15.1, где Яогр— ограничивающий резистор на входе усилите-
ля; Лк — резистор в цепи коллектора (коллекторная нагрузка)
транзистора Т1; ЯЭ| — резистор в цепи эмиттера, выполняющий
роль отрицательной обратной связи по току Т1; Лб1 и — базо-
вый делитель, фиксирующий рабочую точку для Т1 на линейном
участке нагрузочной прямой; йэ2 — резистор в цепи эмиттера (эмит-
терная нагрузка) транзистора Т2; Ср1, Ср2 — разделительные кон-
денсаторы; КТ1, КТ2, КТЗ — контрольные точки; Сэ — конден-
сатор, исключающий отрицательную обратную связь (ОС) по пе-
ременной составляющей при замыкании переключателя В7.1;
/?н — нагрузочный резистор (сопротивление нагрузки).
Входной сигнал относительно корпуса подается на 7?огр, вы-
ходной снимается с RH. Питание схемы осуществляется посто-
янным напряжением 5 В указанной полярности с помощью вык-
лючателя В7.2. Подача питания контролируется сигнальной лам-
пой.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 15, краткими теоретическими сведениями по данной
теме (см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол ис-
пытаний.
3.2.	В соответствии с рис. 15.1 для своего варианта вычислить
максимальное значение сигнала на входе усилителя t/BX max, обес-
печивающего работу в линейной зоне, если ЭДС источника пи-
тания Ек = 5 В. Максимальная амплитуда выходного сигнала Двыхтах
в процентах от Ек и коэффициент усиления К приведены в табл.
15.1. Результаты вычислений занести в протоколе испытаний.
Таблица 15.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
^выхтах» %	20	25	30	35	20	25	30	35
к	5	4	3	5	4	3	6	8
89
Выполняется в лаборатории
3.3.	Собрать схему, приведенную на рис. 15.2. Корпусные зажи-
мы приборов и усилителя, обозначенные знаком ±, должны быть
соединены между собой.
Включить электронные приборы и после прогрева не менее 5
мин установить на выходе генератора напряжение UBK = 0,05 В час-
тотой /= 2000 Гц. Включить усилитель, при этом должна загореть-
ся сигнальная лампа, показанная на рис. 15.1.
С помощью осциллографа убедиться в наличии сигнала на вы-
ходе усилителя. Установить на экране осциллографа изображение
с двумя-тремя периодами колебаний выходного сигнала. Наблю-
дать за формой и величиной сигналов в контрольных точках КТ1,
КТ2 и КТЗ.
3.4.	Определить коэффициенты усиления каждого из каскадов и
усилителя в целом, для чего установить в контрольной точке КТ1
действующее значение сигнала ^ = 0,05 В при частоте /=2000 Гц.
Измерить с помощью электронного вольтметра напряжения в кон-
трольных точках КТ2, КТЗ при двух положениях переключателя
В7.1 (с ОС и без ОС). Результаты измерений занести в соответ-
ствующие графы табл. 15.2.
3.5.	Снять амплитудную характеристику усилителя Цвых(^вх) при
постоянной частоте /=2000 Гц. Для этого, изменяя напряжение на
входе усилителя от 0 до 0,3 В (6...8 значений), измерить с помо-
щью вольтметра сигнал на выходе усилителя при двух положени-
ях переключателя В7.1 (с ОС и без ОС). Результаты измерений
занести в табл. 15.3.
3.6.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать лаборанту, рабо-
чее место привести в порядок.
3.7.	Дополнительное задание. Снять амплитудно-частотную ха-
рактеристику усилителя K(f) при постоянном напряжении на вхо-
де UBK = 0,05 В. Для этого, изменяя частоту сигнала на выходе гене-
ратора от 20 Гц до 200 кГц (6...8 значений), измерить напряжение
на выходе усилителя при двух положениях переключателя В7.1.
Результаты измерений занести в табл. 15.4.
Протокол испытаний и отчет о работе № 15
Двухкаскадный полупроводниковый усилитель
4.1. Цель работы ____________________________________
90
4.2. Формулы и предварительные расчеты
Вариант ... . Ек — 5 В, К— ... , ЦВых.тах— ••• > ^вх. max
4.3. Схема ЭЦ и таблицы
Рис. 15.1. Принципиальная электрическая схема усилителя напряжения
Рис. 15.2. Схема для испытаний усилителя
Таблица 15.2
Режим работы усилителя	lAcri, в	1/КТ2, В	t/ктз, В
с ОС			
Без ОС			
91
Таблица 15.
№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8 ]
6/вх, В	0							о,3
t/BMX, В, с ОС								
6/ВЬ|Х, В, без ОС								
Таблица 15.4								
№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8
/, кГц	0,02	0,1	2	10	50	100	150	200
6/вь1х- В, с ОС								
6/ВЬ1Х, В, без ОС								
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Используемые формулы:
^1 ~ ^Асп/^кть
= ^КТз/^КТ25
к= t/ктз/^кп = UmJUm
Таблица 15.5
Режим работы усилителя	А,	а2	КуК2	К
с ОС				
Без ОС				
Табл и ца 15.6
№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8
/, кГц	0,02	0,1	2	10	50	100	150	200
Кс ОС								
А" без ОС								
92
Рис. 15.3. Амплитудная характеристика усилителя
Рис. 15.4. Амплитудно-частотная характеристика усилителя
4.5.	Краткие выводы__________________________________
Учащийся  Преподаватель
5. Требования к расчетно-графической части отчета
5.1.	В соответствии с данными табл. 15.2 вычислить для каждого
каскада и усилителя в целом коэффициент усиления, результаты
занести в табл. 15.5.
5.2.	В соответствии с данными табл. 15.3 построить на рис. 15.3
амплитудную характеристику усилителя UBm(Um) с обратной свя-
зью и без обратной связи. На основании полученных графиков
определить диапазон линейной работы усилителя и его коэффи-
циенты усиления.
93
5.3.	Дополнительное задание. В соответствии с данными табл.
15.4 вычислить коэффициент усиления усилителя с обратной
связью и без обратной связи, результаты занести в табл. 15.6. На
основании результатов вычислений построить в одной системе
координат на рис. 15.4 зависимости K(f) усилителя с обратной
связью и без обратной связи. Частоты на оси абсцисс отклады-
вать в логарифмическом масштабе. Определить нижнюю и верх-
нюю границы полосы пропускания для Кв = Кн = 0,7 Ко и полосу
пропускания Д/=/в -/и-
5.4.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Какие основные элементы входят в состав транзисторного усили-
теля?
2.	Объясните назначение элементов в схеме, показанной на рис. 15.1,
и принцип работы усилителя.
3.	Нарисуйте вольт-амперные характеристики транзистора.
4.	Назовите основные параметры и характеристики усилителя.
5.	Как можно увеличить коэффициент усиления усилителя?
6.	Что такое отрицательная обратная связь в усилителе, какое влияние
она оказывает на его характеристики?
7.	Назовите виды межкаскадных связей в многокаскадных усилителях.
8.	Какой вид связи используется в усилителях постоянного тока?
9.	Что такое полоса пропускания усилителя и как она определяется?
10.	К чему может привести использование положительной обратной
связи в усилителях?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 16 (IV доп.)
Стабилизаторы постоянного напряжения
1.	Цель работы
1.1.	Изучить схемы построения стабилизаторов напряжения и
принцип их работы.
1.2.	Провести испытания параметрического и компенсацион-
ного стабилизаторов.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний являются параметрический и компен-
сационный стабилизаторы напряжения постоянного тока, смон-
тированные на плате № 8 (см. рис. П.8 приложения) стендовой
панели.
94
Параметрический стабилизатор (рис. 16.1) включает в себя по-
лупроводниковый стабилитрон Д и балластный резистор R^. На-
грузочный резистор ЛН1 подключается параллельно стабилитрону
и позволяет определить влияние тока нагрузки 1Н на выходное
напряжение стабилизатора 17ВЬ|Х.
Компенсационный стабилизатор (рис. 16.2) включает в себя ре-
улирующее устройство, роль которого выполняет транзистор Т,
и управляющее устройство, состоящее из параметрического ста-
билизатора и операционного усилителя ОУ. На вход усилителя
подаются два сигнала: сигнал обратной связи — часть сигнала с
выхода стабилизатора (резисторы Rlt R2) и опорный сигнал со
стабилитрона Д. Выход усилителя подключен ко входу регулирую-
щего устройства — базе транзистора Т.
Напряжение на входе стабилизаторов можно регулировать с
помощью переменного резистора Ян2, подключаемого к регулируе-
мому источнику постоянного напряжения 17=0...20 В (см. рис. П.З
приложения).
Измерения напряжений на входе и выходе стабилизаторов вы-
полняются с помощью электронного вольтметра в режиме изме-
рения постоянного напряжения.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 16, краткими теоретическими сведениями по данной теме
(см. разд. IV)- Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
3.2.	В соответствии с данными табл. 16.1 для своего варианта
рассчитать параметрический стабилизатор, вычислив сопротив-
ление балластного резистора R^ и максимальное значение тока
через стабилитрон /сттах. Результаты расчетов привести в протоко-
ле испытаний.
Выполняется в лаборатории
Испытания параметрического стабилизатора
3.3.	Собрать ЭЦ в соответствии с рис. 16.1, не вводя в нее со-
противление резистора нагрузки 7?н1 (холостой ход). Включить элек-
тронный вольтметр и дать ему прогреться в течение 5 мин.
3.4.	После проверки схемы преподавателем подать питание на
стенд, при этом должна загореться соответствующая сигнальная
лампа.
3.5.	Поочередно подключая вольтметр ко входу (t/BX = 1/нест —
нестабилизированное напряжение) и выходу (1/вых = U„) стабили-
95
затора, снять зависимость UBblx=f(UBX) на холостом ходу, изменяй
напряжение на входе стабилизатора с помощью резистора /?н2. Ре-’
зультаты измерений занести в табл. 16.2.	-
3.6.	Обесточить ЭЦ и подключить амперметр А последовательна
с резистором /?н|. Подать электропитание и установить UBX = 20 В.
Снять зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока
нагрузки UBbK=f(IH). Для этого, изменяя сопротивление резистора
7?Н|, измерять ток /н и напряжение t/Bblx на нагрузке. Результаты
измерений занести в табл. 16.3. Обесточить ЭЦ.
Испытания компенсационного стабилизатора
3.7.	Собрать схему в соответствии с рис. 16.2, не вводя в нее
сопротивление резистора нагрузки 7?Н| (холостой ход). После про-
верки схемы преподавателем подать питание на стенд, при этом
должна загореться соответствующая сигнальная лампа.
3.8.	Снять зависимость UBblx=f(UBX), действуя аналогично опи-
санному в п. 3.5. Результаты измерений занести в табл. 16.4.
3.9.	Отключить питание и подключить амперметр А последо-
вательно с резистором 7?н1. Подать электропитание и установить
UBX = 20 В. Снять зависимость UBtM = действуя аналогично
описанному в п. 3.6. Результаты измерений занести в табл. 16.5.
3.10.	Отключить питание, согласовать протокол испытаний с
преподавателем, после чего разобрать ЭЦ.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 16
Стабилизаторы постоянного напряжения
4.1.	Цель работы ______________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Т аблица 16.1
№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8
ит, в	24	12	36	12	24	36	12	36
t/.ых, В	8	5,6	15	6,8	13	22	.8,2	27
/н, мА	50	400	100	400	50	100	400	100
96
Вариант № ... : Um = ... ± ... ; UBbn= ... ;/н = ... ;
min
ъ= ...
> Лгг.тах
4.3.	Схема ЭЦ и таблицы
Рис. 16.1. Схема ЭЦ для испытаний параметрического стабилизатора
напряжения
Таблица 16.2
№ опыта	1	2	3	4	5	6
t/„x, В						
Цвых, в						
Таблица 16.3
№ опыта	1	2	3	4	5	6
/н, мА						
£4ых> в						
Рис. 16.2. Схема ЭЦ для испытаний компенсационного стабилизатора
напряжения
4 Прошин
97
Таблица 16.4
№ опыта	1	2	3	4	5	6
ит в						
t/вых, В						
Таблица 16.5
№ опыта	1	2	3	4	5	6
/н, мА						
t/вых, В						
Группа Учащийся Дата
Преподаватель____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Рис. 16.3. Зависимость выходного напряжения стабилизатора:
с — от входного напряжения; б — от тока нагрузки
‘СТ1	(А t/BX/ ^вх.ном
)/(Д С4ых/^вых .ном))
^ст2 (А^н/^н.ном
)/(А^вых/^вых .ном)*
Таблица 16.6
Параметрический стабилизатор		Компенсационный стабилизатор	
л;Т|	а;т2	£Ti	^т2
			
98
4.5.	Краткие выводы
Учащийся Преподаватель
5.	Требования к расчетно-графической части отчета
5.1.	В соответствии с данными табл. 16.2 и 16.3 для параметри-
ческого стабилизатора построить на рис. 16.3, а и рис. 16.3, зави-
симости соответственно [/вых =/(С4х) и £4ЫХ =/(4)- На графиках
иыделить участки характеристик со стабильным выходным напря-
жением.
5.2.	В соответствии с данными табл. 16.4 и 16.5 для компенсаци-
онного стабилизатора на тех же рис. 16.3, а и рис. 16.3, б аналогич-
но построить зависимости С/вых = f(UBK) и (/вых =/(7н) соответствен-
но. На графиках выделить участки характеристик со стабильным
выходным напряжением.
5.3.	Для полученных участков определить коэффициенты ста-
билизации KCTi и Кст2- При расчетах за номинальную величину
напряжений (UmAl0u, 14ЫХНом) и токов (/н.НОм) принять значения,
лежащие на середине зон стабилизации. Результаты занести в
табл. 16.6.
5.4.	По результатам испытаний и расчетов сделать краткие вы-
воды.
Контрольные вопросы
1.	Какие типы стабилизаторов напряжений используются в технике?
2.	Назовите основные характеристики стабилизаторов напряжения.
3.	Изобразите схему параметрического стабилизатора и назовите ос-
новные его элементы.
4.	Поясните принцип действия параметрического стабилизатора.
5.	Назовите основные элементы компенсационного стабилизатора
напряжений.
РАЗДЕЛ III
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
4
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 17 (II, III, IV)
Однофазный трансформатор
1.	Цель работы
1.1.	Изучить конструкцию трансформатора.
1.2.	Определить основные параметры трансформатора.
1.3.	Снять внешнюю характеристику трансформатора.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является однофазный трехобмоточный
трансформатор, концы обмоток которого выведены на зажимы,
расположенные на плате № 6 (см. рис. П.6 приложения) стендо-
вой панели. С помощью проводников со штекерами обмотки транс-
форматора могут быть подключены через измерительные прибо-
ры к источнику питания и нагрузке. Питание трансформатора
осуществляется линейным напряжением, снимаемым с зажимов
А и Б трехфазного источника (см. рис. П.З приложения), измери-
тельные приборы — щитовые приборы переменного тока, на-
грузкой служит переменный резистор RH, расположенный на той
же плате.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 17, краткими теоретическими сведениями по данной
теме (см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол ис-
пытаний.
3.2.	В соответствии с данными табл. 17.1 для своего варианта
вычислить количество витков первичной и вторичной обмоток,
коэффициент трансформации и максимальное значение магнит-
ного потока. Формулы и результаты вычислений занести в прото-
кол испытаний.
100
Таблица 17.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
£/„ В	100	50	100	100	200	60	100	100
t/2, В	10	150	100	150	100	150	200	50
{/дог., В	1	5	2	5	10	3	10	1
^доп	10	20	5	10	15	5	20	10
Выполняется в лаборатории
3.3.	Ознакомиться с помощью демонстрационного макета с
конструкцией трансформатора, определить измерительные при-
боры, которые следует использовать в процессе испытаний.
Занести в протокол испытаний паспортные данные трансфор-
матора.
3.4.	Провести опыт холостого хода при номинальном напряже-
нии на первичной обмотке. Для этого собрать схему в соответ-
ствии с рис. 17.1.
После проверки схемы преподавателем подать напряжение на
первичную обмотку и снять показания всех приборов. Данные из-
мерений занести в табл. 17.2.
3.5.	Снять внешнюю характеристику трансформатора £4 (Л), для
чего собрать схему в соответствии с рис. 17.2.
После проверки схемы преподавателем подать напряжение на
первичную обмотку и, изменяя нагрузку от 0 до 1,2ZHOM, снять
показания приборов для 5... 6 точек. Данные измерений занести в
табл. 17.3.
3.6.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать лаборанту, рабо-
чее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 17
Однофазный трансформатор
4.1.	Цель работы _______________________________
101
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант № ... : Ux= ... ; U2= ... ; Uaon = ... ; lTflon = ... ;
... ; И<,= ... ; л= ... ; Фтах= ... .
Паспортные данные трансформатора
Тип.................................................
Напряжение на первичной обмотке Ux..................
Номинальный ток нагрузки /ном.......................
Число витков дополнительной обмотки И^оп............
Площадь сечения сердечника S........................
4.3.	Схема ЭЦ и таблицы
Рис. 17.1. Схема ЭЦ для проведения опыта холостого хода
трансформатора
Таблица 17.2
Рис. 17.2. Схема ЭЦ для снятия внешней характеристики
трансформатора
102
Таблица 17.3
№ опыта	1	2	3	4	5	6
t/H, В						
/н, мА						
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Используемые законы и формулы:
Рис. 17.3. Внешняя характеристика трансформатора
4.5.	Краткие выводы___________________________________
Учащийся  Преподаватель
5.	Требования к расчетно-графической части отчета
5.1.	На основании данных табл. 17.2 вычислить число витков
первичной и вторичной обмоток, коэффициент трансформации
и максимальное значение магнитного потока. Результаты занести
в табл. 17.2.
5.2.	На основании данных табл. 17.3 построить на рис. 17.3 внеш-
нюю характеристику и определить изменение напряжения в про-
центах при номинальной нагрузке.
5.3.	Сделать краткие выводы по работе.
103
Контрольные вопросы
1.	Какой принцип положен в основу работы трансформатора?
2.	Из каких основных частей состоит трансформатор?
3.	Из какого материала изготовляется сердечник трансформатора?
4.	Почему сердечник трансформатора изготовляется из тонких электри-
чески изолированных друг от друга пластин?
5.	Что такое коэффициент трансформации и как он определяется?
6.	Что такое повышающий (понижающий) трансформатор?
7.	Что называется внешней характеристикой трансформатора?
8.	Назовите основные потери в трансформаторе при работе в номи-
нальном режиме.
9.	Напишите выражение для коэффициента полезного действия транс-
форматора через потери в нем.
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 18 (II, III, IV)
Генератор постоянного тока
1.	Цель работы
1.1.	Изучить конструкцию машины постоянного тока.
1.2.	Научиться осуществлять пуск системы двигатель—генера-
тор.
1.3.	Снять характеристику холостого хода генератора.
1.4.	Снять внешнюю характеристику генератора.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является машина постоянного тока с
параллельным возбуждением, работающая в режиме генератора.
Ее приводом служит асинхронный электродвигатель с корот-
ко-замкнутым ротором. Пуск двигателя осуществляется непосред-
ственной подачей напряжения на обмотки статора.
Устройства коммутации и управления электрическими маши-
нами расположены на плате № 9 (см. рис. П.9 приложения) стен-
довой панели, соединяемой посредством специального кабеля с
платформой, на которой размещены электрические машины. На
плате расположены также зажимы датчика частоты вращения (та-
хогенератора), нагрузочные резисторы для генератора, подклю-
чаемые выключателем В9.4, защитные устройства — предохрани-
тели для постоянного и переменного тока, лампы, сигнализиру-
ющие о подаче питания в ЭЦ.
104
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 18, краткими теоретическими сведениями по данной
теме (см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол ис-
пытаний.
3.2.	В соответствии с данными табл. 18.1 для своего варианта
вычислить в первом приближении ЭДС генератора. Формулы и
результаты вычислений занести в протокол испытаний.
Таблица 18.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
се	33,3	33,3	66,6	16,65	16,65	66,6	зз.з	16,65
п, об/мин	3000	1500	1500	1500	3000	750	1000	2000
Ф, Вб	10’3	ю-3	ю-3	210-3	210’3	ю-3	3-1O-3	ЗЮ'3
Выполняется в лаборатории
3.3.	Ознакомиться с помощью демонстрационного макета с
конструкцией машины постоянного тока, изучить схему комму-
тации и управления системой двигатель—генератор, определить
используемые измерительные приборы.
Занести в протокол испытаний паспортные данные приводно-
го двигателя и генератора.
3.4.	Осуществить пуск системы двигатель—генератор в такой
последовательности:
3.4.1.	Собрать схему, показанную на рис. 18.1, для чего соеди-
нить соответствующим кабелем разъемы стенда и платформы с
электрическими машинами. С помощью проводов со штекерами
включить машины в схему. Статорные обмотки асинхронного дви-
гателя соединить по схеме «звезда», для чего объединить концы
фаз С4, С5, С6, а начала фаз Cl, С2, СЗ подключить к линейным
проводам А, В, С.
Подключить к обмоткам электрических машин щитовые изме-
рительные приборы в соответствии с рис. 18.1.
Установить выключатели В9.1, В9.2, В9.4 (см. рис. П.9) в вык-
люченное положение, переключатель В9.3 — в нейтральное, со-
противление резистора Ав в цепи возбуждения полностью ввести
(повернув ручку «Рег./В» по часовой стрелке до упора).
3.4.2.	Представить схему для проверки преподавателю.
3.4.3.	Включить питание стенда, переведя выключатель В3.1 в
положение «Вкл.» (см. рис. П.З), и провести пробный пуск систе-
105
мы двигатель—генератор, установив выключатель В9.1 в положа*
ние «Вкл.».
После разгона двигателя измерить его частоту вращения л И
потребляемый статорной обмоткой ток холостого хода /хх. Если
они близки к паспортным данным, перевести переключатель В9.3
в положение «Ген.» и вывести генератор на номинальный режим
работы, установив на его якоре с помощью регулирующего рези*
стора 7?в номинальное напряжение
При всех отклонениях в работе электрических машин перевести
выключатель В9.1 в выключенное положение и сообщить о неполад*
ках преподавателю.
3.5.	Для снятия характеристики холостого хода Еа(1в) резисто-
ром RB плавно изменять ток возбуждения /„ от максимального зна-
чения, обеспечивающего напряжение генератора U= 1,1 UH0U (пер-
вый отсчет), до нуля. Выполнить 5—6 отсчетов и результаты зане-
сти в табл. 18.2.
Внимание! Для исключения погрешностей ток возбуждения
изменять только в одном направлении.
3.6.	Для снятия внешней характеристики U(I„) установить ток
возбуждения генератора таким, чтобы напряжение на зажимах ге-
нератора на холостом ходу (без нагрузки) было номинальным (/ном,
Подключая по очереди выключателем В9.4 нагрузку к генератору
при неизменном сопротивлении резистора RB, увеличить ток на-
грузки от нуля до 1= 1,1/н. Снять показания приборов (пять отсче-
тов, включая холостой ход) и результаты занести в табл. 18.3.
3.7.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем отключить приводной двигатель, установить выключатели и
исходное состояние, разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать
лаборанту, рабочее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 18
Генератор постоянного тока
4.1.	Цель работы ____________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант № ... : се= ... ; п= ... ;Ф= ... ; Е= ... .
106
Паспортные данные электрических машин
Приводной двигатель Генератор
Тип..................................................
Напряжение...........................................
Ток..................................................
Частота вращения...................................
4.3.	Схема ЭЦ и таблицы
Рис. 18.1. Схема ЭЦдля испытаний генератора постоянного тока:
Н1-Я2 — якорная обмотка генератора; Ш1 —Ш2 — шунтовая (параллельного
Возбуждения) обмотка генератора; ТГ — тахогенератор; АД — асинхронный дви-
гатель; Пр — предохранитель
Таблица 18.2
№ опыта	1	2	3	4	5	6
Ео, В						
/в, мА						
Таблица 18.3
№ опыта	1	2	3	4	5
и, В					
/н, мА					
п, об/мин					
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
107
4.4.	Расчетно-графическая часть
Используемые законы и формулы:
4.5.	Краткие выводы____________________________________
Учащийся  Преподаватель
108
5.	Требования к расчетно-графической части отчета
5.1.	На основании данных табл. 18.2 построить на рис. 18.2 ха-
рактеристику холостого хода Eq = Определить по ней коэф-
фициент насыщения Ks магнитной системы генератора при но-
минальном токе.
5.2.	На основании данных табл. 18.3 построить на рис. 18.3 вне-
шнюю характеристику U=Определить процентное измене-
ние напряжения &U% при номинальном токе /ном. Результаты за-
нести в протокол испытаний.
5.3.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Какие законы положены в основу работы электрических машин?
2.	Что такое генератор?
3.	Какие основные узлы входят в состав машины постоянного тока?
4.	Какую роль играют статор, ротор и коллектор генератора?
5.	Назовите способы возбуждения машин постоянного тока.
6.	Изобразите схемы электрических машины с последовательным,
параллельным и смешанным возбуждением.
7.	В чем суть режима самовозбуждения генератора постоянного тока?
8.	Назовите основные характеристики генератора постоянного тока.
9.	Что позволяет определить характеристика холостого хода?
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 19 (IV)
Двигатель постоянного тока
1.	Цель работы
1.1.	Изучить конструкцию и схему пуска двигателя постоянного
тока.
1.2.	Изучить методы реверса двигателя постоянного тока.
1.3.	Снять частотную характеристику двигателя.
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является машина постоянного тока с
параллельным возбуждением, работающая в режиме двигателя.
Устройства коммутации и управления двигателем расположе-
ны на плате № 9 (см. рис. П.9 приложения) стендовой панели,
соединяемой посредством специального кабеля с платформой, на
которой размещены электрические машины. На плате расположе-
ны также зажимы датчика частоты вращения (тахогенератора),
защитные устройства — предохранители и лампа, сигнализирую-
109
щая о подаче питания в ЭЦ. Измерение напряжения, снимаемого
с зажимов датчика частоты вращения, выполняется с помощью
электронного вольтметра в режиме измерения постоянного на-
пряжения.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной ра-
боты № 19, краткими теоретическими сведениями по данной
теме (см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол ис-
пытаний.
3.2.	В соответствии с данными табл. 19.1 для своего варианта
вычислить номинальную частоту вращения двигателя на холостом
ходу п0.
Таблица 19.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
Се	зз.з	зз,з	66,6	16,6	16,6	66,6	зз,з	16,6
и, В	100	50	100	50	100	50	100	100
Ф, Вб	Ю3	103	Ю’3	2-Ю-3	2-1 О*3	ю-3	ЗЮ-3	ЗЮ-3
Выполняется в лаборатории
3.3.	Ознакомиться с помощью демонстрационного макета с
конструкцией машины постоянного тока, изучить схему комму-
тации и управления двигателем, определить измерительные при-
боры, которые следует использовать в процессе испытаний.
Занести в протокол испытаний паспортные данные двигателя.
3.4.	Осуществить пуск двигателя в такой последовательности:
3.4.1.	Собрать схему, показанную на рис. 19.1, для чего соеди-
нить соответствующим кабелем разъемы стенда и платформы с
электрическими машинами. С помощью проводов со штекерами
включить двигатель постоянного тока в схему, придерживаясь
обозначений концов обмоток. Подключить к обмоткам электри-
ческих машин щитовые измерительные приборы в соответствии
с рис. 19.1.
Установить выключатели В9.1, В9.2, В9.4 (см. рис. П.9) в вы-
ключенное положение, переключатель В9.3 — в нейтральное.
Подвести к зажимам «+» и «-» напряжение питания.
Полностью ввести сопротивление пускового реостата Лпр (по-
вернув ручку «Рег. 1п» по часовой стрелке — в положение V) и
вывести сопротивление резистора Лв (повернув ручку «Рег. /в»
против часовой стрелки).
НО
3.4.2.	Представить схему для проверки преподавателю.
3.4.3.	Включить питание стенда, переведя выключатели В3.1 и
В3.2 в положение «Вкл.» (см. рис. ГТ.3). Установить на выходе ис-
точника постоянного напряжения U= (20 ±2) В. Провести пробный
пуск двигателя, установив переключатель В9.3 в положение «Дв.»,
а выключатель В9.2 — в положение «Вкл.».
Постепенно уменьшая сопротивление пускового реостата Япр
переводом ручки «Рег. /п» из положения V в положение I, наблю-
дать за разгоном двигателя. Установить номинальную частоту вра-
щения двигателя л0, плавно увеличивая сопротивление резистора
RB в цепи возбуждения.
При всех отклонениях в работе электрических машин перевести
выключатель В9.2 в выключенное положение и сообщить о неполад-
ках преподавателю.
3.5.	Осуществить реверс двигателя, для чего отключить двига-
тель от сети выключателем В9.2, полностью ввести в цепь сопро-
тивление пускового реостата Лп р (положение V), оставив сопро-
тивление резистора RB неизменным. Перекоммутировать концы об-
мотки возбуждения, подключив Ш1 к Я2, а Ш2 — к зажиму, с
которым до этого был соединен Ш1 (в итоге Ш2 подключится к
Я1 через резистор RB).
После проверки схемы преподавателем вновь осуществить пуск
двигателя в соответствии с п. 3.4.3. Обратить внимание на показа-
ние вольтметра, подключенного к тахогенератору ТГ: стрелка воль-
тметра отклонилась в обратную сторону. Это значит, что двигатель
стал вращаться в обратную сторону. Установить с помощью рези-
стора RB номинальную частоту вращения двигателя л0.
3.6.	Снять частотную характеристику двигателя — зависимость
частоты вращения п от тока якоря I„ = I- 1В при неизменном токе
возбуждения /в.
Для этого, увеличивая сопротивление пускового реостата 7?пр
переводом ручки «Рег. /п» из положения I в положение V и под-
держивая путем изменения сопротивления резистора RB ток воз-
буждения 1В неизменным, отметить показания ТГ. Выполнить пять
отсчетов и результаты занести в табл. 19.2.
Вновь вывести из цепи сопротивление пускового реостата Rn р,
установив ручку «Рег. 1П» в положение I.
3.7.	Снять зависимость частоты вращения п от тока возбужде-
ния 1В
Для этого, плавно изменяя сопротивление резистора RB, снять
показания подключенного к ТГ вольтметра для 5... 6 точек. Ре-
зультаты измерений занести в табл. 19.3.
3.8.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем отключить двигатель, установить выключатели в исходное со-
стояние, разобрать ЭЦ, проводники сдать лаборанту, рабочее место
привести в порядок.
111
4.	Протокол испытаний и отчет о работе Ns 19
Двигатель постоянного тока
4.1.	Цель работы _________________________________
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант № ... : се= ... ;£/=... ; Ф= ... ; п = ... .
Паспортные данные двигателя
Тип................................................
Напряжение................;.........................
Ток якоря...........................................
Ток возбуждения.....................................
Частота вращения....................................
4.3.	Схема ЭЦ и таблицы
Рис. 19.1. Схема ЭЦ для испытаний двигателя постоянного тока:
Я1 —Я2 — якорная обмотка двигателя; Ш1 —Ш2 — шунтовая (параллельного
возбуждения) обмотка двигателя; ТГ — тахогенератор
112
Таблица 19.2
№ опыта	1	2	3	4	5
/в, мА					
I, мА					
п, об/мин					
мА					
Таблица 19.3
№ опыта	1	2	3	4	5	6
п, об/мин						
/В) мА						
Группа Учащийся Дата
Преподаватель____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Используемые законы и формулы:
ЛГвр = 9,52Р2/ло= - ;
р2=пР1=ц^/= ... •
. Рис. 19.2. Частотная характеристика двигателя
113
п, об/мин
о	4, А
Рис. 19.3. Зависимость частоты вращения двигателя от тока возбуждения
4.5.	Краткие выводы_______________________________________
Учащийся  Преподаватель
5.	Требования к расчетно-графической части отчета
5.1.	На основании данных табл. 19.2 вычислить ток якоря 1Я и
результаты занести в табл. 19.2. Построить на рис. 19.2 частотную
характеристику п =
5.2.	На основании данных табл. 19.3 построить на рис. 19.3
характеристику п =
5.3.	Вычислить полезный момент Мвр на валу двигателя при но-
минальных частоте вращения л0 и токе якоря /я ном, если коэффи-
циент полезного действия двигателя г) = 70 %. Результаты занести в
протокол испытаний.
5.4.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Какие основные законы положены в основу работы электродвига-
теля?
2.	Что такое электродвигатель?
3.	Какие основные узлы входят в состав машины постоянного тока?
4.	Назовите способы возбуждения машин постоянного тока.
5.	Укажите способы реверса двигателя постоянного тока.
6.	Изобразите схемы электрических машин с последовательным, па-
раллельным и смешанным возбуждением.
7.	Где находят основное применение двигатели постоянного тока?
8.	Назовите основные характеристики двигателя постоянного тока.
114
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 20 (II, III, IV)
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
1.	Цель работы
1.1.	Изучить конструкцию и схему пуска асинхронного двига-
теля.
1.2.	Осуществить пуск асинхронного двигателя.
1.3.	Изучить методы реверса асинхронного двигателя.
1.4.	Дополнительно снять механическую характеристику асин-
хронного двигателя п = /(7Н).
2.	Объект и средства испытаний
Объектом испытаний является трехфазный асинхронный дви-
гатель с короткозамкнутым ротором.
Нагрузкой асинхронного двигателя является генератор посто-
янного тока, в выходную цепь которого включены резисторы.
Устройства коммутации и управления двигателем расположе-
ны на плате № 9 (см. рис. П.9 приложения) стендовой панели,
соединяемой посредством специального кабеля с платформой, на
которой размещены электрические машины. На плате расположе-
ны также зажимы датчика частоты вращения, защитные устрой-
ства — предохранители и лампа, сигнализирующая о подаче пи-
тания в ЭЦ. Измерение напряжения, снимаемого с зажимов дат-
чика частоты вращения, выполняется с помощью электронного
вольтметра в режиме измерения постоянного напряжения.
3.	Задание к лабораторной работе
Выполняется при подготовке к работе
3.1.	Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной рабо-
ты № 20, краткими теоретическими сведениями по данной те-
ме(см. разд. IV). Подготовить в рабочей тетради протокол испыта-
ний.
3.2.	В соответствии с данными табл. 20.1 для своего варианта
вычислить частоту вращения двигателя на холостом ходу п. Фор-
мулы и результаты вычислений занести в протокол испытаний.
Таблица 20.1
№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
/, Гц	50	60	100	60	50	100	50	400
Р	1	1	2	2	2	1	2	2
5ХК	. 0,05	0,04	0,03	0,06	0,02	0,05	0,07	0,06
115
Выполняется в лаборатории
3.3.	Ознакомиться с помощью демонстрационного макета cJ
конструкцией и принципом действия асинхронной машины, изу-
чить схему коммутации и управления асинхронным двигателем
(АД), определить измерительные приборы, которые следует ис-
пользовать в процессе испытаний.
Занести в протокол испытаний паспортные данные двигателя
и генератора постоянного тока, являющегося нагрузкой для дви-
гателя.
3.4.	Осуществить пуск АД в такой последовательности:
3.4.1.	Собрать левую часть схемы в соответствии с рис. 20.1, для
чего соединить соответствующим кабелем разъемы стенда и плат-
формы с электрическими машинами. С помощью проводов со ште-
керами включить АД в схему, придерживаясь обозначений концов
обмоток. Обмотки статора двигателя соединить «звездой». Подклю-
чить миллиамперметр к обмотке статора АД, а вольтметр — к вы-
ходным зажимам тахогенератора (ТГ) в соответствии с рис. 20.1.Под-
вести питание от трехфазной сети.
Установить выключатели В9.1, В9.2, В9.4 (см. рис. П.9) в вы-
ключенное положение, а переключатель В9.3 — в нейтральное.
3.4.2.	Представить схему для проверки преподавателю.
3.4.3.	Включить питание стенда, переведя выключатель В3.1 в
положение «Вкл.» (см. рис. П.З), и произвести пробный пуск АД,
установив выключатель В9.1 в положение «Вкл.». После разгона
двигателя измерить его частоту вращения с помощью тахогенера-
тора и потребляемый статорной обмоткой ток холостого хода. Если
измеренные значения близки к номинальным, продолжить испы-
тания АД.
При всех отклонениях в работе электрических машин перевести
выключатель В9.1 в выключенное положение и сообщить о неполад-
ках преподавателю.
3.5.	Для измерения пускового тока отключить выключателем
В9.1 питание АД и дождаться полной остановки ротора.
Вновь подать питание на АД и отметить максимальное откло-
нение стрелки амперметра, включенного в обмотку статора АД, в
момент пуска (1П зв) и после разгона (7Х х зв). Измерить частоту вра-
щения двигателя лзв и фазное напряжение иф зв. Результаты изме-
рений занести в протокол испытаний.
3.6.	Отключить АД и после его остановки переключить обмотки
статора, соединив их «треугольником». Для этого соединить кон-
цы С1-С5, С2-С6, СЗ-С4.
После проверки схемы преподавателем вновь пустить АД и от-
метить максимальное отклонение стрелки амперметра в момент
пуска (/п тр) и в установившемся режиме (7х.ХТр). Измерить частоту
116
вращения ротора лтр и фазное напряжение t/ф.тр. Результаты изме-
рений занести в протокол испытаний.
3.7.	Для осуществления реверса АД отметить направление от-
клонения стрелки вольтметра, подключенного к зажимам ТГ. За-
тем отключить АД и после его полной остановки поменять места-
ми начала фаз С2 и СЗ, т.е. подключить зажим С2 к линейному
проводу С, а зажим СЗ — к линейному проводу В.
Включить АД и отметить направление отклонения стрелки воль-
тметра, подключенного к зажимам ТГ. Результаты испытаний за-
нести в протокол.
Отключить АД.
3.7.	Дополнительное задание. Снять механическую характеристи-
ку асинхронного двигателя, действуя в такой последовательнос-
ти:
3.7.1.	Собрать в соответствии с рис. 20.1 правую часть схемы для
работы машины постоянного тока в режиме генератора, придер-
живаясь обозначений концов обмоток. Подключить измеритель-
ные приборы к обмоткам генератора в соответствии с рис. 20.1.
Установить выключатели В9.1, В9.2, В9.4 в выключенное по-
ложение, переключатель В9.3 — в положение «Ген.», сопротивле-
ние резистора RB в цепи возбуждения полностью ввести (повер-
нув ручку «Рег. /в» по часовой стрелке).
3.7.2.	Представить схему для проверки преподавателю.
3.7.3.	Включить АД и после его разгона установить путем изме-
нения сопротивления резистора RB номинальное напряжение на
выходе генератора. Снять первые показания амперметра в цепи
нагрузки генератора и частоту вращения АД на холостом ходу.
Результаты измерений занести в табл. 20.2.
Поочередно включая нагрузку выключателем В9.4, снять пока-
зания амперметра и датчика частоты вращения. Результаты изме-
рений занести в табл. 20.2.
3.8.	После согласования протокола испытаний с преподавате-
лем отключить АД, установить выключатели в исходное состоя-
ние, разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать лаборанту, ра-
бочее место привести в порядок.
4.	Протокол испытаний и отчет о работе № 20
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
4.1.	Цель работы ____________________________________
117
4.2.	Формулы и предварительные расчеты
Вариант № ... : fx = ... ;р= ... ; 5ХХ= ... ;
п = «^1 -5) = ... .
Паспортные данные электрических машин
Асинхронный двигатель Генератор
Тип..................................................
Напряжение...........................................
Ток..................................................
Частота вращения.....................................
4.3.	Схема ЭЦ и таблицы
Рис. 20.1. Схема ЭЦ для испытаний трехфазного асинхронного двигателя:
С1 — С4, С2 — С5, СЗ — С6 — обмотки статора асинхронного двигателя;
ГПТ — генератор постоянного тока; Я1 — Я2 — якорная обмотка генератора;
Ш1 — Ш2 — шунтовая (параллельного возбуждения) обмотка генератора;
ТГ — тахогенератор; Пр — предохранитель
118
Табл и ц а 20.2
№ опыта	1	2	3	4	5
4> МА					
л, об/мин					
Группа Учащийся Дата
Преподаватель_____________________
4.4.	Расчетно-графическая часть
Используемые законы и формулы:
•Ч1.ЭВ. = ••• 4.x.3В = ЛЗВ= '- ^Хф.зв =	,
4.тр = Л.х.тр= ••• «Тр=- Уф.тр= >
4.тр/4.зв ~ ••• 4.х.тр/4.х.зв — -^п.тр /^п.зв — ••• >
А, В, С->С1, С2, СЗ^ и„= ... ;
А, В, С-+ Cl, СЗ, С2 —> и„= ... .
Скольжение АД на холостом ходу 5ХХ = ... .
Дополнительное задание. 5НОМ =	-
л, об/мин
					
					
					
					
					
					
0	4, А
Рис. 20.2..Механическая характеристика асинхронного двигателя
119
4.5.	Краткие выводы
Учащийся  Преподаватель
5. Требования к расчетно-графической части отчета
5.1.	По результатам пуска АД при различных схемах включения
обмоток статора вычислить кратность пусковых токов и токов хо-
лостого хода. Определить кратность мощностей при пуске в случае
соединения обмоток статора «треугольником» и «звездой». Резуль-
таты занести в протокол испытаний.
5.2.	Определить скольжение АД на холостом ходу 5ХХ.
5.3.	Дополнительное задание. На основании данных табл. 20.2
построить на рис. 20.2 механическую характеристику АД n=f(I^.
Определить скольжение при номинальной нагрузке 5н0м. Результат
занести в протокол испытаний.
5.4.	Сделать краткие выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.	Какие основные узлы входят в состав асинхронной машины?
2.	Какую роль играет статор двигателя?
3.	Изобразите конструктивную схему короткозамкнутого ротора асин-
хронного двигателя.
4.	С какой целью статор и ротор двигателя переменного тока изготав-
ливаются из тонких штампованных пластин?
5.	Как изменить направление вращения ротора асинхронного двига-
теля?
6.	Как изменить частоту вращения асинхронного двигателя?
7.	Почему ротор не может «догнать» вращающееся поле?
8.	Где находит применение асинхронный двигатель с короткозамкну-
тым ротором?
РАЗДЕЛ IV
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Электромеханические измерительные приборы
(к лабораторно-практической работе № 1)
Измерение — это определение истинного значения физической
величины опытным путем с помощью специальных технических
средств. Приборы, используемые для измерения электрических
величин (тока, напряжения, мощности, сопротивления, емкости
и т.д.), называются электроизмерительными приборами.
Правильность полученных результатов определяется тем, на-
сколько грамотно используются имеющиеся средства измере-
ний.
Выполняемые в процессе изучения курса «Электротехника»
лабораторные работы также сопровождаются измерением токов,
напряжений, сопротивлений и мощностей. К основным средствам
электрических измерений, представленным в лаборатории, отно-
сятся:
приборы постоянного и переменного тока — миллиамперметр,
вольтметр, ваттметр;
цифровой мультиметр;
электронные приборы — осциллограф, генератор, милливоль-
тметр.
Амперметр (условное обозначение---(а)-). Это прибор, изме-
ряющий силу тока и поэтому включаемый в электрическую цепь
(ЭЦ) последовательно с нагрузкой (рис. Т.1, а).
Для исключения влияния прибора на режим работы цепи (силу
тока) его внутреннее сопротивление должно быть ничтожно мало.
б
Рис. Т. 1. Схемы включения амперметра (а) и вольтметра (5)
121
Поэтому включение амперметра в цепь параллельно нагрузке вы-j
зовет протекание по нему значительного тока и выведет его nJ
строя.	I
Вольтметр (условное обозначение — ©). Это прибор, измеря-
ющий напряжение (разность потенциалов), и поэтому включае-
мый в ЭЦ параллельно с нагрузкой (рис. Т.1, б). Для исключения
влияния прибора на режим работы цепи его внутреннее сопро-
тивление должно быть бесконечно большим, а потребляемый при-
бором ток — ничтожно малым. Поэтому разрешается измерять на-
пряжение путем касания подключенными к вольтметру щупами
соответствующих точек ЭЦ.	,
Ваттметр (условное обозначение---®-). Это прибор, изме-
ряющий, активную мощность Р, потребляемую ЭЦ или отдель-
ными ее элементами. При постоянном токе Р = IU, поэтому ват-
тметр должен иметь токовую катушку, включаемую в цепь, как
и амперметр, т.е. последовательно с нагрузкой, и катушку на-
пряжения, включаемую, как и вольтметр, параллельно нагрузке
(рис. Т.2, а).
Зажимы ваттметра, обозначенные на схеме звездочкой (*), дол-
жны быть соединены вместе.
Омметр (условное обозначение — (о)). Это прибор, измеря-
ющий электрическое сопротивление элементов, участков ЭЦ и
ЭЦ в целом в обесточенном состоянии (при отключенных ис-
точниках питания ЭЦ) (рис. Т.2, б). В основу действия прибора
положено измерение тока I в исследуемом резисторе Rx, созда-
ваемого эталонным источником ЭДС Е, находящимся внутри
прибора.
Так как 1= E/(R + Rx), то шкала прибора проградуирована в
омах таким образом, что наибольшему отклонению стрелки со-
ответствует наименьшее значение сопротивления исследуемого
резистора Rx. Перед началом измерений сопротивления произво-
дят установку нуля прибора. Для этого при закороченных с по-
мощью щупов зажимах прибора ручкой «Установка нуля» совме-
щают положение стрелки с отметкой «О» на шкале. У цифрового
омметра ручка «Установка нуля» отсутствует. Включение оммет-
а	б
Рис. Т.2. Схемы включения ваттметра (а) и омметра (б)
122
ра в цепь с источником питания недопустимо, так как измери-
тельный механизм прибора представляет собой микроамперметр
И даже при незначительной величине внешнего тока может вый-
ти из строя.
Основные показатели электроизмерительных приборов. Такими
Показателями являются:
номинальная величина Лном — наибольшая величина, которая мо-
жет быть измерена прибором. Например, номинальная величина
Ваттметра Рном = UHOMIHOU. Для многопредельных приборов номи-
нальная величина определяется положением переключателя диа-
пазонов на приборе;
постоянная прибора (цена деления) С — значение измеряемой
Величины, вызывающее отклонение показывающего устройства
На одно деление шкалы. Например, постоянная ваттметра
С= Рном/И>
где п — число делений шкалы;
погрешность измерения. Различают абсолютную, относитель-
ную и приведенную погрешности. Абсолютная погрешность —
Это разность между измеряемым Ак и действительным Лд значе-
ниями контролируемой величины:
ДЛ = Ли - Лд.
Относительная погрешность — это отношение абсолютной по-
грешности к действительному значению контролируемой величи-
ны, выраженное в процентах:
у = (ДЛ/Лд)100%.
Приведенная погрешность — это отношение абсолютной по-
грешности к номинальной величине прибора:
Ynp = (ДЛ/Лном) ЮО %.
Приведенная погрешность в процентах определяет класс точ-
ности прибора. Например, упр = ±1 % соответствует первому клас-
су точности. По степени точности электромеханические измери-
тельные приборы делятся на девять классов: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2;
0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности прибора указывается на его
шкале.
Точность измерения оценивается относительной погрешно-
стью.
Так как АЛ = упрЛом = YA, то у = УпрАом/А-
Отсюда следует, что относительная погрешность тем мень-
ше, чем ближе действительное значение измеряемой величины
Лдк номинальной величине Лном. Поэтому для повышения точ-
ности измерений рекомендуется пользоваться второй полови-
ной шкалы. -
123
Пример. С помощью многопредельного миллиамперметра первого класса!
точности измерен ток 400 мА при двух пределах: Лном = 500 мА и Лноч J
= 2000 мА. Определить относительную погрешность измерения в oBoiixj
случаях.
При первом пределе у=± 1 • 500/400 = ±1,25%; при втором у=±1 • 2000/400»
= +5,0%.
Таким образом, во втором случае точность измерения в 4 раза ниже,
чем в первом.
Классификация электроизмерительных приборов. Значительная
часть электроизмерительных приборов принадлежит к электро-
механической группе. Общим для них является то, что электро-
магнитная энергия, подводимая к прибору от измеряемой цепи,
преобразуется в механическую энергию перемещения подвиж-
ной части.
По способу преобразования энергии, т.е. по способу создания вра-
щающего момента, измерительные механизмы приборов делятся
на ряд систем, основные из которых приведены в табл. Т.1.
Таблица Т.I
Система	Обозначение		
Магнитоэлектрическая	__	Постоянный магнит I	L-—— Подвижная катушка с током		
Электромагнитная	<			Катушка с током Подвижный стальной *	сердечник
Электродинамическая		1	Неподвижная —1—катушка —	— Подвижная катушка
Индукционная	 •		и	Электромагнит Вращающийся '	алюминиевый диск
Электростатическая	V		Неподвижная пластина ~~ —— Подвижная пластина
По роду тока подразделяют приборы: постоянного тока (-);
переменного тока (-); постоянного и переменного тока (=); трех-
фазного тока (3 -).
124
Номинальная
Рис. Т.З. Передняя панель электроизмерительного прибора
В отдельных случаях в состав электроизмерительного прибо-
ра входят преобразователи: полупроводниковый выпрямитель,
электронный усилитель и т.д. Свойства приборов при этом мо-
гут существенно изменяться. В зависимости от типа преобразо-
вателя прибор называют выпрямительным (-^|), электронным
(0) и т.д.
На шкале прибора наносится ряд обозначений, основные из
которых приведены на рис. Т.З.
Линейные электрические цепи постоянного тока
(к лабораторно-практическим работам № 2 и 3)
Любая электрическая цепь включает в себя источники элект-
рической энергии (генераторы, аккумуляторы, батареи) и потре-
бители электрической энергии (нагреватели, осветительные при-
боры, реле, двигатели и др.).
Источники характеризуются электродвижущей силой Е, из-
меряемой в вольтах (В) и внутренним сопротивлением 7?вн, из-
меряемым в омах (Ом). Потребители в электрических цепях по-
стоянного тока характеризуются активным сопротивлением R
(Ом). Они могут быть подключены к источнику питания после-
довательно (например, лампы елочной гирлянды — рис. Т.4, а),
параллельно (лампы освещения промышленных и бытовых по-
125
Рис. Т.4. Схемы соединений ламп:
а — последовательного; б — параллельного; в — смешанного
Рис. Т.5. Схемы замещения ЭЦ с включением нагрузки:
а — последовательно; б — параллельно; в — смешанно
мещений, улиц — рис. Т.4, б) и смешанно (лампы двух и более
елочных гирлянд — рис. Т.4, в).
При последовательном соединении элементов конец цепи пер-
вого потребителя соединяется с началом второго, конец второго
с началом третьего и т.д. Начало цепи первого и конец после-
днего потребителей подключаются к зажимам источника пита-
ния (рис. Т.5, а).
Общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений
отдельных потребителей:
R = Ri + R2 + R3.	(1)
Ток в такой цепи является общим для всех потребителей и оп-
ределяется в соответствии с законом Ома'.
1= U/R.	(2)
На каждом из потребителей падает напряжение. Падение на-
пряжения на потребителе определяется сопротивлением потреби-
теля и проходящим через него током:
t/, = IRX; U2 = IR2; U3 = IR3.	(3)
126
В соответствии со 2-м правилом Кирхгофа
U= Ux + U2 + Uy	(4)
Умножив левую и правую части уравнения (1) на /2, получим
PR=PRX + PR2 + PR3	(5)
или
Рэц = Л + Л + Л.	(6)
Таким образом, потребляемая ЭЦ мощность равна сумме мощ-
ностей, потребляемых каждым элементом цепи. Отдаваемая ис-
точником мощность равна мощности, потребляемой всей цепью:
PK=UI=PR=P3Xy	(7)
Уравнение (7) является выражением баланса мощностей.
При параллельном соединении потребителей их начала соеди-
няются в одну точку (1-й узел), а концы — в другую (2-й узел). Оба
узла подключаются к клеммам источника питания (рис. Т.5, б).
В соответствии с 1-м правилом Кирхгофа (следует отметить, что
свои законы он сформулировал в 26 лет) алгебраическая сумма
токов для любого узла ЭЦ равна нулю:
I- Ц- I2- /3 = О или 1= 1\ + 12 + 1у	(8)
Следовательно, сумма входящих в узел токов равна сумме от-
ходящих. Поскольку напряжение для всех потребителей одно и то
же, то в соответствии с законом Ома
Л = U/Rx, I2 = U/R2; I2 = U/R3; 1= U/R	(9)
или
U/R = U/Ri + U/R2 + U/R3,	(10)
откуда
\/R= 1/Л, + 1/Л2+ 1/Л3 или g = gi +g2 + g3,	(11)
где g= l/R — величина, обратная сопротивлению, — проводи-
мость потребителя, измеряемая в сименсах (См).
Таким образом, при параллельном соединении потребителей
общая проводимость равна сумме проводимостей отдельных по-
требителей.
Умножив левую и правую части уравнения (11) на U2, полу-
чим
U2/R = U2/Rx + U2/R2 + U2/R3	(12)
или
P=Px + P2 + Py	(13)
127
Таким образом, как и при последовательном соединении эле-
ментов, потребляемая ЭЦ мощность равна сумме мощностей,
потребляемых каждым элементом цепи, и равна мощности, отда-
ваемой источником.
Схема со смешанным соединением потребителей показана на
рис. Т.5, в. Расчет такой ЭЦ может быть выполнен на основе при-
веденных выше соотношений. Так, общее сопротивление ЭЦ мо-
жет быть вычислено в соответствии с выражением
R=Ri + Ref+R4,	(14)
где
1/(^2 + ^з)+ 1/(^5 + ^б)
В соответствии с выражением для баланса мощностей мощ-
ность, отдаваемая источником, равна мощности, потребляемой
всей ЭЦ и равна сумме мощностей, потребляемых каждым эле-
ментом цепи
Р=Р1 + Л + Л + Л + Л + Л-	(16)
Нелинейные электрические цепи постоянного тока
(к лабораторно-практической работе № 4)
Широкое применение в системах автоматического управления
и регулирования, различного рода электротехнических установ-
ках и приборах нашли нелинейные элементы. Это такие элемен-
ты, у которых зависимость между напряжением и током — вольт-
амперная характеристика (ВАХ) — является нелинейной.
По виду ВАХ нелинейные элементы (НЭ) подразделяются:
на симметричные (электрическая лампа накаливания);
несимметричные (полупроводниковый диод);
управляемые (транзистор).
Нелинейность ВАХ лампы накаливания (рис. Т.6, а) определя-
ется зависимостью удельного электрического сопротивления ма-
териала нити р от температуры ее нагрева Т, которая в свою оче-
редь, зависит от тока I в нити, т.е. р = /(/).
Так как сопротивление нити R = pl/S (где I — длина нити; S —
площадь поперечного сечения), то оно также является функцией
тока. Для проводников удельное электрическое сопротивление уве-
личивается с ростом температуры. Поскольку температура нити
накаливания в рабочих условиях изменяется от 20 до 2500 °C, то
при увеличении приложенного напряжения сопротивление лам-
пы накаливания растет и зависимость тока от напряжения откло-
няется от линейной.
128
Рис. Т.6. Вольт-амперные характеристики нелинейных элементов:
а — лампы накаливания; б — полупроводникового диода; в — транзистора
В основу работы нелинейных полупроводниковых элементов
(диод, стабилитрон, транзистор) положено изменение сопро-
тивления п—р-перехода, образованного двумя полупроводника-
ми с я- и р-проводимостью. При отсутствии внешнего электри-
ческого поля на границе п— р-перехода существует внутреннее
поле, препятствующее свободному перемещению электронов и
дырок. Сопротивление перехода велико. Если направление внеш-
него поля совпадает с направлением внутреннего, то сопротив-
ление становится еще больше и ток через п—р-переход чрезвы-
чайно мал. Если же внешнее поле направлено навстречу внут-
реннему, то сопротивление л—р-перехода уменьшается и через
переход может течь значительный ток.
Таким образом, л—р-переход обладает вентильным свойством,
пропуская ток в одном направлении и не пропуская при обратной
полярности приложенного напряжения. Это свойство п—р-пере-
хода положено в основу работы полупроводникового диода. Его
ВАХ приведена на рис. Т.6, б.
Для стабилитрона (опорного диода) обратная ветвь ВАХ имеет
участок, на котором напряжение при изменении тока практичес-
ки не изменяется. Это его свойство положено в основу работы
стабилизаторов напряжения.
Транзистор строится на основе двух п —р-переходов и облада-
ет управляемой ВАХ (рис. Т.6, в). Если к одному п— р-переходу
(база —эмиттер) прикладывать небольшое напряжение, обеспе-
чивающее протекание небольших базовых токов от ‘160 до /б4, то
можно управлять значительным коллекторным током через вто-
рой п— р-переход (коллектор—эмиттер).
Для нелинейных ЭЦ применимы основные законы электро-
техники. Однако при расчетах таких цепей удобно пользоваться
графоаналитическим методом. Суть его заключается в том, что по
известным ВАХ элементов строятся ВАХ отдельных участков или
всей цепи и далее по результирующей ВАХ определяются или токи
в ветвях, или напряжения на элементах.
5 Прошин	129
Рис. Т.7. Схема нелинейной ЭЦ с последовательным включением нагруз-
ки (а) и вольт-амперные характеристики элементов и цепи в целом (б)
Рис. Т.8. Схема нелинейной ЭЦ с параллельным включением нагрузки (а)
и вольт-амперные характеристики элементов и цепи в целом (б)
Для ЭЦ с последовательным соединением НЭ (рис. Т.7, а) ре-
зультирующая ВАХ (рис. Т.7,6) строится на основании 2-го пра-
вила Кирхгофа суммированием абсцисс точек ВАХ отдельных эле-
ментов при общем для них значении тока. При этом U= U\ + U2.
Для полученной ВАХ 1(1Г) при любом значении напряжения в
ЭЦ Ux может быть определен ток 1Х и соответственно падения на-
пряжения на нелинейных элементах Uxl и Ux2
При параллельном соединении нелинейных элементов (рис.
Т.8, а) результирующая ВАХ строится на основании 1-го пра-
вила Кирхгофа суммированием ординат точек ВАХ отдельных
нелинейных элементов при общих для них значениях напряже-
ния (рис. Т.8, б). Для полученной результирующей ВАХ I(U)
при любом значении напряжения в ЭЦ Ux может быть опреде-
лен общий ток 1Х, потребляемый цепью, и токи в ветвях с не-
линейными элементами Ixit 1х2.
130
Линейные электрические цепи переменного тока
(к лабораторно-практическим работам № 5 и 6)
Любое электротехническое устройство можно представить в виде
соединенных между собой определенным образом идеализирован-
ных элементов: резисторов, катушек индуктивности и конденса-
торов.
Цепь, содержащая последовательно соединенные катушку ин-
дуктивности и конденсатор (рис. Т.9, а), обладает активным со-
противлением А = Як (сопротивление катушки) и реактивным со-
противлением X, определяемым индуктивностью катушки LK и
емкостью конденсатора С: Х= XL - Хс, при этом
XL = cjZk = 2п/1к; Хс = 1/(шС) = 1/2л/С,	(17)
где со и f — соответственно круговая и линейная частоты питаю-
щего напряжения.
Поскольку ток в цепи является общим для обоих элементов, то
в соответствии со 2-м правилом Кирхгофа вектор приложенного
напряжения равен векторной сумме падений напряжения на эле-
ментах цепи:
U = UK+UC=UR+UL+UC.	(18)
Так как вектор напряжения на активном сопротивлении UR со-
впадает по фазе с вектором тока / , на индуктивности^ — опе-
режает на 90° вектор тока I (ток как бы «запутался» в витках ка-
тушки и отстал от напряжения), а на емкостиUc — отстает от
вектора тока / на 90°, то векторная диаграмма напряжений при
XL> Хсимеет вид, показанный на рис. Т.10, а.
Из треугольника напряжений следует, что
U = ^Ul^(UL-Uc)\	(19)
где
U= IZ; UR = IR; UL = IXL- Uc = IXC.	(20)
Рис. Т.9. Схема ЭЦ с катушкой индуктивности и конденсатором:
а — последовательное включение; б — параллельное включение
131
Рис. Т. 10. Векторная диаграмма напряжений (а), треугольник сопротив-
лений (б) и треугольник мощностей (в) при последовательном включе-
нии катушки индуктивности и конденсатора
Подставив выражения (20) в формулу (19), получим выраже-
ние для треугольника сопротивлений (рис. Т. 10, б):
Z = 7/?2+(*i-*c)2.	(21)
Таким образом, полное сопротивление ЭЦ переменного тока Z,
измеряемое в омах, определяется соотношением активного R и ре-
активного ^сопротивлений и определяет характер тока в ЭЦ. Если
А2 > Хс, то ток I отстает от напряжения U на угол ср и ЭЦ носит
индуктивный характер.
ср = arctg (XL - Xc)/R = arccos R/Z.	(22)
Если XL < Xc, то ток I опережает напряжение U на угол ср и ЭЦ
приобретает емкостной характер.
Умножив обе части уравнения (21) на /2, получим выражение
для треугольника мощностей в ЭЦ переменного тока (рис. Т.10, в)
5 = ^P2^(Ql~Qc)\	(23)
где S=I2Z — полная мощность, В А;
Р= I2R — активная мощность, Вт;
Ql = I2Xl — реактивная индуктивная мощность, вар;
Qc = 12ХС — реактивная емкостная мощность, вар.
Практический интерес представляет равенство индуктивного
сопротивления катушки XL и емкостного сопротивления конден-
сатора Хс- В этом случае полное сопротивление Z становится чисто
активным, угол ср = 0 и ток 1= U/R в цепи совпадает по фазе с
напряжением U, ЭЦ потребляет лишь активную мощность Р= S.
Ток в этот момент максимален и может достигать значительной
величины, напряжения на элементах UL и Uc также значительны
и при XL = %с» R могут во много раз превышать напряжение пи-
тания ЭЦ.
132
, Это явление в электрических цепях, получившее название резо-
нанса напряжений, может приводить к нежелательным последстви-
ям, например к пробою изоляции в катушках индуктивности или
пробою конденсаторов. В то же время оно широко используется в
радиотехнике, например при создании электрических фильтров.
Таким образом, условие резонанса напряжений — равенство
индуктивной и емкостной составляющих сопротивления цепи
(At = Хс), а следствие — наибольший ток в цепи, потребление
цепью чисто активной мощности, равные и значительные вели-
чины напряжения на реактивных элементах.
Наиболее просто резонанс напряжений достигается за счет из-
менения емкости С при постоянных индуктивности L и частоте f
питающего напряжения.
В ЭЦ, содержащей параллельно включенные катушку индук-
тивности и конденсатор (см. рис. Т.9, б), также возможен резо-
нанс. Однако в данном случае имеет место не резонанс напряже-
ний, а резонанс токов. Действительно, в соответствии с 1-м пра-
вилом Кирхгофа вектор тока 7, потребляемого ЭЦ, равен век-
торной сумме токов в ветвях
I = 7К + 1С-	(24)
/ = 7^+(Л-/с)2.	(25)
Векторная диаграмма токов приведена на рис. Т.П, а.
Учитывая, что
1= U/Z= Uy,	(26)
где у = \/Z — полная проводимость ЭЦ, измеряемая в сименсах
(См), по аналогии с последовательным соединением элементов
можно построить треугольники проводимостей (рис. Т.П, 6} и
мощностей (рис. Т.П, в).
Рис. Т.11. Векторная диаграмма токов (а), треугольник проводимостей (6)
и треугольник мощностей (в) при параллельном включении катушки
индуктивности и конденсатора
133
Здесь g= R/Z^ — активная проводимость;
bL = Xl/H — индуктивная проводимость;
bc = \/Хс — емкостная проводимость;
ZK =	~ полное сопротивление катушки индуктивности.
Из треугольника проводимостей следует, что
У = ^2+(^-/>с)2;	(27)
из треугольника мощностей —
S = ^P2+(Ql-Qc)2',	(28)
коэффициент мощности
cos <p = P/S.	(29)
Практический интерес представляет равенство bL = bc В этом
случае полная проводимость является чисто активной (y = g). При
небольшом активном сопротивлении R она может быть весьма ма-
лой, соответственно невелик и ток, потребляемый ЭЦ, в то время
как токи в ветвях с индуктивностью и емкостью при bL = bc^> g
могут быть весьма значительными. Такое явление получило назва-
ние резонанс токов. Цепь при резонансе потребляет от источника
переменного напряжения чисто активную мощность Р = S и при
этом cos ср = 1.
Условие резонанса токов — равенство индуктивной проводи-
мости катушки и емкостной проводимости конденсатора (bL = bc),
а следствие — наименьший ток, потребляемый из сети, потреб-
ление цепью чисто активной мощности, равные и значительные
значения токов в ветвях с индуктивностью и емкостью.
Резонанс токов широко используется в радиотехнике для по-
строения резонансных контуров и в промышленных электроус-
тановках для повышения коэффициента мощности cosip, кото-
рый показывает, какую часть полной мощности S составляет
активная мощность Р, обусловливающая совершение полезной
работой.
Повышение coscp промышленных электроустановок является
важной народно-хозяйственной задачей. Поскольку основными по-
требителями электрической энергии на предприятиях являются
асинхронные двигатели, работающие при значительной индук-
тивной составляющей тока, то естественный коэффициент мощ-
ности большинства электроустановок не превышает 0,7...0,8. Это
приводит к тому, что установленная мощность на подстанциях
используется лишь на 70...80%. Кроме того, при передаче актив-
ной мощности ток обратно пропорционален коэффициенту мощ-
ности (/= Р/( Ucoscp)) и при малых значениях coscp требуется боль-
шое сечение проводов линий электропередачи.
134
Для повышения coscp на предприятиях параллельно группе
асинхронных двигателей включают батарею конденсаторов или
специальную электрическую машину — компенсатор — синх-
ронный электродвигатель, работающий в режиме потребления
емкостного тока. Тем самым уменьшают реактивную составляю-
щую тока. Векторная диаграмма для этого случая приведена на
рис. Т. 12.
При построении векторных диаграмм необходимо помнить, что
любая синусоидальная функция описывается проекцией вектора
на ось ординат при его вращении против часовой стрелки.
Поскольку при последовательном соединении катушки индук-
тивности и конденсатора через них протекает один и тот же ток,
то построение векторных диаграмм начинают с вектора тока I (см.
рис. Т. 10, а). В выбранном масштабе токов mt он может быть отло-
жен, например, по горизонтальной оси. Относительно него под
соответствующими углами (0, +90°, -90°) в выбранном масштабе
напряжений ти откладывают векторы напряжений на всех эле-
ментах. Вектор Оц совпадает по направлению с вектором тока / и
откладывается параллельно ему. Вектор UL опережает вектор тока
на 90° и откладывается перпендикулярно ему из конца вектора UR.
Вектор йс отстает от вектора тока на 90°, т.е. направлен противо-
положно вектору UL и откладывается из его конца. Соединив на-
чало вектора йя с концом вектора Uc, получают вектор напряже-
ния питания U, равный по величине напряжению, поданному в
ЭЦ, и расположенный под углом ср к вектору тока 7.
При параллельном соединении катушки индуктивности и кон-
денсатора построение векторной диаграммы аналогично, но_пер-
вым строят в масштабе напряжений ти вектор напряжения U (см.
рис. Т.П, а), поскольку напряжение является общим для указан-
Рис. Т. 12. Векторная диаграмма, отражающая повышение коэффициен-
та мощности за счет уменьшения реактивной составляющей тока:
/ад — ток, потребляемый асинхронными двигателями; /а — активная составляю-
щая тока; IL — индуктивная составляющая тока, потребляемого асинхронными
двигателями; /с — емкостная составляющая тока, потребляемого батареей кон-
денсаторов; /эу — т®к, потребляемый электротехнической установкой после под-
соединения батареи конденсаторов; <ре — угол, характеризующий естественный
коэффициент мощности; <р„ — угол, характеризующий искусственный коэффи-
циент мощности
135
ных элементов цепи. Далее относительно вектора U в масштабе
токов т, строят под соответствующими углами (0, +90°, -90°)
векторы токов. Вектор I_R совпадает по направлению с вектором
напряжения U, вектор IL отстает от вектораЦ на 90° и отклады-
вается из конца вектора IR, вектор 1С опережает вектора на
90°, направлен противоположно вектору IL и откладывается из
его конца. Соединив начало вектора IR с концом вектора 1С,
получают вектор тока I, равный по величине току, потребляе-
мому всей ЭЦ, и расположенный под углом ф к вектору напря-
жения питания U.
Трехфазные электрические цепи
(к лабораторно-практическим работам № 7, 8, 9, 10)
Если в однородном магнитном поле вращать с равномерной
скоростью три одинаковые рамки, сдвинутые в пространстве на
120° друг относительно друга, то в них, в соответствии с законом
электромагнитной индукции, будет наводиться трехфазная сис-
тема ЭДС, состоящая из трех синусоидальных ЭДС, одинаковых
по амплитуде и частоте, но сдвинутых друг относительно друга по
фазе на 120° (рис. Т.13).
Такая система предназначается для питания симметричных трех-
фазных приемников (асинхронные и синхронные двигатели) и
однофазных несимметричных приемников, соединенных «звездой»
или «треугольником» (осветительные приборы, бытовая электро-
аппаратура).
При соединении приемников «звездой» концы фаз х, у, z со-
единяют вместе, образуя нейтральную точку и, а начала фаз а, Ь,
с подключают к линейным проводам, идущим от трехфазного
источника питания (рис. Т.14).
136
Рис. Т.14. Схема трехфазной ЭЦ с источником и приемником, вклю-
ченными «звездой»
В трехфазной цепи при соединении приемников «звездой» раз-
личают:
Еа, Ев, Ес — фазные ЭДС источника;
UA, UB, Uc — фазные напряжения источника;
UBC, UCA — линейные напряжения источника;
Ua, Ub, Uc — фазные напряжения нагрузки;
Uab, Ubc, Uca — линейные напряжения нагрузки;
/0, Ib, 1С — фазные и в то же время линейные токи нагрузки;
Л<> k — фазные и в то же время линейные токи источника;
1П — ток в нейтральном проводе;
U„N — напряжение смещения нейтрали.
Трехфазный источник питания всегда представляет собой
симметричную систему независимо от величины и характера
нагрузки, так как внутреннее сопротивление его ничтожно мало.
Векторная диаграмма напряжений источника, схема которого
приведена на рис. Т. 14, показана на рис. Т.15. Из диаграммы
Рис. Т. 15. Векторная диаграмма напряжений трехфазного источника
питания (генератора)
137
следует, что линейные и фазные напряжения связаны зависи-
мостью
ил = >/зи.ф.	(30 )
Для активной симметричной нагрузки в фазах, когда сопротив-
ления всех фаз одинаковы, фазные токи также одинаковы, совпа-
дают по фазе с соответствующими фазными напряжениями и рав-
ны линейным токам:
/Ф = 4	(31)
В нейтральной точке п в соответствии с 1-м правилом Кирх-
гофа
In = Ia+Ib + Ic=0,	(32)
т. е. ток в нейтральном проводе отсутствует.
Если же нейтральный провод отсутствует (трехпроводная си-
стема ), то при несимметричной нагрузке в фазах фазные напря-
жения будут различными и согласно 2-му правилу Кирхгофа со-
ответственно для контуров ANna, BNnb, CNnc (см. рис. Т.14) со-
ставят
Ua=UA-UnN;
Ub=UB-U„N-	(33)
Uc=Uc-UnN.
Для восстановления равновесия фазных напряжений при не-
симметричной нагрузке используется четырехпроводная линия
связи. Четвертый провод соединяет между собой нейтральные точки
источника N и нагрузки п. При этом потенциалы точек п и N
становятся одинаковыми, в результате чего
unN=o- йа = йА- йь=ив, йс = йс. (34)
В то же время в нейтральном проводе появляется ток
T„=Ia + h + Tc.	(35)
Нагрузка в фазах может быть вычислена в соответствии с зако-
ном Ома, если измерены токи в фазах:
Ra = Ua/Ia, Rb = Ub/Ib, Rc = UJIC.	(36)
Векторная диаграмма токов и напряжений в случае несим-
метричной активной нагрузки в фазах для трехпроводной линии
связи (рис. Т. 16, с) может быть построена в такой последова-
тельности:
1.	Из точки TVb выбранном масштабе /построят «звезду» фазных
напряжений генератора UA, UB,UC.
138
с несимметричной нагрузкой для линий связи:
а — трехпроводной; б — четырехпроводной
2.	Из точек А, В, С засечками с помощью циркуля откладыва-
ют в масштабе ти величины фазных напряжений приемника Ua,
Ub, Ucn находят точку пересечения засечек, соответствующую ней-
тральной точке приемника п. Соединив точки п и N, получают
вектор напряжения смещения нейтрали UnN.
3.	В выбранном масштабе /И/ из точки п строят векторную диаг-
рамму фазных токов 1а, 1Ь, 1С. Их геометрическая сумма должна
быть равна нулю. При активной нагрузке вектор фазного тока со-
впадает по направлению с вектором фазного напряжения.
При четырехпроводной линии UnN = 0 и точка п совпадает с
точкой 7У(рис. Т. 16, б). Поэтому векторная диаграмма токов в мас-
штабе т, строится из точки N. Геометрическая сумма токов в этом
случае определяет величину тока в нейтральном проводе 1п. При
симметричной нагрузке эта сумма равна нулю, а при несиммет-
ричной нагрузке ток в нейтральном проводе не равен нулю и мо-
жет быть вычислен по векторной диаграмме.
В трехфазных цепях различают понятия равномерной нагрузки,
когда равны полные сопротивления в фазах (Za = Zb = Zc), но раз-
личен их характер (<ра <рй * <рс), и однородной, когда одинаков ха-
рактер нагрузки в фазах (<р0 = <рЛ = <рс), но различны полные сопро-
тивления (Za * Zb* Zc).
При равномерной нагрузке однофазных приемников, соеди-
ненных «звездой» (рис. Т.17, а), векторные диаграммы Для трех- и
четырехроводной линии связи имеют вид, показанный соответ-
ственно на рис. Т. 17, б и Т.17, в.
В рассматриваемом примере в фазу а — х включена активная
нагрузка R, в фазу b — у — индуктивная нагрузка XL, в фазу
с — z — емкостная нагрузка Хс. При этом R = XL = Хс. В идеальном
случае вектор тока в фазе а — х совпадает с вектором напряже-
ния (<ра = 0), в фазе b — у — отстает на 90°, в фазе с — z —
опережает на 90°.
139
Рис. Т.17. Схема трехфазной ЭЦ с равномерной нагрузкой, включенной
«звездой» (а), и векторные диаграммы в случае трехпроводной (б) и
четырехпроводной (в) линии связи, а также при коротком замыкании
фазы а — х (г)
В трехпроводной линии связи (при отсутствии нейтрального
провода) несмотря на равенство сопротивлений в фазах нейтраль-
ная точка смещается, что обусловливает образование напряжения
смещения нейтрали С/лЛ,(см. рис. Т.17, б). Происходит это из-за
различного характера нагрузок в фазах. Результатом становится
изменение фазных напряжений на нагрузке по отношению к фаз-
ным напряжениям источника.
При этом векторная сумма токов в фазах в соответствии с 1-м
правилом Кирхгофа равна нулю: 70 + 1Ь + 1С = 0.
В четырехпроводной линии связи потенциалы точек п и N оди-
наковы, UnN=Q (см. рис. Т.17, в) и фазные напряжения на нагруз-
ке равны фазным напряжениям источника. При этом в нейтраль-
ном проводе появляется ток 1„ * 0.
Практический интерес представляет короткое замыкание од-
ной из фаз при отсутствии нейтрального провода.
При коротком замыкании фазы (например а — х) напряжение
на ней становится равным нулю и нейтральная точка п смещается
в начало короткозамкнутой фазы (рис Т.17, г). В соответствии с
140
этим напряжение смешения нейтрали становится равным фазно-
му напряжению = С7ф). В то же время напряжение на двух ос-
тавшихся фазах возрастает до значений линейного напряжения
(иф= ил), что может привести к выходу из строя нагрузки в этих
фазах. Поскольку нейтральный провод отсутствует (равносильно
тому, что ток в нем равен нулю), в соответствии с первым зако-
ном Кирхгофа ток в короткозамкнутой фазе равен геометричес-
кой сумме токов в оставшихся фазах (/„ = -1Ь - 1С).
При соединении приемников «треугольником» конец одной
фазы соединяется с началом другой и т. д. К вершинам образовав-
шегося треугольника а, Ь, с подсоединяются линейные провода,
идущие от трехфазного источника (рис. Т.18, а).
В трехфазной цепи при соединении приемников «треугольни-
ком» различают:
UAB, UBC, UCa — линейные напряжения источника;
Uab, Ubc, Uca — линейные и в то же время фазные напряжения
нагрузки;
1аь, he, lea — фазные токи нагрузки;
h, h — линейные токи в линейных проводах.
Фазные напряжения, как и при соединении «звездой», сдвину-
ты друг относительно друга на 120° и образуют симметричную «звез-
ду». Для соединения «треугольником», как следует из рис. Т.18, б,
иф=ил.	(37)
В то же время линейные токи в соответствии с 1-м правилом
Кирхгофа для точек а, Ь, с
la ~ hb ~ ha,
Ib=ibc-iab\	(38)
— 1са ~ he •
Рис. Т.18. Схема трехфазной ЭЦ с активной нагрузкой, включенной
«треугольником» (а) и векторная диаграмма токов и напряжений (&)
141
На рис. Т. 18, б приведена векторная диаграмма для симмет-
ричной активной нагрузки. По диаграмме нетрудно установить,
что
/л=7з/Ф.	(39)
При несимметричной активной нагрузке в фазах (например, в
фазы включено разное количество одинаковых ламп) симметрия
фазных и линейных токов нарушается. Фазные токи определяются
по закону Ома:
hb = Uab/Rab, he = UbJRbc, ICa = Uca/Rca.	(40)
Расчет линейных токов в этом случае удобнее выполнять с по-
мощью векторных диаграмм, пользуясь выражением (38).
На рис. Т.19, а приведена схема трехфазной ЭЦ с равномерной
нагрузкой однофазных приемников, соединенных «треугольником».
В данной схеме Zab = R, Zbc = XL, Zca = XC, R=XL = Xc, <pai = 0, (pfc = -90°,
<pco = + 90°.
Векторная диаграмма (рис. Т.19, б) может быть построена ана-
логично диаграмме, показанной на рис. Т.18, б, с учетом сдвига
фаз между токами и напряжениями. Построение выполняют в та-
кой последовательности:
1.	Строят в выбранном масштабе напряжений ти «звезду» фаз-
ных (линейных) напряжений приемника Uab, Ubc, Uca. Она же явля-
ется «звездой» линейных напряжений источника UAB, UBC, UCA,
2.	Вычисляют значения фазных токов Iab = Uab/R, Ibc= U^/Xl, 1са =
= Uca/Xc и строят в выбранном масштабе токов mt на диаграмме
напряжений векторы фазных токов под соответствующими угла-
ми Фа* = 0, ф4с = - 90°, <рсо = + 90° к векторам напряжений.
3.	В соответствии с выражением (38) графически определяют
линейные токи Ia, 1Ь, 1С.
Рис. Т.19. Схема трехфазной ЭЦ с равномерной нагрузкой, включенной
«треугольником» (о) и векторная диаграмма токов и напряжений (б)
142
Важным моментом при исследовании трехфазной системы яв-
ляется измерение мощности. Оно может быть выполнено несколь-
кими способами.
Поскольку при переменном токе активная мощность, потребля-
емая каждой фазой, определяется выражением
Рф = 5фСО5(рф = С/ф/фСО5(рф,	(41)
то активная мощность, потребляемая всей трехфазной ЭЦ, мо-
жет быть определена как сумма мощностей, потребляемых каж-
дой фазой:
РЭц = Л + Л+Л-	(42)
Таким образом, для измерения мощности в каждой фазе ват-
тметр необходимо включить так, чтобы по токовой катушке про-
текал ток фазы, а катушка напряжения была под напряжением
фазы (см. рис. 9.2). Если нагрузка в фазах симметрична, то доста-
точно включить ваттметр в одну фазу и показание его утроить:
Лэц = ЗРф.
Для измерения мощности в трехфазных цепях может быть ис-
пользован также метод двух ваттметров, включаемых в цепь так,
чтобы по токовым катушкам протекал линейный ток, а катушки
напряжения были под линейным напряжением (см. рис. 10.2). Сум-
ма показаний ваттметров даст мощность, потребляемую всей
цепью.
Магнитные цепи
(к лабораторно-практическим работам № 11, 12)
Общие сведения о магнитных цепях. В основу работы различно-
го рода электромагнитных устройств — электрических машин,
реле, магнитных пускателей, датчиков и т.д. — положено преоб-
разование электрической энергии в механическую.
Наряду с электрической цепью такие устройства содержат маг-
нитную цепь, которая характеризуется магнитным потоком Ф,
магнитным сопротивлением RM и магнитодвижущей (намагничи-
вающей) силой FM = IW, где W — число витков катушки.
Плотность магнитного потока, как и плотность электрическо-
го тока, определяется площадью сечения S материала, через ко-
торый проходит поток. Для магнитных материалов эта плотность
называется магнитной индукцией В = Ф/S.
Подобно тому, как в электрически цепях (ЭЦ) ток течет от
источника к потребителю по проводам, в магнитных цепях (МЦ)
магнитный поток передается от источника к потребителю по маг-
нитопроводу. Если для электрического тока сопротивление про-
143
водника характеризуется удельным электрическим сопротивлением
р, то для магнитного потока сопротивление магнитопровода ха-
рактеризуется магнитной проницаемостью ц. В зависимости от ве-
личины ц различают:
ферромагнитные материалы (ц» 1);
немагнитные материалы (ц= 1).
К ферромагнитным материалам относятся железо и его спла-
вы, никель, кобальт, к немагнитным — медь, алюминий, воз-
дух. Если отношение р воздуха к р меди составляет примерно 10м
и ток практически не может идти по воздуху, то отношение ц
железа к ц воздуха равняется 104... 105, т. е. магнитный поток мо-
жет замыкаться по воздуху. Это относится как к рабочему пото-
ку Ф, так и к потокам рассеяния Фо (рис. Т.20, а). Последние
снижают КПД электромагнитных устройств и точность их рас-
четов.
Для МЦ справедливы основные законы электротехники: закон
Ома и правила Кирхгофа.
Магнитное сопротивление RM участка магнитопровода помимо
магнитной проницаемости ц, определяется, как и в ЭЦ, его дли-
ной I и площадью сечения 5:
ЛМ = //(И5’).	(43)
Для воздушного рабочего зазора магнитное сопротивление
^в.р = 8в.р/Ц(Л.р,	(44)
где 5В р, 5В р — соответственно длина и площадь поперечного сече-
ния воздушного рабочего зазора; Цо — абсолютная магнитная про-
ницаемость воздуха, равная 4л- 10"7 Гн/м. Единица измерения маг-
нитного сопротивления — 1/Гн, или Гн-1.
Рис. Т.20. Магнитная цепь на постоянном токе:
а — конструктивная схема; б — схема замещения
144
.Закон Ома для участка МЦ можно сформулировать следую-
щим образом: магнитный поток Ф прямо пропорционален намаг-
ничивающей силе Н¥и обратно пропорционален магнитному со-
противлению Лн:
Ф = /И7ЯМ.	(45)
Подобно падению напряжения U на участках ЭЦ, существует
падение магнитного напряжения на участках МЦ. Это падение
выражается произведением HI, где Н — напряженность магнит-
ного поля на однородном (с неизменным сечением и материалом
магнитопровода) участке; / — длина однородного участка.
2-е правило Кирхгофа для МЦ, названное законом полного
тока, гласит, что сумма намагничивающих сил в замкнутом маг-
нитном контуре равна сумме падений магнитных напряжений на
однородных участках:
=	(46)
1-е правило Кирхгофа для МЦ говорит о том, что алгебраичес-
кая сумма магнитных потоков в узле равна нулю:
£ф = 0.	(47)
Свойства ферромагнитных материалов характеризуются кри-
вой намагничивания В = [1Н. Зависимость эта носит нелинейный
характер и задается обычно для различных материалов в таблич-
ной форме. Поскольку Ф = BS = \iHS, то чем больше магнитная
проницаемость материала ц, тем больше магнитный поток Ф.
Итак, магнитная цепь во многом аналогична электрической
цепи. Следовательно по аналогии со схемой ЭЦ может быть пост-
роена эквивалентная схема (схема замещения) МЦ. Для МЦ уст-
ройства, приведенного на рис. Т.20, а, эквивалентная схема име-
ет вид, показанный на рис. Т.20, б.
Как и ЭЦ магнитные цепи могут работать на постоянном и
переменном токе.
Магнитные цепи на постоянном токе. Источником магнитного
потока в таких цепях могут служить:
постоянный магнит — специальный сплав железа с кобальтом
или барием, характеризующийся значительной остаточной (ко-
эрцитивной) намагничивающей силой Яс;
индуктивная катушка с числом витков W, питаемая постоян-
ным током I и создающая намагничивающую силу IW.
Постоянный магнитный поток Ф замыкается по магнитопро-
воду, в том числе по рабочему воздушному зазору, где и сосредо-
точивается основная магнитная энергия, преобразуемая в меха-
ническую. Последняя затрачивается, например, на перемещение
подвижной части реле, показанного на рис. Т.20, а.
145
Расчет магнитных цепей проводится графоаналитическими,
методами с использованием реальных кривых намагничива-
ния материала магнитопровода. При этом могут решаться две
задачи:
прямая — определение по известным конструктивным пара-
метрам I, и Sh материалу магнитопровода и величине магнитного
потока Ф значения намагничивающей силы, электрического тока
и напряжения питания электромагнитного устройства;
обратная — расчет конструктивных параметров /, и S>, выбор
материала магнитопровода и значения намагничивающей силы для
получения заданной величины магнитного потока Ф.
Решение обратной задачи проводится, как правило, методом
последовательных приближений с использованием алгоритма ре-
шения прямой задачи.
При решении прямой задачи принимается ряд допущений, облег-
чающих расчет магнитной цепи, но снижающих их точность. Так,
пренебрежение потоками рассеяния Фа1 и Фо2 (см. рис. Т.20, а) сни-
жает точность расчета на 3...5%.
Алгоритм решения прямой задачи
1.	Весь магнитопровод разбивают на отдельные однородные
участки и определяют длину /, каждого из них;
2.	Для каждого однородного участка определяют магнитную
индукцию
Д = Ф/5,;
3.	По кривой намагничивания заданного материала магнито-
провода находят для каждого участка напряженность магнитного
поля Я,;
4.	Вычисляют для каждого участка падение магнитного напря-
жения Я,/,. Для воздушных зазоров
ЯВ5В = 5в5в/цо = 8 • 105Вв8в, А;
5.	Вычисляют суммарную намагничивающую силу, обеспечи-
вающую заданное значение магнитного потока Ф:
£ IW = Я,/, + Я2/2 + Я3/3 + ... + Яв15в1 + Яв23в2;
6.	Для заданного числа витков Wвычисляют значение рабочего
тока
I = ^IW/W\
7.	По известным габаритам катушки и площади сечения прово-
да 5М вычисляют сопротивление катушки
Лк = р/срИ75м,
где /ср — средняя длина одного витка, м;
146
8.	Определяют рабочее напряжение, обеспечивающее все элек-
трические и магнитные характеристики устройства:
U= IRK;
9.	Вычисляют усилие, развиваемое электромагнитом, пользу-
ясь следующими выражениями:
£эм = Ф2/(2ц05вр) = Вв\Ввр/(2ц0) = О,5(/И;.р/5в.р)2ро‘Ув.р.
Магнитная цепь на переменном токе. В качестве источника маг-
нитного потока в данной цепи используется катушка индуктив-
ности, питаемая переменным синусоидальным напряжением. Та-
кими катушками являются обмотки двигателей, реле, магнитных
пускателей, индуктивных датчиков и т. д. Под действием перемен-
ного напряжения u(t) в катушке возникают переменный ток i(t)
и переменный магнитный поток ф(1). Последний, в свою оче-
редь, создает ЭДС самоиндукции e(t), которая практически пол-
ностью компенсирует приложенное напряжение u(f). Уравнение
состояния ЭЦ имеет вид
«(0= ^тах5ШС0/=-е(/),	(48)
где Цтах и со — соответственно амплитуда и круговая частота при-
ложенного напряжения. Действующее значение напряжения и
ЭДС
Ц=£=4,44ЛГФтах,	(49)
откуда
Фтах= U/4,44fW.	(50)
Таким образом, максимальное значение переменного магнит-
ного потока Фтах определяется лишь действующим значением при-
ложенного напряжения U, его частотой/и числом витков катуш-
ки W. В связи с этим наличие в магнитопроводе воздушного зазора
или его изменение не сказываются на величине переменного маг-
нитного потока. Возрастание магнитного сопротивления из-за
увеличения воздушного зазора ведет к уменьшению индуктивнос-
ти L и индуктивного сопротивления XL, а следовательно, при не-
изменном напряжении — к увеличению намагничивающего тока
/ и намагничивающей силы IWдо величины, при которой отно-
шение IW/R^ остается неизменным.
Основная характеристика ферромагнитного материала — кри-
вая намагничивания В(Н) — является нелинейной и неоднознач-
ной. Под воздействием переменного магнитного потока материал
магнитопровода циклически перемагничивается с частотой тока.
При этом перемагничивание осуществляется по кривой гистере-
зиса, характеризуемой остаточной магнитной индукцией Вг и
147
Рис. Т.21. Петля гистерезиса материала магнитопровода электромагнит-
ного устройства
коэрцитивной силой Нс (рис. Т.21). Кривая ОА представляет собой
основную кривую намагничивания.
Перемагничивание ферромагнитного материала сопровождается
потерями мощности. Это потери на гистерезис и вихревые токи,
которые ведут к нагреву магнитопровода и снижению КПД элек-
тромагнитного устройства. Для уменьшения потерь на гистерезис
выбирают материал с узкой петлей, а для уменьшения потерь на
вихревые токи магнитопровод набирают из отдельных, изолиро-
ванных электрически друг от друга пластин толщиной преимуще-
ственно 0,35 и 0,5 мм.
Наблюдать кривую намагничивания материала магнитопровода
В(Н) можно с помощью электронного осциллографа, если на его
вход Кподать сигнал, пропорциональный магнитной индукции В, а
на вход X — сигнал, пропорциональный напряженности магнитно-
го поля Н. Сигнал, пропорциональный В, может быть снят с допол-
нительной обмотки И^оп, помещенной на рабочей катушке. Он по-
ступает на осциллограф с зажимов конденсатора Си (см. рис. 12.2).
Сигнал, пропорциональный Н, может быть снят с резистора, вклю-
ченного последовательно с рабочей обмоткой 1Краб.
Электронные измерительные приборы
(к лабораторно-практической работе № 13)
Электромеханические измерительные приборы, используемые
для измерения напряжений, токов, мощностей, сопротивлений
и т.д. в цепях постоянного и переменного тока, обладают рядом
недостатков, к основным из которых относятся: невысокая чув-
148
ствительность, малое входное сопротивление, низкий диапазон
частот измеряемых величин.
Указанных недостатков лишены электронные измерительные
приборы (ЭИП). В состав ЭИП входит ряд электронных устройств:
усилители, генераторы, импульсные устройства, выпрямители,
стабилизаторы и т.д. Применение этих устройств, в том числе
усилителей с высоким коэффициентом усиления и большим вход-
ным сопротивлением, позволяет значительно повысить чувстви-
тельность измерительных приборов и снизить потребление тока
из цепи, а следовательно, исключить влияние приборов на режим
работы исследуемой цепи. Диапазон частот, в котором чувстви-
тельность остается неизменной, у ЭИП значительно шире —
20 Гц... 20 МГц вместо 45... 1500 Гц у электромеханических при-
боров.
Широкое применение в технике нашли электронные приборы
общего назначения, в первую очередь, электронные осциллогра-
фы, электронные вольтметры, измерительные генераторы.
Электронные осциллографы — это приборы, предназначенные
для записи и наблюдений на экране электронно-лучевой трубки
(ЭЛТ) изменений электрических сигналов во времени, а также
для измерения напряжений, токов, сдвига фаз, частоты, пара-
метров импульса и т.д.
Упрощенная структурная схема электронно-лучевого осциллог-
рафа приведена на рис. 13.1, а.
Основным узлом осциллографа является ЭЛТ, электронный луч
которой, выходящий с катода и проходящий между вертикаль-
ными и горизонтальными отклоняющими пластинами, проеци-
руется на ее экране. На переднюю панель осциллографа выведены
ручки, позволяющие управлять яркостью и фокусировкой свето-
вого луча <ф, О). смещением луча по осям Хи Y («, !).
Два основных канала X и Y позволяют управлять положением
луча на экране ЭЛТ путем изменения потенциалов на горизон-
тальных и вертикальных отклоняющих пластинах в соответствии с
сигналами, поступающими со входов X и Y. Каждый из каналов
содержит входное устройство, представляющее собой делитель
напряжения и широкополосный усилитель с большим входным
сопротивлением.
Кроме того, обязательными устройствами осциллографа являются:
генератор развертки (ГЛИН), вырабатывающий линейно из-
меняющееся напряжение, поступающее на усилитель Xи форми-
рующее горизонтальную развертку луча;
устройство синхронизации, обеспечивающее устойчивое (не-
подвижное) изображение сигнала на экране за счет синхронной
подачи напряжения на горизонтальные и вертикальные пластины
ЭЛТ.
149
При наблюдении периодических процессов (режим разверт-
ки) ко входу Y подводится исследуемое напряжение, а переклю-
чатель П2 устанавливается в положение «Развертка». В этом слу-
чае электронный луч, перемещаясь в горизонтальном направле-
нии под влиянием сигнала ГЛИН и в вертикальном направле-
нии под влиянием сигнала, поступающего на вертикальные пла-
стины, формирует на экране ЭЛТ изображение исследуемого
сигнала (см. рис. 13.2, б). Для обеспечения устойчивого изобра-
жения сигнала на экране необходимо установить требуемый уро-
вень синхронизации при положении переключателя П1 «Внут-
ренняя синхронизация» с помощью ручек «Стабильность» и «Уро-
вень».
Размер изображения сигнала по вертикали регулируется дис-
кретно и плавно с помощью переключателя и реостата «Усиле-
ние У», находящихся в составе входного устройства канала У.
Длительность развертки регулируется дискретно и плавно за счет
переключения частоты ГЛИН с помощью переключателя и рео-
стата «Длительность развертки», входящих в состав ГЛИН. Амп-
литуда Лтах и период Т исследуемого сигнала на основании ре-
зультатов измерения могут быть определены по формулам
^тах-
т= С,п2,
где Сл— цена деления по амплитуде, A/дел; nt, п2 — число деле-
ний; Ct — цена деления по времени, мс/дел.
Если переключатель П2 установить в положение «Усиление»,
то генератор развертки отключится и на вход X может быть подан
сигнал от внешнего генератора (см. рис. 13.2, а).
Подобная схема используется для измерения частоты гармони-
ческих колебаний по фигурам Лиссажу. Изменяя частоту измери-
тельного генератора, можно добиться изображения на экране ЭЛТ
неподвижной фигуры в виде окружности, эллипса или прямой
линии. В этом случае частота исследуемого сигнала равна частоте
сигнала от измерительного генератора.
Для измерения напряжения высокой частоты, а также посто-
янного и переменного напряжения в цепях со значительным вы-
ходным сопротивлением, применяются электронные вольтметры.
По способу представления информации их делят на стрелочные,
в которых отсчет ведется по стрелочному прибору, и цифровые, в
которых показание выводится на цифровое табло.
Различают вольтметры постоянного тока, переменного тока и
комбинированные (универсальные), предназначенные для изме-
рения как постоянного, так и переменного тока, а также сопро-
тивления. Основными узлами стрелочного вольтметра являются
150
входное устройство (делитель напряжения), усилитель (постоян-
ного тока — УПТ или широкополосный), детектор (выпрямитель
с фильтром) и стрелочный индикатор (магнитоэлектрический
прибор).
Входное устройство имеет выведенный на переднюю панель
прибора переключатель, с помощью которого устанавливается
соответствующий предел измерения.
Универсальные вольтметры наряду с переключателем предела
измерений снабжены переключателем рода работы, устанавлива-
емым в соответствующее положение при измерении постоянного
или переменного напряжения. Структурная схема универсального
электронного вольтметра приведена на рис. 13.1, б.
При измерении переменного напряжения переключатель рода
работы устанавливается в положение « U-». Напряжение через де-
тектор поступает на усилитель постоянного тока и далее на инди-
катор. В цифровых вольтметрах сигнал с усилителя поступает на
аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а затем на цифровое
отсчетное устройство (ЦОУ).
При измерении постоянного напряжения переключатель рода
работы устанавливается в положение «[/_» и сигнал на вход уси-
лителя поступает через делитель напряжения. У всех электронных
вольтметров шкала проградуирована в действующих значениях си-
нусоидального напряжения U= 0,707 t/max.
Для исследования ряда электронных устройств широко исполь-
зуются измерительные генераторы. Например, для измерения ко-
эффициента усиления усилителя, снятия его амплитудно-частот-
ной характеристики используются низкочастотные генераторы
синусоидальных колебаний. Структурная схема такого генератора
приведена на рис. 13.1, в.
Измерительный генератор (генератор сигналов) включает в
себя: задающий генератор (ЯС-автогенератор) с регулируемой
(дискретно и плавно) частотой; усилитель по напряжению и мощ-
ности; выходное устройство, обеспечивающее согласование вы-
ходного сопротивления генератора с сопротивлением нагрузки.
Выходное устройство содержит делители напряжения (вынесе-
ны на переднюю панель прибора) для регулирования уровня вы-
ходного сигнала контролируемого с помощью стрелочного ин-
дикатора.
Вход и выход любого электронного прибора имеют соответ-
ствующие зажимы, один из которых в каждой паре связан с кор-
пусом прибора и обозначается знаком 1. Если вход и выход при-
бора заканчиваются коаксиальными кабелями, то корпусной ко-
нец имеет большую длину, чем другой (потенциальный) конец.
При сборке схемы, предусматривающей включение нескольких
измерительных электронных приборов, необходимо следить, что-
бы концы со знаком 1 были соединены между собой.
151
Выпрямительные устройства
(к лабораторно-практической работе № 14)
Общие сведения о выпрямителях. Выпрямительные устройства
предназначены для преобразования переменного тока в ток одно-
го направления. В общем случае выпрямительное устройство, час-
то называемое просто выпрямитель, включает в себя силовой
трансформатор, вентиль, сглаживающий фильтр и стабилизатор
(рис. Т.22).
Трансформатор Тр предназначен для преобразования перемен-
ного напряжения одной величины, например 220 В, в перемен-
ное напряжение другой величины, обеспечивающее необходимое
постоянное напряжение на выходе выпрямителя, например 20 В.
Вентиль В преобразует переменное напряжение в пульсирующее,
сглаживающий фильтр СФ уменьшает пульсации выпрямленного
напряжения, стабилизатор СТ поддерживает неизменным напря-
жение или ток нагрузки RH. Отдельные из перечисленных узлов
выпрямителя могут отсутствовать.
Известны два основных типа выпрямителей — однополупери-
одный и двухполупериодный. В зависимости от количества фаз пи-
тающей сети выпрямители подразделяют на однофазные и трех-
фазные. Выпрямители могут быть управляемыми и неуправляе-
мыми. В управляемых выпрямителях величина выпрямленного на-
пряжения может регулироваться. Для питания большинства элек-
тронных устройств используются более простые неуправляемые
выпрямители.
Основными элементами выпрямителя являются вентили — не-
линейные элементы, проводимость которых зависит от полярнос-
ти приложенного напряжения. В основном, в качестве вентилей
используются полупроводниковые диоды. Вольт-амперная харак-
теристика (ВАХ) диода приведена на рис. Т.23, а.
Основными электрическими параметрами выпрямителей яв-
ляются:
С/Н сР — среднее выпрямленное напряжение на нагрузке;
/н ср — средний выпрямленный ток нагрузки;
р = ^оснтах/^н.ср — коэффициент пульсации выпрямленного на-
пряжения (здесь Рентах — амплитуда основной гармоники вы-
прямленного напряжения);
Рис. Т.22. Структурная схема выпрямителя:
Тр — трансформатор; В — вентиль; СФ — сглаживающий фильтр; СТ — стабили-
затор
152
Рис. Т.23. Однополупериодный выпрямитель:
(I — вольт-амперная характеристика диода; б — схема включения; в — временны
е диаграммы напряжений; и2 — напряжение на входе выпрямителя; и„ — напря-
жение на нагрузке; t/„cp — среднее выпрямленное напряжение на нагрузке;
и„ — напряжение пульсаций
/п — частота основной гармоники выпрямленного напряжения
(напряжения пульсации).
Однополупериодный выпрямитель. Схема включения однополу-
периодного выпрямителя приведена на рис. Т.23, б. Переменное
напряжение со вторичной обмотки трансформатора w2 подается в
цепь из последовательно соединенных диода Д и нагрузочного
резистора RH. При положительном полупериоде напряжения диод
открыт и через нагрузку течет ток, при отрицательном — диод
закрыт и ток в нагрузке отсутствует.
Выпрямленное напряжение ин можно представить в виде сум-
мы постоянной UHCp и переменной ип составляющих (рис. Т.23, в).
Основные параметры однополупериодного выпрямителя:
t/осн = 0,5 U2, UHCP = и2тах/п = 0,32 tf2max = 0,451/2;
р = л/2= 1,57;/п=/,	(51)
где U2 — действующее значение напряжения на входе выпрямите-
ля; f — частота переменного напряжения.
Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Такой выпрямитель
состоит из четырех диодов, включенных по мостовой схеме (рис.
Т.24, а); Кривые изменения напряжения и2 питающей сети, токов
диодов, напряжения на нагрузке показаны на рис. Т.24, б.
153
Рис. Т.24. Двухполупериодный выпрямитель:
а — схема включения; б — временные диаграммы напряжений и токов; и2 —
напряжение на входе выпрямителя; /д214 — ток через диоды Д2 и Д4; (Д13 — ток
через диоды Д1 и ДЗ; ин — напряжение на нагрузке; — среднее выпрямлен-
ное напряжение на нагрузке
При положительном полупериоде напряжения диоды Д2 и Д4
открыты и пропускают ток в нагрузку. Диоды Д1 и ДЗ в этот мо-
мент закрыты. При наступлении отрицательного полупериода на-
пряжения диоды Д2 и Д4 закрываются, но открываются диоды Д1
и ДЗ, в результате чего ток продолжает протекать через нагрузку в
том же направлении.
Основные параметры двухполупериодного выпрямителя:
t/0CH = 4U2/3n- UH.cp = 2 U2mJn = 0,64 <72max = 0,9 U2,
р-0,66; /п = 2/	(52)
По сравнению с однополупериодным выпрямителем двухпо-
лупериодный обеспечивает большее значение среднего выпрям-
ленного напряжения на нагрузке, меньшую амплитуду пульса-
ций и большую их частоту, что облегчает задачу их подавления
сглаживающими фильтрами. Как правило, однополупериодные
выпрямители применяются для питания нагрузки малой мощно-
сти.
Сглаживающие фильтры. Для подавления переменной состав-
ляющей выпрямленного напряжения между вентилем и нагруз-
кой устанавливают сглаживающие фильтры. Основным парамет-
ром сглаживающего фильтра является коэффициент сглаживания
154
5ф. Он определяется отношением коэффициентов пульсаций на
его входе и выходе:
= Рвх/Рвых-	(53)
Для питания целого ряда электронных устройств коэффициент
пульсаций на выходе блока питания не должен превышать 10~6,
что требует установки фильтров с большим коэффициентом сгла-
живания.
Простейшими сглаживающими фильтрами являются индуктив-
ный и емкостной.
Индуктивный фильтр (рис. Т.25, а) состоит из дросселя, ко-
торый включается последовательно с нагрузкой RH. Значитель-
ное индуктивное сопротивление XL = 2nfnL существенно снижа-
ет переменную составляющую напряжения, практически не из-
меняя постоянной, так как активное сопротивление R дросселя
невелико.
С достаточной точностью можно принять 5ф = 2я/1£др/Лн. Ин-
дуктивные фильтры применяются обычно в мощных низкоомных
цепях.
Емкостный фильтр (рис. Т.25, б) представляет собой конденса-
тор, включенный параллельно нагрузке. В этом случае из-за зна-
чительной емкости сопротивление для переменной составляющей
напряжения мало (Хс = 1/(2гс/пС« R„)) и оно шунтирует сопро-
тивление нагрузки, пропуская через себя лишь переменную со-
ставляющую. Постоянная составляющая напряжения оказывается
приложенной к нагрузке.
Основное применение емкостные фильтры нашли в маломощ-
ных высокоомных цепях.
Для обеспечения высококачественного сглаживания индуктив-
ный и емкостный фильтры объединяют, получая Г-образный LC-
фильтр (рис. Т.26, о). Коэффициент сглаживания фильтра в этом
б
Рис. Т.25. Схемы включения сглаживающих фильтров:
0 — индуктивного; б — емкостного; UB, /в — выпрямленные напряжение и ток;
1/„, /„ — напряжение и ток нагрузки после сглаживающего фильтра
155
о-------- о о----------------о
а	б
Рис. Т.26. Г-образные индуктивно-емкостный (а) и активно-емкосгный (Л)
фильтры
случае равен произведению коэффициентов сглаживания его зве-
ньев. В маломощных источниках применяют Г-образный ЛС-филыр
(рис. Т.26, б).
Полупроводниковые усилители
(к лабораторно-практической работе № 15)
Для усиления электрических сигналов, поступающих, напри-
мер, с датчиков давления, температуры, освещенности или уско-
рения, широкое применение нашли полупроводниковые усили-
тели. В последнее время они практически заменили электронные
усилители благодаря ряду преимуществ: более высокой надежно-
сти транзистора по сравнению с электронной лампой, меньшим
габаритам и весу, малой потребляемой мощности, более высоко-
му КПД.
Любой усилительный каскад содержит: нелинейный элемент
(транзистор, электронная лампа), обладающий семейством уп-
равляемых ВАХ; нагрузочный элемент (резистор, трансформатор,
индуктивная катушка), включаемый последовательно с нелиней-
ным, и источник питания — как правило источник постоянного
напряжения. Усиление электрических сигналов осуществляется за
счет энергии источника питания, которая преобразуется в энер-
гию выходного сигнала, управляющего работой реле, измеритель-
ного прибора, двигателя и других устройств.
Наиболее распространена схема усилительного каскада с общим
эмиттером (рис. Т.27, а). Схема замещения такого каскада изобра-
жена в виде ЭЦ, показанной на рис. Т.27, б. Ее анализ можно про-
вести графически. На рис. Т.28 изображены семейство управляемых
ВАХ транзистора IK= (UK) |/б = const, т. е. зависимость тока коллекто-
ра от напряжения на коллекторе при различных постоянных токах
базы, а также линия нагрузки АВ, определяемая сопротивлением
RK в цепи коллектора и ЭДС источника питания Ек. Линия нагрузки
может быть построена по двум точкам: точке А — режим короткого
замыкания (/= EJRJ и точке В — режим холостого хода (UK= Ек).
В соответствии со 2-м правилом Кирхгофа для ЭЦ, показанной на
рис. Т.27, б, ивых = Ек-IKRK.
156
Рис. Т.27. Схема усилительного каскада с общим эмиттером (а) и ее
схема замещения (б)
Рис. Т.28. Вольт-амперные характеристики транзистора
Изменение входного сигнала (тока базы) от 15 = 0 до 154 ведет
к перемещению рабочей точки Р (точка пересечения ВАХ с ли-
нией нагрузки) от В к А, а следовательно, к изменению коллек-
торного тока от /к0 до /к4 и выходного напряжения от J7k0 ~ Ек до
UK4 = 0. Таким образом, в схеме усилительного каскада (см. рис.
Т.27, а) транзистор Т выполняет роль усилителя входного тока
/6, а резистор RK служит для преобразования выходного тока /к в
выходное напряжение ивых = UK. При этом увеличению значения
входного сигнала (тока базы) соответствует уменьшение выход-
ного напряжения и наоборот, т.е. угол фазового сдвига выходно-
го сигнала относительно входного для схемы с общим эмитте-
ром равен 180°.
Усилитель с общим эмиттером имеет коэффициент усиления
по напряжению Ки до 200, входное сопротивление Rm составляет
сотни ом, выходное сопротивление 7?вых — несколько килоом.
Низкое входное сопротивление и высокое выходное затрудняют
157
Рис. Т.29. Схема усилительного каскада с общим коллектором
использование такой схемы при работе с высокоомным источни-
ком сигналов и низкоомной нагрузкой.
Для низкоомной нагрузки обычно используют усилительный
каскад с общим коллектором (рис. Т.29). Его выходное сопротивле-
ние всего лишь несколько десятков ом, а входное достигает не-
скольких килоом. Коэффициент усиления каскада близок к еди-
нице, фаза выходного сигнала совпадает с фазой входного. По-
этому усилительный каскад с общим коллектором получил на-
звание эмиттерного повторителя.
На рис. Т.30 приведена схема усилительного каскада и показана
форма сигнала в контрольных точках. Для обеспечения линейного
режима работы усилителя рабочая точка покоя Р (при Um = 0) дол-
жна располагаться на середине нагрузочной линии АВ. Фиксация
рабочей точки Р возможна за счет введения в схему усилителя
базового делителя Ag, — 7^2, обеспечивающего наличие в цепи
базы тока покоя 15 пок.
Для исключения влияния выходного сопротивления источни-
ка сигнала на ток базы покоя во входной цепи усилителя устанав-
Рис. Т.30. Схема усилительного каскада с изображением формы сигнала
в контрольных точках
158
ливается разделительный конденсатор Ср1. В то же время для выде-
ления на нагрузке лишь переменной составляющей усиленного
сигнала в выходной цепи усилителя устанавливается разделитель-
ный конденсатор Ср2.
Один из основных недостатков транзисторных усилителей —
существенная зависимость их характеристик от температуры. Это
требует применения в усилителе специальных средств и, в пер-
вую очередь, введения различного рода обратных связей.
Обратной связью (ОС) называют воздействие части выходно-
го сигнала на вход усилителя. Если сигнал ОС складывается с
входным сигналом, увеличивая сигнал, поступающий в усили-
тель, то обратная связь называется положительной. Если сигнал
ОС вычитается из входного, то обратная связь называется отри-
цательной.
В усилителях нашла применение лишь отрицательная ОС, так
как она позволяет существенно улучшить их свойства, в частно-
сти, увеличить стабильность работы при изменении температуры
окружающей среды. Наиболее широко используется отрицатель-
ная ОС по постоянному току. Для этого в цепь эмиттера включает-
ся резистор R3. Для исключения ОС по переменной составляющей
параллельно резистору Яэ устанавливается конденсатор Сэ, емко-
стное сопротивление которого Хс«. R3. В этом случае конденсатор
шунтирует резистор R3 для переменной составляющей входного
сигнала.
Используется также отрицательная ОС по напряжению, когда
часть выходного сигнала в противофазе поступает на вход уси-
лителя.
Положительная ОС, наоборот, снижает устойчивость работы
усилителя и может привести к возникновению колебаний (само-
возбуждению), т.е. превращению усилителя в генератор.
Основным параметром усилителя является его коэффициент
усиления.
Различают коэффициенты усиления по напряжению, току и
мощности, которые представляют собой отношение соответственно
напряжения, тока и мощности на выходе усилителя к напряже-
нию, току и мощности на его входе:
Ku = UBUJUBK- К! = /вых//вх; КР = Рвых/Рвх = К, Ки.	(54)
Для повышения коэффициента усиления используются много-
каскадные усилители с трансформаторной, гальванической или
активно-емкостной (7? — С) связью между каскадами. Гальвани-
ческая (без реактивных элементов) связь используется в усилите-
лях постоянного тока.
В усилителях низкой частоты широко применяется R— С-связь.
Коэффициент усиления многокаскадных усилителей равен про-
159
Рис. Т.31. Характеристики усилителя:
а — амплитудная, б — частотная
изведению коэффициентов усиления отдельных каскадов: К =
= К}К2К2... .
Основными характеристиками усилителя являются амплитуд-
ная и частотная.
1. Амплитудная характеристика UEUX=f(UBX) (рис. Т.31, а) пред-
ставляет собой зависимость напряжения на выходе усилителя от
напряжения на входе при постоянной частоте.
Она позволяет выделить рабочий диапазон усиливаемых сигна-
лов ДС/ВХ = UBx2 - f4xi, соответствующий участку АВ, на котором
искажения формы сигнала отсутствуют.
На участке СА (£4х< £4xi) имеют место собственные шумы уси-
лителя, не позволяющие четко выделить на входе усиливаемый
сигнал.
Участок BD (UBX> UBx2) соответствует работе усилителя в обла-
сти насыщения транзистора, что приводит к появлению нели-
нейных искажений в выходном сигнале.
2. Частотная характеристика K=\y(j)\Um = const (рис. Т.31, 6)
представляет собой зависимость коэффициента усиления К от ча-
стоты входного сигнала f при постоянном напряжении на входе
(£4Х = const).
Она характеризует частотные свойства усилителя, т.е. способ-
ность усиливать сигналы в определенном диапазоне частот, на-
зываемым полосой пропускания fH, где/ви/н — соответ-
ственно верхняя и нижняя граничные частоты.
Уменьшение коэффициента усиления на нижних частотах
вызвано влиянием разделительных конденсаторов Ср1, Ср2 (см.
рис. Т.30), сопротивление которых на низких частотах велико.
На верхних частотах уменьшение коэффициента усиления
происходит вследствие шунтирующего действия паразитных ем-
костей транзистора и монтажа.
Для удобства построения частотной характеристики значе-
ния частот откладывают в логарифмическом масштабе.
160
Стабилизаторы постоянного напряжения
(к лабораторно-практической работе № 16)
Общие сведения о стабилизаторах. Для питания целого ряда по-
требителей требуется довольно стабильное питающее напряжение.
Например, для питания радиовещательных и связных радиостан-
ций допускается нестабильность 2...3%, а для усилителей посто-
янного тока и некоторых измерительных приборов высокого класса
точности — не более 0,001 %.
Дестабилизирующими факторами являются изменение напря-
жения питающей сети, тока нагрузки /н, температуры окружаю-
щей среды и др. Для обеспечения заданной стабильности посто-
янного напряжения используются специальные устройства — ста-
билизаторы постоянного напряжения.
Стабилизатор постоянного напряжения осуществляет регули-
рование электрического тока в нагрузке таким образом, чтобы
обеспечить относительное постоянство напряжения на своем вы-
ходе и на нагрузке.
По принципу действия стабилизаторы подразделяют на пара-
метрические и компенсационные.
В параметрических стабилизаторах стабилизация напряжения
обеспечивается за счет особой нелинейности вольтамперной ха-
рактеристики (ВАХ) регулирующего элемента (РЭ). Наиболее
широко в качестве таких нелинейных РЭ используются полупро-
водниковые стабилитроны.
В компенсационных стабилизаторах стабилизация обеспечивает-
ся использованием отрицательной обратной связи по напряже-
нию. Такие стабилизаторы представляют собой систему автомати-
ческого регулирования выходного напряжения.
В реальных стабилизаторах при изменении входного напряже-
ния UBK или тока нагрузки /н выходное напряжение стабилизатора
[/вых незначительно, но изменяется. Характер изменения UBbK при
изменении Um показан на рис. Т.32, а, а при изменении /н — на
рис. Т.32, б.
Рис. Т.32. Зависимость выходного напряжения стабилизатора от входного
напряжения (а), тока нагрузки (б)
6 Прошин
161
Основным параметром, характеризующим качество стабили-
зации напряжения, является коэффициент стабилизации К„.
Коэффициент стабилизации по входному напряжению опре-
деляется отношением относительных изменений входного и вы-
ходного напряжения при /н = const:
^ст! = (At/Bx/ ^вх .ном )/(А ^4ых/ ^4ых ном) 8£/Вх/5Ц,ых,	(55)
где 3/7ВХ, 5£4ых ~ относительные изменения входного и выходного
напряжений.
Коэффициент стабилизации по току определяется отношени-
ем относительных изменений тока и выходного напряжения при
t/BX = const:
Аст2 = (А/н/4.ном)/(А t/вых/ ^вых.ном) = 87н/5 UBba.	(56)
Параметрический стабилизатор. Простейший стабилизатор с
полупроводниковым стабилитроном (рис. Т.ЗЗ, а) состоит из бал-
ластного резистора Rq и полупроводникового стабилитрона Д. Вы-
ходное напряжение ивык стабилизатора равно напряжению стаби-
лизации С/Ст стабилитрона Д. Рабочим участком ВАХ стабилитрона
(рис. Т.ЗЗ, б) является участок электрического пробоя на ее об-
ратной ветви, где при изменении тока в широких пределах напря-
жение изменяется незначительно. Важнейшими параметрами ста-
билитрона являются:
U„ — напряжение стабилизации;
4т min — минимально допустимый ток стабилитрона;
4т max — максимально допустимый ток стабилитрона.
У параметрических стабилизаторов коэффициент стабилизации
Хстне превышает нескольких десятков. Достоинством их является
простота схемы, а недостатками — малый коэффициент стабили-
зации и малый диапазон изменения тока.
б
Рис. Т.ЗЗ. Параметрический стабилизатор:
а — принципиальная схема, б — вольт-амперная характеристика стабилитрона
162
-О---- рэ
Рис. Т.34. Компенсационный стабилизатор:
а — структурная схема; б — принципиальная схема
Компенсационный стабилизатор. Стабилизатор состоит из сле-
дующих основных элементов (рис. Т.34, а): регулирующего эле-
мента РЭ, усилителя У, сравнивающего устройства СУ, источ-
ника опорного (эталонного) напряжения Uon. Некоторые из этих
элементов часто объединяют. При работе стабилизатора его вы-
ходное напряжение £/ВЬ1Х сравнивается с опорным напряжением
(/оп. При отклонении UBax от заданного уровня на выходе сравни-
вающего устройства появляется электрический сигнал разбалан-
са, который после усиления поступает на вход регулирующего
элемента и изменяет соответствующим образом его сопротивле-
ние.
В качестве регулирующего элемента используется транзистор Т
(рис. Т.34, 6), а в качестве сравнивающего устройства и усилите-
ля — операционный усилитель ОУ, на один вход которого по-
ступает сигнал с источника опорного напряжения — парамет-
рического стабилизатора — Д), а на другой — часть выходно-
го напряжения, снимаемого с делителя — R2.
По сравнению с параметрическими компенсационные стаби-
лизаторы обладают лучшими качественными характеристиками.
У них более высокий коэффициент стабилизации, который мо-
жет достигать нескольких тысяч, причем чем больше коэффици-
ент усиления усилителя, тем больше коэффициент стабилиза-
ции. Кроме того, компенсационные стабилизаторы позволяют в
отличие от параметрических регулировать уровень выходного
напряжения.
Однофазный трансформатор
(к лабораторно-практической работе № 17)
Трансформатор относится к электрическим машинам стати-
ческого действия (нет подвижных частей). Он представляет со-
бой электромагнитное устройство, предназначенное для преоб-
163
Рис. Т.35. Трансформатор:
а — конструктивная схема; б — условное изображение двухобмоточного транс-
форматора; в — энергетическая диаграмма трансформатора; / — магнитопровод;
2 — катушки с обмотками; Ф — магнитный поток; Р} — мощность, подведенная
от источника к первичной обмотке; Р^ — мощность, расходуемая на нагрева-
ние проводников первичной обмотки; Рм — мощность, расходуемая на нагрева-
ние магнитопровода вихревыми токами и потери на гистерезис; Р{.2 — мощ-
ность, передаваемая с первичной обмотки на вторичную; Рзл2 — мощность, рас-
ходуемая на нагревание проводников вторичной обмотки; Р2 — полезная мощ-
ность на вторичной обмотке
разования переменного тока одного напряжения (например, 220 В)
в переменный ток той же частоты другого напряжения (напри-
мер, 36 В).
Трансформатор (рис. Т 35, а) состоит из замкнутого магнито-
провода 7 — набора тонких штампованных электрически изоли-
рованных друг от друга пластин из электротехнической стали, и
двух или более катушек с обмотками 2, располагаемых на маг-
нитопроводе. Одна из обмоток подключается к источнику пита-
ния и называется первичной. Все остальные обмотки, называе-
мые вторичными, подключаются к различным нагрузкам (рис.
Т.35, б).
В основу работы трансформатора положен принцип взаимоин-
дукции. Если к первичной обмотке подводится синусоидальное
напряжение и = t7maxsinco/, то в ней течет электрический ток /,
который создает намагничивающую силу iW, а последняя — пе-
ременный магнитный поток ф = Фтах sin соЛ Магнитный поток за-
мыкается по магнитопроводу и пронизывает все обмотки, распо-
ложенные на нем. В результате в каждой обмотке индуктируется
ЭДС. ЭДС вторичной обмотки является источником напряжения
для нагрузки, подключенной к этой обмотке. Таким образом, на-
пряжение первичной обмотки передается на вторичную.
Все ЭДС е, как и поток ф, изменяются по синусоидальному
закону. Величина ЭДС определяется числом витков обмотки W и
скоростью изменения магнитного потока:
е = - ИДДф/Д/) = - Hz(oOmaxsin(cD/ + л/2) = ^m^sin(и/ - л/2). (57)
164
Вектор ЭДС отстает от вектора магнитного потока на 90°, а
амплитудное значение ЭДС £тах =	определяется ампли-
тудным значением магнитного потока Фтах, круговой частотой
питающего напряжения ю = 2л/и числом витков обмотки W.
Действующее значение ЭДС
Е= EmJ Л = 2л/ИФтах/V2 = 4,44/ЖФтах.	(58)
Поскольку приложенное к первичной обмотке напряжение их
практически полностью уравновешивается индуктируемой в этой
обмотке ЭДС е(, можно считать, что действующее значение дан-
ного напряжения
^1 = 4,44/^Фтах.	(59)
Напряжение на вторичной обмотке и2 является следствием ин-
дуктируемой в ней ЭДС е2, поэтому по аналогии с выражением
(59) можно записать выражение для действующего значения это-
го напряжения в виде
С4 = 4,44/^2Фтах.	(60)
Анализ выражений (59) и (60) позволяет сделать следующие
выводы.
Во-первых, максимальное значение магнитного потока Фтах оп-
ределяется действующим значением приложенного напряжения Ux
и не зависит от режима работы трансформатора, т. е. при неиз-
менном приложенном напряжении магнитный поток остается
неизменным на всех режимах работы — от холостого хода до но-
минальной нагрузки.
Во-вторых, отношение действующих значений напряжений
определяется отношением числа витков обмоток, т.е. является
постоянным. Это отношение получило название коэффициента
трансформации
n=Ux/U2=Wx/W2.	(61)
Если первичное напряжение трансформатора выше вторично-
го, т.е. п > 1, то такой трансформатор называется понижающим.
Если же вторичное напряжение выше первичного (п < 1), то та-
кой трансформатор называется повышающим.
Трансформатор относится к устройствам с высоким коэффи-
циентом полезного действия, значение которого лежит в диапа-
зоне от 0,85 у трансформаторов малой мощности до 0,99 у мощ-
ных трансформаторов. Чтобы понять причины снижения КПД, об-
ратимся к энергетической диаграмме (рис. Т.35, в).
Основными потерями в трансформаторе являются электриче-
ские (Дэл! + Рэл2) и магнитные (Рм) потери. Отсюда КПД трансфор-
матора
п = Р2/Рх = (Рх - (Рэл1 + Рэл2 + Рм ))/Рх = 1 - (Рэл1 + Лл2 + Ры}/Р'- (62)
165
Основными характеристиками трансформатора являются:
характеристика холостого хода;
характеристика короткого замыкания;
внешняя характеристика.
В опыте холостого хода к первичной обмотке подводится номи-
нальное напряжение, а вторичные обмотки трансформатора ра-
зомкнуты.
Именно опыт холостого хода позволяет определить коэффици-
ент трансформации п = U\/U2, вычислить магнитный потока Фтал =
= t/1/4,44_/'Wz| и магнитную индукцию Втах = Фтах/5 в сердечнике с
площадью сечения 5. Кроме того, если на сердечнике трансфор-
матора разместить известное число витков дополнительной об-
мотки Й^оп, то несложно вычислить число витков всех остальных
обмоток:
= ^п^/С/доп; W2 = И/допU2/Uaoa.	(63)
Если измерить с помощью ваттметра потери в электричес-
кой цепи на холостом ходу, то они будут соответствовать маг-
нитным потерям Ры. Это объясняется тем, что ток холостого
хода мал и не нагревает обмотку, а вот магнитный поток номи-
нален.
Опыт короткого замыкания проводится при пониженном на-
пряжении на первичной обмотке и закороченной вторичной. При
этом подводимое напряжение должно быть таким, чтобы токи в
обмотках были номинальными. Поскольку токи номинальны, то
номинальны электрические потери Рэп1 + Рэл2, а магнитные поте-
ри малы, так как магнитный поток при пониженном напряже-
нии на первичной обмотке мал. Следовательно, ваттметр, вклю-
ченный в первичную обмотку, покажет величину электрических
потерь.
Таким образом, опыты холостого хода и короткого замыка-
ния позволяют вычислить коэффициент трансформации, число
витков обмоток, значения магнитного потока и магнитной ин-
дукции, а также коэффициент полезного действия трансформа-
тора.
Внешняя характеристика U2(I2) отражает зависимость напряже-
ния на вторичной обмотке U2 от тока нагрузки 12 при неизменном
номинальном напряжении на первичной обмотке U\ = const. По
внешней характеристике может быть определено изменение на-
пряжения At/% при номинальной Нагрузке по отношению к на-
пряжению при холостом ходе:
\U% = (U20 - tZ2H) 100%/СЛ20,	(64)
где U20, U2h — напряжение на вторичной обмотке соответственно
при холостом ходе и при номинальной нагрузке.
166
Генератор постоянного тока
(к лабораторно-практической работе № 18)
Общие сведения о генераторах постоянного тока. Генераторы —
это электрические машины, преобразующие механическую энер-
гию в электрическую.
Электрические машины постоянного тока, работающие в ре-
жиме генератора, являются основным источником электричес-
кой энергии постоянного тока. Наряду с обязательными для лю-
бой электрической машины статором и ротором, машина посто-
янного тока имеет особое устройство — коллектор.
Статор — неподвижная часть машины постоянного тока —
выполняется в виде полого цилиндра из ферромагнитного мате-
риала, на внутренней поверхности которого располагаются явно-
выраженные полюса с обмоткой (рис. Т.36). Обмотка питается по-
стоянным током и создает между полюсами постоянное магнит-
ное поле. Если в это поле поместить рамку и вращать ее любым
приводом, то в ней в соответствии с законом электромагнитной
индукции будет наводиться переменная ЭДС, значение которой
зависит от магнитного потока Ф, частоты вращения рамки п и
коэффициента се, определяемого конструктивными параметрами
рамки (длина рамки, число витков и т.д.):
Е=сеФп.	(65)
Ротор (или якорь) — вращающаяся часть машины — является
устройством, на котором размещаются рамки, выполненные в виде
обмотки. Ротор имеет цилиндрическую форму и изготовляется из
тонких штампованных пластин электротехнической стали с паза-
ми на внешней поверхности, в которые укладываются обмотки,
выполненные из медного изолированного провода.
Якорь
Рис. Т.36. Конструктивная схема машины постоянного тока
167
Коллектор, располагаемый на одной оси с ротором, выполня-
ется, как правило, в виде цилиндра с медными изолированными
друг от друга пластинами на его поверхности. Концы каждой рам-
ки соединены с диаметрально противоположными пластинами
коллектора. Отсюда число коллекторных пластин равно удвоенно-
му числу рамок. При вращении ротора по пластинам коллектора
скользят неподвижные щетки, с которых снимается пульсирую-
щее напряжение.
Чем большее количество рамок размещается на роторе, тем
меньше коэффициент пульсации выходного напряжения. Уже при
восьми рамках он составляет всего лишь около 3%.
Обмотки, расположенные на полюсах статора и создающие
постоянный магнитный поток, называются обмотками возбужде-
ния. По способу включения обмоток возбуждения различают сле-
дующие типы машин:
с независимым возбуждением, когда обмотка питается от не-
зависимого источника постоянного тока — рис. Т.37, о;
с параллельным возбуждением (шунтовая машина) — рис.
Т.37, б;
с последовательным возбуждением (сериесная машина) — рис.
Т.37, в;
со смешанным возбуждением (компаундная машина) — рис.
Т.37, г.
Рис. Т.37. Схемы включения обмоток статора в машине постоянного
тока:
а — с независимым возбуждением; б — с параллельным возбуждением; в —
с последовательным возбуждением; г — со смешанным возбуждением
168
. Три последние типа машин не требуют для питания обмоток
возбуждения отдельного источника, поскольку напряжение по-
дается на эти обмотки непосредственно от обмотки якоря. Такие
машины получили название машин с самовозбуждением.
Суть самовозбуждения состоит в том, что магнитная система
машины, будучи однажды намагниченной, сохраняет остаточ-
ную магнитную индукцию. При вращении якоря остаточная ин-
дукция наводит в его обмотках ЭДС, которая и создает первона-
чальный ток в обмотке возбуждения, связанной электрически с
обмоткой якоря. Этот ток усиливает магнитное поле возбужде-
ния и тем самым увеличивает ЭДС в обмотке якоря. Увеличение
ЭДС вызывает дальнейшее увеличение тока возбуждения, что
усиливает магнитный поток полюсов и в свою очередь ведет к
увеличению ЭДС якоря и т.д. Процесс этот продолжается до тех
пор, пока падение напряжения на обмотке возбуждения /ВЛВ (пря-
мая 1 на рис. Т.38, а) не уравновесит напряжение на обмотке
якоря ия = UH0U. Этому равновесию соответствует точка Р на ха-
рактеристике холостого хода (кривая 2).
Наиболее широкое применение в качестве генератора посто-
янного тока нашла машина с параллельным возбуждением. Она
самая экономичная из машин постоянного тока, так как ее об-
мотка возбуждения имеет большое число витков, намотанных
тонким проводом, и ток возбуждения не превышает 5 % от тока
якоря.
Характеристика холостого хода. О магнитных свойствах элек-
трического генератора судят по характеристике холостого хода
£0 = /(/в). Она представляет собой зависимость ЭДС Ео от тока
возбуждения 1В.
Характеристику холостого хода можно рассматривать прибли-
женно и как магнитную характеристику машины Фо(/В). Увеличе-
Рис. Т.38. Характеристики холостого хода генератора постоянного тока:
а — кривые изменения напряжения на обмотке возбуждения (линия 7) и на
обмотке якоря (2); б — кривые изменения ЭДС при ненасыщенной (3) и насы-
щенной {4) магнитной системе генератора
169
ние тока возбуждения ведет к увеличению магнитного потока, а
следовательно, и ЭДС. Причем в начальной части, пока магнит-
ная цепь машины не насыщена, характеристика £0 = /(Л) близка
к прямой линии (кривая 3 на рис. Т.38, б). Намагничивающая сила
обмотки возбуждения полностью расходуется в воздушном зазо-
ре, так как магнитная индукция в ферромагнитном материале
невелика. По мере роста тока возбуждения магнитная индукция
на ферромагнитных участках растет, что ведет к насыщению этих
участков. При этом линейный характер зависимости Ео = /(/в) на-
рушается (кривая 4 на рис. Т.38, б).
По характеристике холостого хода можно судить о степени на-
сыщения магнитной системы генератора. Коэффициент насыще-
ния Ks определяется отношением отрезков АС/АВ (Ks = АС/АВ),
так как отрезок А Охарактеризует ненасыщенную машину, у кото-
рой вся намагничивающая сила расходуется в воздушном зазоре,
а отрезок ВС — падение намагничивающей силы в ферромагнит-
ной части магнитопровода.
При Ks < 1,25 машина насыщена слабо, при Ks = 1,25... 1,75
насыщение машины среднее, при Ks> 1,75 машина насыщена
сильно.
Внешняя характеристика. Второй важной характеристикой ге-
нератора является его внешняя характеристика t/=/(/H) — зависи-
мость выходного напряжения U от тока нагрузки /н.
Внешние характеристики существенно зависят от способа воз-
буждения машины (рис. Т.39).
Кривая 1 соответствует генератору с независимым возбужде-
нием. Уменьшение напряжения при увеличении тока нагрузки
объясняется в основном увеличением падения напряжения на со-
противлении якорной цепи (внутреннем сопротивлении источ-
ника).
Кривая 2 соответствует генератору с параллельным возбужде-
нием. Ее более резкое падение объясняется дополнительным
уменьшением тока возбуждения при уменьшении выходного на-
пряжения.
Рис. Т.39. Внешние характеристики ге-
нератора: с независимым возбуждени-
ем (7), с параллельным возбуждением
(2), со смешанным возбуждением при
согласном (5) и встречном (4) включе-
нии обмоток
170
В машине со смешанным возбуждением и согласным включе-
нием обмоток (обе увеличивают магнитный поток) можно ком-
пенсировать падение напряжения за счет обмотки последователь-
ного возбуждения (кривая 3). При встречном включении обмоток
(намагничивающие силы их направлены встречно) выходное на-
пряжение падает резко (кривая 4), так как магнитный поток со-
здается разностью намагничивающих сил параллельной и после-
довательной обмоток возбуждения.
Процентное уменьшение напряжения при переходе от холос-
того хода к номинальному току нагрузки определяется по фор-
муле
Д1/% = ((^ом-£’о)/^ноМ)ЮО%.	(66)
Двигатель постоянного тока
(к лабораторно-практической работе № 19)
Электрическая машина постоянного тока, работающая в ре-
жиме двигателя, преобразует подводимую электрическую энер-
гию постоянного тока в механическую энергию вращения вала.
Поскольку машина постоянного тока обратима и может рабо-
тать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, конст-
руктивная схема электрического двигателя аналогична схеме ге-
нератора и включает в себя те же основные узлы: статор, ротор и
коллектор. Аналогичны и схемы включения обмоток возбуждения.
В основу работы электрического двигателя положены законы
электромагнитной индукции и электромагнитных сил. В соответ-
ствии с законом Ампера на проводник с током, помещенный в
магнитное поле, действует сила, пропорциональная магнитному
потоку Ф и электрическому току Г.
Г=1Ф1,	(67)
где / — длина проводника (конструктивный параметр).
Если двигатель постоянного тока с параллельным возбуждени-
ем подключить к источнику постоянного напряжения, то в якор-
ной обмотке и обмотке возбуждения появится ток. Намагничива-
ющая сила обмотки возбуждения создает постоянный магнитный
поток Ф, пронизывающий обмотку якоря с током 1Я. Это приво-
дит к возникновению действующего на якорь вращающего мо-
мента
Л/вр = смФ4	(68)
где см — конструктивный коэффициент, т.е. постоянный для дан-
ной машины коэффициент, определяемый ее конструктивными
параметрами-.
171
Как только якорь приходит во вращение и его обмотка начина-
ет пересекать магнитный поток возбуждения Ф, в ней в соответ-
ствии с законом электромагнитной индукции наводится ЭДС, про-
порциональная величине потока Ф и частоте вращения п
Ея = сеФп.	(69)
Наведенная ЭДС направлена навстречу приложенному напря-
жению и стремиться уменьшить ток якоря. В момент пуска двига-
теля и = 0и, соответственно, Е=0. Ток якоря
Ir=U/R,	(70)
велик, так как его сопротивление Ая мало.
Пусковой ток двигателя постоянного тока может превышать
номинальное значение тока якоря в 20 —50 раз, что отрицательно
влияет на надежность его работы — увеличивается искрение кол-
лектора, перегреваются обмотки якоря и нарушается их изоляция.
Поэтому для нормального пуска двигателя используются специ-
альные пусковые реостаты, включаемые последовательно с об-
моткой якоря. В этом случае ток якоря
7я=С//(7?я + Л,р),	(71)
где Rn р — сопротивление пускового реостата.
Как только якорь приходит во вращение, в его обмотках ин-
дуктируется ЭДС и выражение для тока принимает вид
/H = (C/-£H)/(^ + 7?,p).	(72)
Под действием ЭДС ток уменьшается, благодаря чему можно
уменьшать сопротивление Rn р постепенно по мере разгона двига-
теля вплоть до нуля. После выведения из цепи обмотки якоря со-
противления пускового реостата
/я - (и- EJ/R* = (и- С'ФпУ/R*.	(73)
Основными параметрами двигателя являются частота враще-
ния п и развиваемый момент Мвр. Выражение для частоты враще-
ния можно получить из (73):
П = (и- /я7?я)/(сеФ) = и/(сеФ) - Щ(сеФ))1я = п0- \п,	(74)
где л0 = и/(сеФ) — номинальная скорость на холостом ходу; Дл =
= (Дя/(сеФ))7я — уменьшение частоты вращения при увеличении
нагрузки на двигатель.
Из выражения (74) видно, что регулировать частоту вращения
двигателя постоянного тока можно за счет изменения:
подводимого напряжения
сопротивления в цепи якоря;
магнитного потока Ф, т. е. за счет изменения тока возбужде-
ния 1В.
172
Наибольшее применение находит двигатель с параллельным
возбуждением. Оптимальным вариантом изменения частоты вра-
щения такого двигателя является изменение подводимого напря-
жения U. В этом случае частоту вращения можно изменять от но-
минальной (при номинальном напряжении питания) в мень-
шую сторону вплоть до нуля. Регулирование частоты вращения
путем введения дополнительного сопротивления в цепь обмотки
якоря также эффективно, но менее экономично, так как на до-
полнительном сопротивлении расходуется значительная мощ-
ность. Регулирование частоты вращения изменением тока воз-
буждения 1Ъ возможно лишь в большую сторону от номинальной
и в небольшом диапазоне, поскольку при значительном умень-
шении 1В двигатель «идет в разнос» и нарушается его механичес-
кая прочность.
Важнейшее свойство двигателя постоянного тока — способ-
ность плавно изменять свою частоту вращения от нуля до номи-
нальной величины — сделали его основным приводным двигате-
лем транспортных устройств (трамвая, троллейбуса, электропоез-
да, электрокара и др.).
Из уравнения (74) с учетом (68) может быть получено выра-
жение для определения механической характеристики двигателя
постоянного тока с параллельным возбуждением — зависимости
частоты вращения п от момента нагрузки Мн на валу двигателя:
л = Яо-(Ля/(сесмФ2))Л/н.	(75)
Поскольку Лямало, вторая составляющая выражения (75) не-
велика и двигатель с параллельным возбуждением имеет «жест-
кую» механическую характеристику, т.е. его частота вращения
при увеличении нагрузки на валу уменьшается незначительно
(рис. Т.40, а).
Рис. Т.40. Характеристики двигателя постоянного тока:
а — механическая; б — моментная
173
Другой важной характеристикой двигателя является его
моментная характеристика — зависимость развиваемого элект-
ромагнитного момента Мвр от тока якоря 1Я, определяемая выра-
жением (68).
Для двигателя с параллельным возбуждением при постоянном
магнитном потоке Ф (неизменном токе возбуждения /в) моментная
характеристика представляет собой прямую линию (рис. Т.40, б),
т. е. чем больше нагрузка на валу, тем больше ток якоря и развива-
емый электродвигателем момент.
Зная момент на валу Мвр, Н м, и частоту вращения п, об/мин,
двигателя можно вычислить полезную мощность Р2, Вт, и коэф-
фициент полезного действия двигателя т|:
Л = 0,105Л/врл;	(76)
Т] = Л/Л = Р2/Ш,	(77)
где Р{= UI — электрическая мощность, потребляемая двигате-
лем, Вт.
Как изменить направление вращения двигателя постоянного
тока? Из выражения (68) следует, что направление вращающего
момента определяется направлением магнитного потока Ф или
направлением тока в обмотке якоря 1Я. Если просто изменить по-
лярность подводимого напряжения, то изменится и направление
магнитного потока, и направление тока, а это приведет к тому,
что направление вращающего момента не изменится: см(-Ф)(-/я) =
= смФ/я. Значит, для изменения направления вращения якоря не-
обходимо изменить либо направление магнитного потока Ф, т. е.
тока возбуждения /в, либо направление тока в обмотке якоря 1Я.
Осуществляется это с помощью коммутации шунтовой (парал-
лельного возбуждения) или якорной обмотки, в частности, из-
менением подключаемых концов обмоток (Ш1 поменять с Ш2
или Я1 поменять с Я2).
Асинхронный двигатель
(к лабораторно-практической работе № 20)
Асинхронные машины относятся к машинам переменного тока,
питаются синусоидальным током и преимущественно преобразу-
ют энергию переменного тока в механическую энергию, т. е. ос-
новное применение они нашли в качестве двигателей. Асинхрон-
ные двигатели являются основным типом приводных двигателей
в промышленности (приводы металлорежущих станков, насосов,
вентиляторов, подъемных механизмов) и быту (стиральные ма-
шины, холодильники, электроинструмент).
174	(
а	б
Рис. Т.41. Схемы соединения обмоток статора трехфазного асинхронного
двигателя «звездой» (а) и «треугольником» (б)
В зависимости от типа источника питания асинхронные дви-
гатели могут быть трехфазными и однофазными. Трехфазные
машины в основном используются на производстве, однофаз-
ные — в быту.
Асинхронный двигатель имеет самое простое конструктивное
исполнение из всех электрических машин и состоит из двух ос-
новных узлов — неподвижного статора и вращающегося ротора.
Статор выполняют в виде полого цилиндра с пазами на внут-
ренней поверхности. В пазы укладывают обмотку из изолирован-
ного провода. Изготовляют статор из тонких штампованных изо-
лированных электрически друг от друга пластин из ферромагнит-
ного материала. Это позволяет снизить магнитные потери на гис-
терезис и вихревые токи.
Проводники, уложенные в пазах статора равномерно, объеди-
няют либо в три обмотки, оси которых сдвинуты в пространстве
на 120° (трехфазные машины), либо в две обмотки, сдвинутые в
пространстве на 90° (однофазные машины).
Для трехфазных обмоток принято обозначать начала фаз С1,
С2, СЗ, а концы фаз — С4, С5, С6. Обмотки трехфазной маши-
ны могут быть соединены «звездой» или «треугольником». При
соединении фаз «звездой» концы С4, С5,
С6 объединяют вместе, а начала фаз С1,
С2, СЗ подключают к линейным прово-
дам А, В, С (рис. Т.41, а). При соединении
фаз «треугольником» начало С1 соединя-
ют с концом С5, С2 — с С6 и СЗ — с С4.
Образовавшиеся узловые точки подклю-
чают к линейным проводам (рис. Т.41, б).
Ротор асинхронного двигателя выпол-
няют в виде сплошного цилиндра также
из отдельных ферромагнитных пластин. Он
имеет пазы на внешней поверхности, в
которые укладывается обмотка. Обмотка
ротора может быть короткозамкнутой или
фазной.
Рис. Т.42. Короткозамк-
нутая обмотка ротора
асинхронного двигателя
175
Фазный
ротор
Кольца со
щетками
Рис. Т.43. Схема подключения
фазной обмотки ротора асин-
хронного двигателя
Трехфазный
Короткозамкнутую обмотку
(рис. Т.42) выполняют заливкой
реостат	пазов ротора алюминием с зако-
роткой их по торцам кольцами
(беличье колесо).
Фазную обмотку укладывают изолированным проводом в виде
трех фаз, соединенных «звездой». Начала фаз подключают к трем
контактным кольцам, расположенным на оси ротора (рис. Т.43).
Подключение обмотки ротора к ЭЦ осуществляется с помощью
контактных щеток, располагаемых на корпусе и скользящих по
кольцам при вращении ротора.
В основу работы асинхронного двигателя, как и любой другой
электрической машины, положены законы электромагнитной ин-
дукции и электромагнитных сил. Если к трем обмоткам статора,
сдвинутым в пространстве на 120°, подвести три напряжения,
сдвинутые по фазе также на 120°, то на статоре создается враща-
ющееся магнитное поле. Частота его вращения п{, называемая
синхронной, определяется отношением
л, = 60/;/р,
(78)
где f — частота переменного напряжения, подведенного к обмот-
ке статора; р — Число пар полюсов на статоре.
При промышленной частоте /= 50 Гц и одной паре полюсов
(р= 1) максимальная синхронная частота вращения = 3000 об/мин.
Вращающееся магнитное поле статора, пересекая обмотки непод-
вижного ротора, наводит в них ЭДС (в соответствии с законом
электромагнитной индукции). Действующее значение ЭДС в фазе
неподвижного ротора
£>4,44^^™,	(79)
где к2 — обмоточный коэффициент;^ — частота переменной ЭДС
в роторе (равная /,); W2 — число витков в фазе ротора; Фтах —
амплитуда магнитного потока фазы.
Поскольку в асинхронном двигателе (АД) с короткозамкну-
тым (КЗ) ротором обмотки закорочены кольцами по торцам, в
них под действием ЭДС Е2 появляется ток ротора 12. И теперь, по
закону электромагнитных сил (закон Ампера), вращающееся маг-
нитное поле начинает действовать на проводник с током, созда-
вая вращающий момент
176
Л/вр = смФ/2.	(80)
Под действием этого момента ротор приходит во вращение в
направлении вращения поля, как бы стараясь догнать его. Однако
догнать магнитное поле, вращающееся с синхронной частотой п1;
ротор не может, так как в противном случае магнитное поле пе-
рестанет пересекать обмотки ротора, не будет наводить в них ЭДС,
т. е. не будет тока в обмотках ротора, а, значит, не будет и враща-
ющего момента. Следовательно, ротор всегда будет вращаться с
частотой меньше синхронной. Отсюда и название — асинхронный
(несинхронный) двигатель.
При вращении ротора с частотой лещ он «скользит» относи-
тельно поля с частотой л1 - п. Из выражения (78) следует, что
частота ЭДС во вращающемся роторе
fis= («I - «)р/60 = (л, - л)/1/л, =/15,	(81)
где 5= (л, - л)/л( — скольжение ротора.
Для неподвижного ротора 5=1 и / =/ При 5 = 0 /2s = 0, т. е. в
роторе переменная ЭДС не индуктируется.
Из выражения (79) следует, что ЭДС во вращающемся роторе
Е2, = 4,44^^Фтах = 4,44£2/51Г2Фтах = E2S. (82)
Величина скольжения для АД обычно невелика и лежит в пре-
делах от 1 до 5%. Следовательно, даже в худшем случае (5= 0,05)
частота вращения ротора
и = 60/(1 - 5)/р = 3000-0,95 = 2850 об/мин, (83)
т.е. достаточно близка к синхронной.
При нагрузке на валу ротора его частота вращения падает, сколь-
жение растет, увеличивается ЭДС в роторе, растет ток ротора,
повышается развиваемый электромагнитный момент, компенси-
рующий увеличение нагрузки. Однако АД с КЗ ротором имеет до-
статочно «жесткую» (малоизменяющуюся) механическую харак-
теристику п = что и обусловило его применение в качестве
приводного двигателя.
Регулирование частоты вращения АД в соответствии с выра-
жением (83) возможно за счет изменения скольжения 5, частоты
питающего напряжения/ и числа пар полюсов р. В основном при-
меняется регулирование частоты вращения переключением числа
пар полюсов. Этой возможностью обладают так называемые мно-
госкоростные машины, имеющие несколько пар полюсов. В пос-
леднее время получило применение регулирование частоты вра-
щения за счет изменения частоты/ с помощью специальных элек-
тронных преобразователей.
177
Рис. Т.44. Схема
однофазного кон-
денсаторного дви-
гателя
В быту широко используются однофазные.
АД, работающие по тому же принципу, что и
трехфазные. Различие лишь в том, что на ста-
торе однофазного АД размещаются не три, а
две обмотки, сдвинутые на 90° и питаемые то-
ками, сдвинутыми по фазе друг относительно
друга также на 90°. Поскольку к статору одно-
фазного двигателя подводится однофазное на-
пряжение, то для сдвига фаз в обмотках при-
меняются дополнительные устройства. Наибо-
лее простым из них является конденсатор,
включаемый последовательно с одной из об-
моток (рис. Т.44). Он позволяет сдвинуть по фазе токи в обмотках,
а следовательно, и магнитные потоки практически на 90°. Маши-
ны такой конструкции получили название конденсаторных двига-
телей. Как правило, именно они применяются в быту.
Направление вращения ротора определяется направлением
вращения магнитного поля, т.е. порядком чередования фаз (пря-
мой порядок чередования фаз — А, В, С). Отсюда следует, что
для изменения направления вращения ротора (реверса) необхо-
димо изменить порядок чередования фаз, для чего надо поме-
нять местами начала любых двух фаз. Обратный порядок чередо-
вания фаз (например, А, С, В) заставит ротор вращаться в об-
ратную сторону.
В отличие от машин постоянного тока, у которых пусковой
ток при неподвижном роторе может превышать номинальный в
20 — 50 раз, для АД это соотношение равно 4...7, поскольку
обмотки статора имеют значительное индуктивное сопротивле-
ние на переменном токе, ограничивающее пусковой ток. Это,
как правило, не вызывает неприятностей при пуске. Приходит-
ся лишь при проектировании учитывать кратковременное по-
вышение тока, закладывая чуть большее сечение проводов об-
мотки статора. Благодаря этому АД с КЗ ротором обычно пуска-
ют в ход непосредственным подключением к источнику пере-
менного напряжения. У АД с фазным ротором пусковые токи
снижают за счет включения в обмотки ротора через контакт-
ные кольца трехфазного реостата (см. рис. Т.43). Это уменьшает
токи ротора, а следовательно, и токи статора до заданной ве-
личины.
> Одновременное включение большого количества мощных трех-
фазных АД оказывает влияние на сеть, снижая на время пуска
номинальное напряжение. Это сказывается на работе других по-
требителей.
Для исключения такого явления пуск двигателей осуществля-
ется с переключением соединения статорных обмоток со «звез-
ды» на «треугольник». В номинальном режиме двигатель рассчи-
178
тан на соединение «треугольником». При линейном напряжении
380 В это обеспечивает высокое фазное напряжение (380 В), боль-
шие фазный ток и потребляемую, а следовательно, и развивае-
мую мощность.
Если при том же линейном напряжении обмотки соединены
«звездой», то фазное напряжение равно лишь 220 В, соответственно
меньше потребляемый ток и в 3 раза меньше потребляемая мощ-
ность, чем при соединении «треугольником».
ПРИЛОЖЕНИЕ
Общий вид плат № 1 — 9 стендовой панели
Рис. П.1. Плата № 1 — используется для сборки ЭЦ с последователь-
ным, параллельным и смешанным соединением резисторов, а также
для ознакомления с электроизмерительными приборами
Рис. П.2. Плата № 2 — используется для исследований нелинейных
элементов
180
Рис. П.З. Плата № 3 - источники питания трехфазного тока напряже-
нием 36 В и постоянного тока с регулируемым напряжением 0 ... 20 В
Рис. П.4. Плата № 4 - используется для испытаний электрических
. цепей переменного тока, в том числе трехфазных
181
Рис. П.5. Плата № 5 — используется для испытаний магнитной цепи
на постоянном и переменном токе
Рис. П.6. Плата № 6 — используется для испытаний трансформатора
и выпрямителей	(
182
Рис. П.7. Плата № 7 — используется для испытаний полупроводниково-
го усилителя
Рис. П.8. Плата № 8 — используется для испытаний стабилизаторов
напряжения
183
Рис. П.9. Плата № 9 — используется для управления7электрическими
машинами
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Касаткин А. С. Основы электротехники: Учеб, пособие для сред, проф.-
техн. училищ. — М.: Высш, шк., 1986.
2.	Китаев В.Е. Электротехника с основами промышленной электро-
ники: Учебник для проф.-техн. училищ. — М.: Высш, шк., 1985.
3.	Лихачев В.Л. Электротехника: Справочник. — Т. 1. — М.: СОЛОН-Р,
2001.
4.	Новиков П.Н., Кауфман В. Я. Задачник по электротехнике с основа-
ми промышленной электроники. — М.: Высш, шк., 1985.
5.	Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Техническое обслуживание, ремонт
электрооборудования и сетей промышленных предприятий. — М.: Изд.
центр «Академия», 2000.
6.	Электротехника: Учебник для проф.-техн. училищ / А.Я.Шихин,
Н.М. Белоусова, Ю.Х. Пухляков и др.; Подред. А.Я.Шихина— М.: Высш,
шк., 1991.
7.	Электротехника и электроника: Учебник для сред. проф. образова-
ния / Б. И. Петленко, Ю.М.Иньков, А. В. Крашенинников и др.; Под
ред. Б. И. Петленко. — М.: Изд. центр «Академия», 2003.
8.	Ярочкина Г. В., Володарская А. А. Электротехника,— М.: Изд. центр
«Академия», 1998.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие....................................................3
Введение...................................................... 5
РАЗДЕЛ I
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ
Лабораторно-практическая работа № 1 (II, III, IV)
Ознакомление с основными электромеханическими
измерительными приборами и методами электрических
измерений..................................................12
Лабораторно-практическая работа № 2 (II)
Линейная электрическая цепь постоянного тока
с последовательным соединением приемников электрической
энергии....................................................15
Лабораторно-практическая работа № 3 (III, IV)
Линейная электрическая цепь постоянного тока при смешанном
соединении приемников электрической энергии................20
Лабораторно-практическая работа № 4 (IV)
Нелинейные электрические цепи постоянного тока................25
Лабораторно-практическая работа № 5 (II, III, IV)
Последовательное соединение индуктивной катушки и конденсатора
при синусоидальных напряжениях и токах.....................31
Лабораторно-практическая работа № б (IV)
Параллельное соединение индуктивной катушки и конденсатора
при синусоидальных напряжениях и токах.....................37
Лабораторно-практическая работа № 7 (III)
Трехфазная электрическая цепь при активной нагрузке однофазных
приемников, соединенных «звездой»..........................44
Лабораторно-практическая работа № 8 (III доп., IV)
Трехфазная электрическая цепь при реактивной нагрузке
однофазных приемников, соединенных «звездой»...............50
Лабораторно-практическая работа № 9 (III)
Трехфазная электрическая цепь при активной нагрузке однофазных
приемников, соединенных «треугольником»....................55
Лабораторно-практическая работа N 10 (IV)
Трехфазная электрическая цепь при реактивной нагрузке
однофазных приемников, соединенных «треугольником».........61
Лабораторно-практическая работа № 11 (IV)	у
Магнитные цепи на постоянном токе.............................66
186
Лабораторно-практическая работа № 12 (III)
Магнитные цепи на переменном токе............................73
РАЗДЕЛ II
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Лабораторно-практическая работа № 13 (III доп., IV доп.)
Изучение электронной измерительной аппаратуры................79
Лабораторно-практическая работа № 14 (II, III, IV)
Выпрямители..................................................84
Лабораторно-практическая работа № 15 (III, IV)
Двухкаскадный полупроводниковый усилитель....................88
Лабораторно-практическая работа № 16 (IV доп.)
Стабилизаторы постоянного напряжения ........................94
РАЗДЕЛ III
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Лабораторно-практическая работа № 17 (II, III, IV)
Однофазный трансформатор.....................................100
Лабораторно-практическая работа № 18 (II, III, IV)
Генератор постоянного тока................................. 104
Лабораторно-практическая работа № 19 (IV)
Двигатель постоянного тока...................................109
Лабораторно-практическая работа № 20 (II, III, IV)
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.............115
РАЗДЕЛ IV
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Электромеханические измерительные приборы
(к лабораторно-практической работе № 1)..................121
Линейные электрические цепи постоянного тока
(к лабораторно-практическим работам № 2 и 3).............125
Нелинейные электрические цепи постоянного тока
(к лабораторно-практической работе №4)...................128
Линейные электрические цепи переменного тока
(к лабораторно-практическим работам № 5 и 6).............131
Трехфазные электрические цепи
(к лабораторно-практическим работам № 7, 8, 9, 10) ......136
Магнитные цепи
(к лабораторно-практическим работам №11, 12).............143
Электронные измерительные приборы
(к лабораторно-практической работе № 13).................148
Выпрямительные устройства
(к лабораторно-практической работе № 14).................152
Полупроводниковые усилители
(к лабораторно-практической работе № 15).................156
187
Стабилизаторы постоянного напряжения
(к лабораторно-практической работе № 16)................161
Однофазный трансформатор
(к лабораторно-практической работе № 17)................163
Генератор постоянного тока
(к лабораторно-практической работе № 18)................167
Двигатель постоянного тока
(к лабораторно-практической работе № 19)................171
Асинхронный двигатель
(к лабораторно-практической работе № 20) ...............174
ПРИЛОЖЕНИЕ
Общий вид плат № 1—9 стендовой панели...................180
Список литературы..........................................185
Учебное издание
Прошин Владимир Михайлович
Лабораторно-практические работы по электротехнике
Учебное пособие
3-е издание, стереотипное
Редактор Е. М. Зубкович
Технический редактор О. С. Александрова
Компьютерная верстка: Н. В.Денисова
Корректоры И. В. Могилевец, М. В. Дьяконова
Изд. № 103106945. Подписано в печать 30.01.2008. Формат 60x90/16.
Гарнитура «Таймс». Печать офсетная. Бумага тип. № 2. Усл. печ. л. 12,0.
Тираж 5 100 экз. Заказ №25832.
Издательский центр «Академия», www.academia-moscow.ru
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.953.Д.004796.07.04 от 20.07.2004.
117342, Москва, ул. Бутлерова, 17-Б, к. 360. Тел./факс: (495)334-8337, 330-1092.
Отпечатано в ОАО «Саратовский полиграфический комбинат», www.sarpk.ru
410004, г. Саратов, ул. Чернышевского, 59.
ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «АКАДЕМИЯ»
УВАЖАЕМЫЕ ЧИТАТЕЛИ!
ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР
ACADEMA «АКАДЕМИЯ»
ПРЕДЛАГАЕТ ВАШЕМУ ВНИМАНИЮ
СЛЕДУЮЩИЕ КНИГИ:
А.	Н. ГУРЖИЙ, Н. И. ПОВОРОЗНЮК
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ
ИЗМЕРЕНИЯ
Объем 288 с.
Сложность и многофункциональность измерительных устройств
предъявляют высокие требования к подготовке специалистов как
в сфере материального производства, так и в обслуживании изме-
рительной техники. В пособии освещены основы метрологии; спо-
собы и погрешности измерений электрических и неэлектрических
величин, фаз, сигналов, частоты, интервалов времени; строение и
принципы действия измерительных устройств.
Для учащихся учреждений начального профессионального об-
разования.
В.М. НЕСТЕРЕНКО, А.М.МЫСЬЯНОВ
ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОМОНТАЖНЫХ РАБОТ
Объем 592 с.
В пособии приведены материалы по курсу «Технология элект-
ромонтажных работ» для группы профессий электротехнического
профиля. Особое внимание уделено межпредметным связям и те-
оретическому объяснению наиболее сложных вопросов и тем.
Для учащихся учреждений начального профессионального об-
разования. Может быть полезно слушателям курсов, преподавате-
лям и мастерам производственного обучения.
Л. В. ЖУРАВЛЕВА
ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Объем 312 с.	J
В учебнике рассмотрены основные свойства различных клас-
сов электрорадиоматериалов, используемых в производстве ра-
ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «АКАДЕМИЯ»
диоэлектронной аппаратуры: проводников, полупроводников, ди-
электриков, магнитных материалов. Изложены основы физических
явлений, происходящих в них, требования, предъявляемые к этим
материалам, и области их применения.
Для учащихся начальных профессиональных учебных заведе-
ний радиотехнических специальностей и студентов средних про-
фессиональных учебных заведений.
Ю.Д. СИБИКИН
СПРАВОЧНИК ЭЛЕКТРОМОНТАЖНИКА
Объем 336 с.
Справочник содержит основные сведения об устройстве и мон-
таже силового электрооборудования, цеховых электрических сетей
и электроосвещении промышленных предприятий.
Для учащихся начальных профессиональных учебных заведений.
Может быть полезен электромонтажникам и техникам-электрикам.
П.Н. НОВИКОВ, В. Я. КАУФМАН, О. В.ТОЛЧЕЕВ И ДР.
ЗАДАЧНИК ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
Объем 336 с.
В пособии содержатся задачи на применение основных законов
физики и электротехники, а также связанные со спецтехнологией, элек-
троматериаловедением и др. Приведены основные расчетные фор-
мулы, теоретические сведения и подробные решения задач, отражаю-
щих специфику электротехнических объектов. Задачи рассчитаны на )
разный уровень подготовки учащихся, к большинству задач даны ответы.
Для учащихся учреждений начального профессионального обра-
зования и студентов средних профессиональных учебных заведений.
В.	В. МОСКАЛЕНКО
СПРАВОЧНИК ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
Объем 288 с.
В справочнике рассмотрены назначение и технические харак-
теристики основных элементов и устройств систем электрообору-
дования, а также кабельные и электроизоляционные изделия, элект-
рические аппараты, трансформаторы, электрические машины, полу-
проводниковые приборы, преобразователи и осветительные уст-
ройства. Приведены основные сведения по электротехнике, расчет-
ные соотношения для выбора и проверки электрооборудования;
затронуты вопросы электросбережения и электробезопасности.
Для учащихся учреждений начального профессионального об-
разования..
6И5 97
Для подготовки квалифицированных
кадров по профессиям технического
направления рекомендуются
следующие учебники
и учебные пособия:
В. М. Прошин
Рабочая тетрадь к лабораторно-
практическим работам
по электротехнике
П. А. Бутырин, 0. В. Толчеев,
Ф. Н.Шакирзянов
Электротехника
Г. В. Ярочкина, А. А. Володарская
Электротехника. Рабочая тетрадь
Л. И. Вереина
Техническая механика
Издательский центр «Академия»
www. academia-moscow. ru