В. Г. СЕКРЕТ
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ
ЛЕНИНГРАД
1977

В. Г. СЕКРЕТ
ЛАБОРАТОРНЫЕ
РАБОТЫ
по
ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
Допущено Главным управлением
гидрометеорологической службы
при Совете Министров СССР
в качестве учебного пособия
для гидрометеорологических
техникумов
ГИДРОМЕТЕО­
ИЗДАТ
ЛЕНИНГРАД
1977

УДК 621.3: 551.5
Рецензенты:
И. С. Францман
(Харьковский гидрометеорологический техникум)
И. И. Шипов, П. П. Щербина, В. А. Корсаков
(Херсонский гидрометеорологический техникум)
В. М. Завадовский
(НИИ ГМП)
Ответственный редактор
И. И. Еrоренков
(Ростовский-на-Дону гидрометеорологический техникум)
.
• • .:. _4I~}щ ·•
ПриводL~~·;:б~;s1~мс р~бот 'по gj~f#Ьтехнике, электрическим ма­
шинам и источникам электропитания радиоустройств. Кратко излагается
теория исследуемого физического явления, с которым учащиеся должны по­
знакомиться при подготовке к лабораторной работе. Даются методические
указания к выполнению лабораторных работ, а также специальные указания
об использовании на практике исследуемого явления, приборов, электрорадио­
технических устройств и пр.
Предназначается в качестве учебного пособия для учащихся гидрометео­
рологических техникумов и курсовой сети Гидрометслужбы; может быть по­
лезна специалистам, работающим в соответствующих областях.
The paper coпsiders \aboratory works оп electrotechпics, electrical machiпes
апd power supplies for radio-aids. А short notion of the theory of physical
pheпomenon in question is presented with which the students should get ac-
quainted whi\e preparing for laboratory work and specific instructions оп the
practica\ usage of the phenomenon in question, instruments, electroradiotechnical
devices and е. g. are 'given.
It is inteпded as а teaching aid for the students of hydrometeorological
technica\ schools and educational courses оп hydrometeorology; it may Ье useful
for specialists engaged in appropriate spheres of science.
20807-096
С 069(02)-77
6-77
@ Гидрометееиздат, 1977 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время значительно повысился уровень слож­
ности технического оборудования и приборов, используемых на
сети Гидрометслужбы. Для квалифицированного их обслужива­
ния необходимы глубокие знания электротехники и обладание
практическими навыками по электроналадочным и электромон­
тажным работам.
Подготовка кадров для Гидрометслужбы ставит перед тех­
никумами ответственную задачу - непрерывно улучшать мето­
дическое руководство учебным процессом, в том числе и лабо­
раторно-практическими работами.
В учебных программах для гидрометеорологических техни­
кумов наряду с изучением теоретического материала значитель­
ное место отводится лабораторным работам, способствующим
закреплению теоретических знаний и вырабатывающим у уча­
щихся навыки работы с приборами, электрическими машинами
и другой аппаратурой. Поэтому при организации лаборатории
особое внимание должно быть обращено на приближение ла­
бораторных работ к будущей практической деятельности спе­
циалиста.
Предлагаемое учебное пособие состоит из пяти глав. В главе l
содержатся методические указания к выполнению лаборатор­
ных работ и техники безопасности, в главах 2-5 - описание
лабораторных работ соответственно по теоретическим основам
электротехники, электрическим измерениям, электрическим ма­
шинам и источникам питания радиоустройств.
Подбор лабораторных работ определен учебными програм­
мами и требованиями, предъявляемыми к специалистам Гидро­
метслужбы.
В описании каждой лабораторной работы выполнению опы­
тов предшествует краткое изложение теории исследуемого
1*
3

физического явления, с которым учащиеся должны ознакомиться
при подготовке к работе. Этого материала может быть недо­
статочно для полного уяснения вопроса всеми учащимися, по­
этому в описаниях рекомендуется литература, в которой уча­
щиеся могут дополнительно найти пояснения теоретической
части, подробный вывод формул и т. д.
Автор выражает признательность рецензенту И. С. Франц­
ману, научному редактору И. И. Еrоренкову, а также препода­
вателям других техникумов за ряд ценных предложений и за­
мечаний, учтенных в окончательной редакции книги.

ГЛАВА 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1.1. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Ввиду серьезной опасности поражения учащихся электриче­
ским током при выполнении лабораторных работ по электротех­
ническим дисциплинам необходимы прочные знания и строгое
выполнение правил техники безопасности при производстве
электромонтажных и наладочных работ в электроустановках.
Ознакомление с этими правилами и проверка знаний их уча­
щимися проводятся преподавателем на первых 2-3 лаборатор­
ных занятиях. Следует также отметить необходимость регуляр­
ной периодической проверки усвоения учащимися основных пра­
вил через каждые 4-5 занятий, так как по мере усвоения
теоретического материала по курсу глубже осознается смысл
требований этих правил.
Преподаватель на первых занятиях знакомит учащихся с
лабораторией, основным оборудованием, учебными стендами,
всеми источниками питания. Он практически демонстрирует ос­
новные правила сборки схем лабораторных работ, пользования
макетами, измерительными приборами и инструментами, знако­
мит с плакатами по технике безопасности и общим порядком
проведения работ в лаборатории.
Проверку усвоения правил должны пройти все учащиеся без
исключения. Они должны четко представлять действие электри­
ческого тока на организм человека, знать средства защиты от
поражения током и правила первой помощи пострадавшим от
электрического тока.
Учащиеся, приступающие к выполнению лабораторных ра­
бот, после получения инструктажа по технике безопасности рас­
писываются в контрольном журнале.
1. Прежде чем приступить к выполнению лабораторной ра­
боты, необходимо ознакомиться с источником питания лабора­
торной установки, чтобы выяснить наличие опасных для жизни
человека напряжений.
2. Учащиеся, работающие в лаборатории, должны соблюдать
установленные правила и включать лабораторные установки
только с разрешения преподавателя.
3. Категорически запрещается:
а) во время работы при включенных источниках питания
касаться зажимов и оголенных мест проводников (особенно
5

опасно одновременное прикосновение к контактам разной поляр­
ности);
б) применение проводников с поврежденной изоляцией,
скрутка коротких проводников для получения длинных концов
ит.д.;
в) оставлять включенными лабораторную установку, стенд
без присмотра;
г) самостоятельное включение рубильников и осмотр предо­
хранителей на щитках источников общелабораторного питания;
д) самостоятельное исправление повреждений в сети элек­
тропитания (розеток, выключателей и т. п.) и лабораторных
установках.
4. Перед сборкой схемы приборы, реостаты, рубильники,
переключатели и другую аппаратуру следует расставить на ра­
бочем столе так, чтобы не было лишних пересечений проводов
при соединении схемы. Длина соединительных проводников
должна соответствовать расстоянию между соединительными
точками.
5. К:аждая работа должна выполняться только с теми при­
борами, которые предназначены для нее.
6. Перед включением источников питания пределы измере­
ний приборов должны соответствовать ожидаемым максималь­
ным значениям переменных.
7. Прежде чем включить источники питания, необходимо
показать собранную схему преподавателю или лаборанту.
8. Наличие напряжений на различных участках схемы
можно проверять только с помощью измерительных приборов.
9. При обнаружении каких-либо неполадок в лабораторных
установках или источниках питающих напряжений следует не­
медленно отключить схему и сообщить об этом руководителю
занятий.
10. Прежде чем изменять схему или заменять предохрани­
тели при выполнении лабораторного задания, необходимо вы­
ключить питающие напряжения.
11. После выполнения задания выключить питающее напря­
жение и затем привести лабораторную установку в состояние,
соответствующее ее первоначальному виду.
12. Запрещается самостоятельно производить какие-либо
соединения в схеме, не оговоренные в описании лабораторной
работы.
13. Ввиду открытого исполнения большинства электродви­
гателей лаборатории необходимо особо остерегаться, чтобы
одежда или соединительные провода между переносной ап­
паратурой и машинами не были захвачены вращающимися ча­
стями.
14. При работе с вращающимися агрегатами следует соб­
людать особую осторожность, особенно при измерении скорости
их вращения.
6

15. При работе с цепями переменного тока, содержащими
последовательно соединенные индуктивности и емкости, следует
помнить, что напряжение в некоторых случаях может намного
превышать напряжение источника питания.
16. Перед началом работы все имеющиеся в схеме реостаты
полностью ввести, а потенциометры - вывести.
17. После снятия напряжения со схемы не следует сразу
прикасаться к выводам конденсаторов, так как на них дли­
тельное время остается рабочее напряжение. Отключенные кон­
денсаторы надо разрядить специальным разрядником.
18. После выполнения лабораторного задания необходимо
полученные результаты измерений показать преподавателю и
после их утверждения приступить к разборке исследуемой
схемы. При этом соединительные провода аккуратно сложить
в ящик рабочего стола, приборы установить на свои места.
19. При несчастных случаях с людьми следует немедленно:
а) освободить пострадавшего от воздействия электрического
тока. Для этого необходимо быстро отключить напряжение; если
выключатель находится далеко, оттянуть пострадавшего от ис­
точника напряжения. Оттягивать пострадавшего следует за
концы одежды, не прикасаясь к его телу незащищенными ру­
ками;
б) сразу же после освобождения пострадавшего от действия
электрического тока необходимо вызвать скорую медицинскую
помощь, уложить его, освободив от стесняющей дыхание одежды,
и в случае необходимости приступить к оживлению организма
(восстановление дыхания и работы сердца). Для этого необ­
ходимо применять два основных ц,риема: проведение искусствен­
ного дыхания и поддержание искусственного кровообращения
путем ритмичного подавливания на переднюю часть грудной
клетки.
20. При уходе из лаборатории необходимо убедиться в том,
что источники питания и вспомогательные приборы (осцилло­
графы, частотомеры, преобразователи, выпрямители, паяльники
и др.) выключены.
1.2 . ОПИСАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Для выполнения лабораторных работ учащимся предостав­
ляется одно рабочее место на два-три человека. Рабочее место
должно отвечать всем требованиям техники безопасности. При
небольшой занимаемой стендом площади помещения он должен
быть вместительным и удобным для работы. Для обеспечения
фронтального метода проведения лабораторных работ стенд
должен быть универсальным, что позволит при необходимости
легко менять приборы и принадлежности для лабораторных
работ.
7

Верх стола стенда следует покрыть линолеумом или пласти­
ком для того, чтобы легко можно было поддерживать чистоту.
При выполнении лабораторных работ на стендах должно на­
ходиться только то, что непосредственно относится к выполняе­
мой работе. Тщательный подбор измерительной аппаратуры
имеет большое значение для качества выполнения работы.
Использование неисправных приборов приводит к большим по­
грешностям при измерениях, что существенно сказывается на
результатах эксперимента. Нежелательно использование мо­
рально устаревшей аппаратуры.
1.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА УЧАЩИХСЯ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
С целью получения максимальной эффективности в усвоении
учащимися программного материала по курсу рекомендуется и
тщательно контролируется предварительная подготовка уча­
щихся к лабораторным работам. Для этого преподаватель за
3-4 дня до проведения определенной лабораторной работы зна­
комит учащихся с темой работы, рекомендует соответствующую
литературу с конкретным указанием страниц или разделов ис­
точников. Обычно это происходит по окончании предыдущей
лабораторной работы.
Самостоятельная предварительная подготовка учащихся
включает в себя следующее:
l) изучение теоретического материала, на практическое
усвоение и закрепление которого направлено проведение лабо­
раторных работ;
2) изучение цели и порядка проведения лабораторной ра­
боты;
3) подготовку рабочих тетрадей для лабораторных работ:
вычерчивание схем, таблиц или запись необходимых расчетных
формул, справочных данных по физическим константам и раз­
мерностям.
Неподготовленные в таком объеме учащиеся к участию
в проведении лабораторных работ не могут быть допущены, так
как проведение лабораторных работ не является самоцелью,
а эффективность участия в работе таких учащихся равна нулю.
Кроме того, такие учащиеся обычно являются потенциальными
нарушителями правил техники безопасности.
1.4 . ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТОЯ
НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ И ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЕ
Допущенная к выполнению лабораторной работы бригада
в первую очередь знакомится с лабораторной установкой или
стендом. Распределив между собой обязанности, учащиеся под­
бирают необходимую вспомогательную аппаратуру и монтаж­
ные приспособления согласно перечню необходимых средств
8

к каждой лабораторной работе, приведенному в настоящем по­
собии. Затем они расставляют аппаратуру и приступают к мон­
тажу схемы, соблюдая основные указания, приведенные в п. 1.1.
После проверки монтажа схемы преподавателем или лаборан­
том учащиеся выполняют работу согласно указаниям настоя­
щего пособия.
Если лабораторный стенд универсальный, т. е. служит рабо­
чим местом для нескольких разнородных работ, тогда перед
учащимися стоит более трудная, но и более интересная за­
дача - выбрать из имеющейся аппаратуры именно ту, которая
необходима для данной работы. Приборы следует подбирать
так, чтобы значения измеряемых величин находились в преде­
лах 20-80% шкалы прибора.
1.5 . РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СБОРКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Хорошо продуманный и тщательно выполненный монтаж
(сборка) схемы лабораторной работы облегчает проверку его,
создает необходимые удобства при экспериментировании и пре­
дохраняет неопытных экспериментаторов от поражения электри­
ческим током.
При выполнении монтажа схем лабораторных работ руко-
водствуются:
а) принципиальной схемой, приведенной в задании;
б) удобством расположения приборов и аппаратов;
в) правилами техники безопасности, приведенными в п. 1.1.
Очень важно, чтобы монтаж был по возможности простым,
регуляровочная и пусковая аппаратура была доступной для
управления и обеспечивала бы максимальную оперативность и
безопасность. Измерительная аппаратура должна располагаться
так, чтобы удобно было производить отсчеты по возможности
с одного места.
Приборы электродинамической и электромагнитной систем
следует располагать вне сферы влияния магнитных полей кату­
шек и реостатов с большим числом витков и проводов с боль­
шими токами.
Сечение соединительных проводов должно быть рассчитано
на длительное прохождение максимального тока в цепи, а изо­
ляция - на отсутствие пробоя между отдельными элементами
схемы и корпусом. Соединительные провода не должны закры­
вать шкалы измерительных приборов, недопустимо также их
натянутое состояние. Все места соединений проводов с элемен­
тами схемы должны иметь хороший контакт и надежно закре­
пляться в зажимах.
При переносе чувствительных приборов их необходимо арре­
тировать или ставить перемычки между входными клеммами,
если приборы не имеют арретиров.
9

Измерительные приборы необходимо располагать в соответ­
ствии с указаниями на шкале - горизонтально или вертикально.
Монтаж лабораторных работ удобнее производить следую­
щим образом. Руководствуясь принципиальной схемой лабора­
торной работы, необходимо начать сборку главной последова­
тельной цепи схемы от одного зажима источника питания и за­
кончить ее на другом зажиме источника. Затем к этой цепи
в соответствующих принципиальной схеме местах присоединя­
ются все параллельные цепи. Участвовать в монтаже схемы
должны все члены бригады следующим образом: один участок
схемы собирает первый учащийся, а остальные его проверяют;
другой участок схемы собирает второй учащийся, а остальные
опять-таки его проверяют и т. д. Таким образом, учащимся
предоставляется возможность получить навыки по выполнению
монтажа электрических схем.
1.6 . ВКЛЮЧЕНИЕ СХЕМЫ ПОД НАПРЯЖЕНИЕ И ПРОВЕДЕНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ
Каждая собранная учащимися схема лабораторной ра­
боты обязательно должна быть показана руководителю работ,
и только после его разрешения на нее может быть подано на­
пряжение.
При включении схемы под напряжение необходимо сразу
обратить внимание на показания электроизмерительных прибо­
ров. Если стрелка какого-либо прибора не отклоняется, это ука­
зывает или на обрыв цепи, или на неправильное присоединение
входа прибора. В первом случае следует проверить соответст­
вующую цепь, а во втором - поменять местами концы присое­
диненных к прибору проводов. В обоих случаях схему необхо­
димо отключить от источника питания и после этого устранить
неисправность. Затем на схему снова подают напряжение и про­
изводят пробный опыт, не записывая, а только наблюдая за по­
казаниями приборов, т. е. проверяют правильность собранной
схемы и соответствие пределов измерений электроизмеритель­
ных приборов.
Перед проведением измерений следует проверить установки
стрелок приборов на начальные отсчеты шкал. Если стрелка
какого-либо прибора отклоняется от нулевого отсчета, ее при по­
мощи корректора устанавливают в правильное положение.
После этого выполняют требуемый опыт и записывают показа­
ния приборов в таблицы рабочих тетрадей. Проводить любой
отсчет можно после того, как стрелка прибора успокоилась. Так
как в большинстве работ приходится делать одновременно от­
счеты по нескольким приборам, то для наблюдения за каждым
из них назначается определенный учащийся, ведущий свою
запись показаний. Отсчеты показаний следует проводить очень
внимательно; они делаются одновременно со всех приборов по
10

команде одного из членов бригады. При отсчетах необходимо из­
бегать ошибок на параллакс.
Для построения графиков необходимо сделать 7-8 отсчетов.
По окончании опыта все записи сводятся в общую таблицу, по
которой строится график.
На столе должно быть выделено место для записи резуль­
татов опыта, вычерчивания графиков и составления таблиц.
Следует ко всякому измерению относиться критически, не­
обходимо выработать привычку проверять измерения расчетом,
повторными измерениями и сопоставлением полученных экспе­
риментальных данных с предполагаемыми теоретически. При вы­
полнении работы необходимо проявлять творческую активность
и самостоятельность.
По окончании опыта, не разбирая схемы, проверяют запи­
санные результаты. Для этого на листах миллиметровой бумаги
строят оси координат и в удобном масштабе по осям отклады­
вают полученные при опыте значения измеренных параметров.
Получают несколько точек, которые соединяют друг с другом
плавной линией. Если часть точек при этом резко выпадает за
пределы линии, то это указывает или на отсутствие навыков
у учащегося, проводящего соответствующий замер, или на нали­
чие помех во время опыта. Выпавшие точки легко могут быть
проверены повторным экспериментом и график исправлен. Полу­
ченные результаты необходимо показать преподавателю.
1.7 . СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА
После выполнения лабораторной работы учащиеся оформ­
ляют результаты экспериментов в виде отчета. Отчет составля­
ется каждым учащимся индивидуально на основе записей
в своей рабочей тетради. Содержание отчета оговаривается
в описании каждой конкретной лабораторной работы настоя­
щего пособия.
Отчет выполняется чернилами на стандартных листах бу­
маги. Схемы и графики вычерчиваются аккуратно чертежным
карандашом и с помощью чертежных принадлежностей. Все
схемы должны быть выполнены согласно стандартным обозна­
чениям.
На графиках обозначают, к какому опыту и какой таблице
наблюдений они относятся, а на осях координат обязательно
указывают, какая величина отложена и в каких единицах она
измеряется. Масштаб графиков должен быть удобным для по­
строения и использования.
В одних осях координат можно строить несколько кривых,
если их соседство увеличивает наглядность и облегчает сопо­
ставление, например рабочие и механические характеристики
двигателей и др.
11

Для удобства использования графика его размеры по осям
абсцисс и ординат выбираются так, чтобы отношение между
ними было не более 1,5 : 1. На рис. 1 приведен пример построе­
ния графика.
Может случиться, что через полученные при опыте точки
нельзя провести плавную кривую так удачно, как это показано
и8
на рис. 1, и при соединении всех
ЗбD -~- ----- ---~
точек получится зигзагообразная
линия, показанная пунктиром.
В этом случае следует провести
плавную кривую, захватываю­
щую наибольшее число точек или
занимающую среднее положение
между ними.
В заключении отчета на осно­
вании полученных эксперимен­
тальных данных следует сделать
120 t----+ ,f, ----+- --+-- -+--~ -+--_ _ _ _ _ _ ,
краткие выводы, содержащие
, объяснение полученных результа­
тов с точки зрения теории.
О24б810121А
Рнс. 1. Пример построения гра­
фика.
В качестве наглядного руководства по оформлению отчета
по лабораторной работе для учащихся в лаборатории вывеши­
вается образцовый отчет.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Nt 1
Ознакомление с порядком выполнения лабораторных работ,
аппаратурой и измерительными приборами
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Лабораторный стенд
.
2. Амперметр типа Э-59
3. Вольтметр типа Э-59
4. Ваттметр типа Д-539
5. Фазометр типа Д-578
6. Реостат типа РПШ-1
7. Резистор типа ПЭ-150-11 на 30 Ом
8. Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)
.
.
9. Провода соединительные марки ШРПС сечением
1,5 мм2, длиной 0,5-1 м .
Цель работы
1 шт.
3 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
1 шт.
16 шт.
Изучение порядка выполнения лабораторных работ. Приоб­
ретение практических навыков в сборке простых электрических
схем с включением измерительной аппаратуры.
Задание
1. Усвоить правила техники безопасности при выполнении
лабораторных работ по электротехническим дисциплинам.
2. Ознакомиться с устройством лабораторного стенда и его
элементов.
3. Ознакомиться с правилами включения амперметра, вольт­
метра, ваттметра, фазометра, лабораторного автотрансформа­
тора (ЛАТРа) и реостатов.
4. Научиться определять цену деления шкалы многопредель­
ного прибора.
13

5. Собрать электрическую схему, изображенную на рис. l .9,
и измерить напряжения, токи и мощность приемников электри­
ческой энергии.
6. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Перед началом лабораторных работ каждый учащийся про­
ходит инструктаж по технике безопасности и расписывается
в специальном журнале.
Лаборатория электротехники может быть оснащена стендами
разных типов, которые различаются лишь конструктивно. Эле­
менты (блоки) стендов, как правило, типовые.
При изучении стенда прежде всего необходимо ознакомиться
с источниками питания и способами включения и выключения
их, а затем, снимая поочередно блоки, изучить устройство по­
следних.
При исследовании электрических процессов чаще всего не­
обходимо измерять силу тока и напряжение. Для этого служат
амперметры и вольтметры. Амперметры включаются в цепь по­
следовательно с нагрузкой, а вольтметры - параллельно ей или
тому участку, на котором необходимо измерить напряжение.
Наиболее распространенными являются приборы электромаг­
нитной системы, так как ими можно производить измерения в це­
пях как постоянного, так и переменного тока.
Недостатком приборов электромагнитной системы является
неравномерность шкал. Наиболее точные показания они дают
в пределах 20-80% шкалы, остальная часть шкалы является
нерабочей. Если стрелка включенного амперметра или вольт­
метра находится в нерабочей части шкалы, необходимо пере­
ключателем, находящимся в верхней части прибора, изменить
предел измерения. При этом цифра против указателя переклю­
чателя означает предел измерения.
На рис. l. l изображен многопредельный амперметр типа
Э-59. Переключатель установлен в положение, при котором пре­
дел измерения 0,5 А.
При использовании многопредельного прибора перед измере­
нием необходимо определить цену деления. Для этого установ­
ленный предел измерения прибора делят на число делений
шкалы.
Для определения значений тока или напряжения необходимо
количество делений, указанных стрелкой прибора, помножить
на определенную ранее цену деления шкалы. Амперметр, изо­
браженный на рис. 1.1, показывает силу тока
/ = ~g .18=0,18 А.
14

Если измеряемое значение неизвестно даже ориентировочно,
предел измерения прибора устанавливают наибольшим.
Перед началом измерений стрелку прибора с помощью кор­
ректора устанавливают на нуль шкалы. (Винт корректора на­
ходится на лицевой стороне прибора.)
Следует иметь в виду, что у логометрических приборов
корректора нет. Стрелки у таких приборов, если они не вклю­
чены, могут находиться в любом положении. Например, та1шм
прибором является мегомметр.
2
4
Рис. \.\. Амперметр типа Э-59.
J - шкала, 2 - клеммы, З - переклю·
чс1тел:ь предела измерения, 4 - nннт
корректора.
Рис. 1.2 . Ваттметр типа Д-539.
J-
. клеммы
оuмотtш напряжения, 2 - пере­
ключатель предела измерения по напряжевню,
З - клеммы токовой 06\tотки.
Для измерения мощности в электрических цепях служит
ваттметр, состоящий из двух приборов: прибора, измеряющего
силу тока, т. е. амперметра, и прибора, измеряющего напряже­
ние, т. е. вольтметра. На рис. 1.2 показан ваттметр типа
Д-539.
Таким образом, ваттметр имеет две обмотки: токовую, ко­
торая включается последовательно, и обмотку напряжения, ко­
торая включается параллельно. У зажимов токовой обмотки
ставят индекс «/» или значение допустимого для нее тока,
а у зажимов обмотки напряжения ставят индекс «И». Кроме
того, генераторные (входные) зажимы обозначаются звездочкой.
Такая маркировка зажимов необходима для правильного вклю­
чения обмоток. При неправильном включении обмоток ватт­
метра стрелка прибора будет отклоняться влево от нуля.
На рис. 1.3 показана схема включения ваттметра.
Цена деления ваттметра вычисляется следующим образом.
Значение напряжения, против которого стоит указатель преде­
лов измерения по напряжению, умножается на значение тока,
обозначенное у используемого зажима токовой обмотки. Затем
полученное произведение делится на число делений шкалы.
15

Например, цена деления ваттметра, включенного по схеме, изо­
браженной на рис. 1.3 6,
n=
75
•
2
•
5
125 В
150
'
т.
При выборе пределов измерения по току и напряжению сле­
дует руководствоваться общими правилами включения прибо­
ров, при этом следует иметь в виду, что чувствительность ватт­
метра при использовании клеммы «2,5 А» больше, чем при ис­
пользовании клеммы «5 А».
и
и
Рис. 1.3 . Схема включения ваттметра.
Рис. 1.4 . Фазометр типа
Д-578.
@
@@@
Iо а1008 12782208
М ~Прием11ик
@5А IOA Генератор
@
•
•и
Если стрелка включенного ваттметра отклоняется влево от
нуля, необходимо перевести переключатель 2 (рис. 1.2) на пре­
дел измерения с противоположным знаком.
Для измерения угла сдвига фаз между током и напряже­
нием служит фазометр (рис. 1.4). Он включается в цепь так
же, как ваттметр, однако имеет дополнительный переключатель
с двумя фиксированными положениями: «Генератор» и «Прием­
ник». При измерении угла сдвига фаз между напряжением и
током потребителя переключатель ставят в положение «При­
емник».
Фазометр типа Д-578 имеет две шкалы: верхняя - шкала
углов, нижняя - шкала косинусов углов.
Для регулировки си.'lы тока в исследуемых электрических
цепях применяются реостаты лабораторного типа. На рис. 1.5
показан реостат типа РПР-10. Цифра в обозначении типа озна­
чает допустимый ток реостата в амперах.
Существуют две схемы включения реостата: последователь­
ная (рис. l.6 а) и параллельная (рис. l.6 6).
Последовательная схема включения реостата применяется
в тех случаях, когда сопротивление реостата сравнимо с сопро­
тивлением нагрузки. Параллельная схема включения реостата
16

применяется в тех случаях, когда сопротивление нагрузки во
много раз больше сопротивления реостата. Эта схема позво­
ляет менять напряжение на сопротивлении нагрузки от нуля
2
7
Рис. 1.5 . Общий вид лабораторного реостата типа РПР-10.
1
-
ползунок; 2
-
направляющая; З. 6, 7 - клеммы;
4
-
каркас; 5
-
об-
мотка; 8
-
стопорный винт.
до полного напряжения источника, поэтому реостат, включен­
ный по параллельной схеме, принято называть потенциометром,
или делителем напряжения.
При использовании рео­
стата в качестве потенцио­
метра следует иметь в виду:
если отключить нагрузку,
то через реостат будет про­
ходить ток, вызывая его на­
грев, т. е. потерю энергии.
Регулировка сопротив-
ления реостата легко уяс­
няется по схеме его вклю-
чения.
[))
Рис. 1.6 . Схемы включения реостата.
На электрических стендах имеются двойные реостаты типа
РСПС, которые имеют два керамических цилиндра, т. е. две
обмотки и два движка. Движки таких реостатов спарены, т. е.
i
___ JJ
Рис. 1.7 . Электри­
ческая схема рео­
стата типа РСПС.
2 Заказ.No17 [. 3993О
flJ
1и2=0+1sов
{lw-------------{i1e
Рис. 1.8 . Электрическая схема ав­
тотрансформатора.
17

имеют общую каретку, при перемещении которой скользят по
обмоткам одновременно. На рис. 1.7 показана электрическая
схема реостата типа РСПС.
Для измерения напряжения, подаваемого на исследуемую
схему, на лабораторных стендах установлены автотрансформа­
торы (ЛАТРы) (рис. 1.8).
Автотрансформатор имеет штепсельную вилку для включе­
ния в розетку с напряжением 220 В. С левой стороны ЛАТРа
имеются клеммы для подключения нагрузки. К выходным клем­
мам автотрансформатора подключен вольтметр, показывающий
напряжение на его выходе. Ручка регулировки напряжения рас­
положена сверху. При включении автотрансформатора ручка
регулировки должна быть повернута против часовой стрелки
в крайнее положение. При этом напряжение на выходе авто­
трансформатора равно нулю.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с лабораторным стендом и измеритель­
ными приборами. Записать их технические данные.
2. Собрать схему (рис. 1.9) и представить ее руководи­
телю для проверки. Перед сборкой схемы необходимо найти и
Рис. 1.9 . Электрическая схема для лабораторных
исследований.
отобрать все ее элементы. Пределы измерений приборов должны
быть наибольшими, а стрелки их с помощью корректоров по­
ставлены на нуль. При сборке электрической схемы необходимо
придерживаться следующих правил:
1) начинать сборку схемы следует от зажимов источника;
2) в первую очередь нужно собирать цепь, состоящую из
последовательно соединенных элементов;
3) после сборки последовательной части схемы подключа­
ются все параллельно включаемые элементы.
При этом, чтобы исключить ошибки в сборке, следует руко­
водствоваться тем, что любой элемент цепи имеет два зажима.
Один из зажимов, если он соответственно не обозначен, надо
принять входным, тогда противоположный зажим считается вы­
ходным.
18

Если при включении электрической цепи перегорает предо­
хранитель, то это означает, что в цепи был ток выше допусти­
мого значения. В таких случаях необходимо выключить схему,
проверить правильность ее сборки и выбора ее элементов.
Часто наблюдается неисправность, которая выражается
в виде отсутствия тока в цепи. В этом случае для обнаружения
места разрыва цепи необходимо иметь вольтметр с соответст­
вующим пределом измерения или контрольную лампу. Обнару­
жение места неисправности цепи начинается с проверки предо­
хранителей. Для этого вольтметр или контрольную лампу одним
концом подсоединяют к клемме сети «О», а другим концом по­
очередно притрагиваются к клеммам сети с обозначениями «А»,
«В» и «С». Если при каждом прикосновении вольтметр показы­
вает напряжение (или лампа загорается), то все три предохра­
нителя исправны. Затем один конец оставляют подключенным
к одному из зажимов источника, а другим концом последова­
тельно дотрагиваются до зажимов всех элементов цепи, начи­
ная со второго зажима источника. Как только обнаружится
зажим, при подсоединении к которому вольтметр ничего не по­
казывает (лампа не горит), это будет означать, что цепь нару­
шена на участке между данным и предыдущим зажимами.
3. Меняя напряжение на входе цепи, измерить мощность,
напряжения и токи в ветвях схемы. Пределы измерений прибо­
ров должны быть выбраны соответствующим образом. Резуль­
таты измерений записать в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Измерение мощности, напряжения и токов
и,
и,
р
-н !,
/1
.No пп.
Примечание
в
в
Вт
А
А
4. Разобрать схему. Разборку следует начинать от зажимов
источника, предварительно его выключив.
5. Составить отчет о выполненной работе. Рекомендации
по оформлению отчета приведены в п. 1.7 настоящего пособия.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как устроен лабораторный стенд?
2. Как пользоваться вольтметрами и амперметрами?
3. Как нользоваться ваттметрами и фазометрами?
4. Как определить цену деления мноrопредельных амперметра, вольт­
метра и ваттметра?
5. Как пользоваться реостатом?
2*
19

6. Как пользоваться автотрансформатором?
7. Как правильно осуществить монтаж эле[{трической схемы?
8. Какие моrут быть неисправности в электрической цепи и как их об­
наружить?
9. Как оформляется отчет по лабораторной работе?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические данные используемых приборов.
2. Электрические схемы соединений.
3. Результаты наблюдений и вычислений.
4. Оценка полученных результатов и выводы.
Литература: [1], с. 114-118, 543-547; [3], с. 191-221 .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 2
Источник э. д. с. в режимах источника и приемника
электрической энергии
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания постоянного тока типа
БАС-Г-60-У-1,3 напряжением 25-70 В
.
2 шт.
2. Миллиамперметр постоянного тока с нулем по-
середине шкалы и пределами 60-0 -60 мА
3 шт.
3. Резистор 500 Ом
1 шт.
4. Резистор 400 Ом .
1 шт.
5. Резистор 300 Ом .
1 шт.
6. Вольтметр щитовой магнитоэлектрический по-
стоянного тока на 75 В.
l шт.
7. Двухполюсный переключатель на 5 А .
2 шт.
8. Провода соединительные многожильные типа
ШРПС сечением 1,5 мм 2 .
15 шт.
Цель работы
Доказательство опытом положения, что один и тот же ис­
точник может работать как в режиме источника энергии, так
и в режиме потребителя. Приобретение практических навыков
в сборке электрических схем и пользовании электроизмеритель­
ными приборами.
Задание
1. Провести опыты по доказательству правильности законов
Кирхгофа.
2. Расчетным путем определить силу тока в каждом участке
цепи.
3. Опытным путем определить силу тока в каждом участке
цепи; результаты опыта сравнить с расчетными.
20

4. Определить режимы работы источников питания при
Е1=Е2, Е1>Е2 и Е1<Е2.
5. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
На практике часто встречаются цепи с несколькими источ­
никами э. д. с. В зависимости от того, как они включены, они
могут работать в различных режимах. Для примера рассмот­
рим цепь, изображенную на рис. 2.1 .
В цепи с двумя источниками
(Е 1 и Е2) силу тока можно опреде- Б
лить, пользуясь методом наложе­
ния. В этом случае сила тока в каж­
дом участке цепи определяется как
алгебраическая сумма сил токов,
создаваемых каждым из источни­
ков, действующих независимо друг
от друга при неизменном сопротив­
лении цепи.
При наличии в цепи только од­
ного первого источника (Е 1) сила
тока в цепи определяется по закону
Ома:
I'=
Е1
ro1+ro2+R
Рис. 2.1. Схема включе-
ния источников питания
на общую нагрузку.
Направление тока /' совпадает с направлением э. д. с. Е 1.
При наличии в цепи только одного второго источника (Е2)
сила тока в цепи определяется следующим образом:
!"=
Е2
ro1+ro2+R
Направление тока /" совпадает с направлением э. д. с. Е2.
Действительный ток в цепи при действии двух э. д. с. (Е1
и Е2) определяется как алгебраическая сумма сил токов. Если
источники включены согласно, т. е. их э. д. с. направлены оди­
наково, сила тока определяется как
I=l'-j--l"=
Е1+Е2
ro1+ro2+R'
где/'-
ток в цепи при действии только э. д. с. Е1, а Е2=0;
!"-
ток в цепи при действии только э. д. с. Е.2, а Е1 =0.
Если же источники включены встречно, т. е. их э. д. с. на­
правлены друг против друга и притом Е 1 >Е2 , сила тока в цепи
определяется как
l=l'-I"=
Е1-Е2
ro1+ro2+R
Направление тока / совпадает с направлением большей э. д. с.
21

(Е 1 ). Из уравнения видно, что при встречном включении источ­
ников ток в цепи возможен только при условии неравенства
э. д. с. (Е1 =l=E.2).
Электродвижущая сила, направленная противоположно току
в цепи, называется противоэдс, или встречной э. д. с.; в рассмот­
ренном случае это будет э. д. с. Е2.
Источник Е 1 работает в режиме генератора, так как разви­
ваемая им мощность Ри=IЕ 1 , за вычетом мощности l 2 ro,, пол­
ностью отдается во внешнюю по отношению к нему цепь. Эта
мощность расходуется в сопротивлении R и втором источнике
Е2. Мощность Е2 /, получаемая вторым источником от первого,
преобразуется в нем в химическую или механическую энергию -
в зависимости от устройства источника. Если это аккумулятор,
то он будет заряжаться; электрогенератор будет работать в ре­
жиме двигателя. Таким образом, в рассмотренном случае вто­
рой источник работает в режиме потребителя электрической
энергии.
Следует отметить, что если источник работает в режиме ге­
нератора, то напряжение на его зажимах меньше э. д. с.
( И <Е), а направление тока совпадает с направлением э. д. с.;
если же источник работает в режиме потребителя, то напряже­
ние на его зажимах больше э. д. с. ( И> Е), а ток, проходящий
через такой источник, имеет направление, противоположное по
отношению к э. д. с. этого источника.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с оборудованием, измерительными прибо­
рами и источниками питания, необходимыми для выполнения
работы.
[!
2. Записать основные технические данные оборудования.
3. Собрать схему, изобра­
женную на рис. 2.2, и пока­
зать ее руководителю для про­
верки.
4. Для предстоящего опы­
та установить Е1=25 В и Е2=
=25 в.
Рис. 2.2. Схема для исследования
цеии с двумя источниками питания.
5. Установить переключатель П 1 в положение «а», П2 -
в положение «6», выполнив условие Е1 =25 В, Е2 =0.
6. Изменить ток /' в цепи, по отклонению стрелки милли­
амперметра зафиксировать его направление.
7. Установить переключатель П 1 в положение «6», а пере­
ключатель П2 - в положение «а», выполнив условие Е 1 =0,
Е2=25 В.
22

8. Измерить ток в цепи / 11 , зафиксировав его направление.
9. Установить переключатели П 1 и П2 в положение «а»,
выполнив условие Е1 =25 В; Е2=25 В.
10. Убедиться, что ток в цепи l=l'+l"=O.
11. В схеме (рис. 2.2) поменять полярность источника Е2,
т. е. осуществить согласное включение источников El и Е2 при
Е1=Е2.
12. После проверки схемы руководителем проделать опыт
при согласном включении источников поп. 5-10.
13. Результаты опытов записать в табл. 2.1 .
Таблица 2.1
Исследование режима работы источников питания
Измеренные величины
Вид включения
Е,
Е,
и,
и,
['
["
/
Режим работы
источников
источников питания ---- --
--------
питания EI
ElнЕ2
иЕ2
в
в
в
в
А
А
А
Встречное
1
El-
при Е1=Е2
Е2-
Согласное
1
EJ-
при Е1=Е2
Е2-
Встречное
El-
при Е1<Е2
Е2-
14. Собрать схему с встречным включением источников пи­
тания El и Е2 при Е1=25 В, Е:1.=45 В.
15. После проверки схемы руководителем проделать опыт
при встречном включении по п. 5-1 О. Убедиться, что при встреч­
ном включении источников э. д. с. (П 1 и П2 в положении «а»)
сила тока в цепи равна алгебраической сумме сил токов:
f=f"-1'.
16. При встречном включении источников измерить напря­
жение на их зажимах. Измеряя напряжение на первом источ­
нике, обратить внимание на его полярность. При нормальном
присоединении вольтметра («плюс» вольтметра - к положитель­
ному зажиму источника, «минус» - к отрицательному) стрелка
отклоняется влево от нуля; это значит, что источник питания
Е 1 поменял полярность, т. е. потенциал на клемме «минус»
больше, чем потенциал на клемме «плюс».
2:-1

Известно, что ток течет от точки с большим потенциалом
к точке с меньшим потенциалом. Вывод: через источник El те­
чет ток встречно по отношению к э. д. с. Е1, а это значит, что
источник питания Е 1 работает в режиме потребителя, потребляя
электрическую энергию от второго источника Е2, которая пре­
образуется в нем в химическую.
17. Поменяв местами зажимы вольтметра, измерить напря­
жение U1 и убедиться, что И1>Е1.
18. Результаты измерения занести в табл. 2.1.
19. Собрать схему, изображенную на рис. 2.3, и показать ее
руководителю для проверки.
20. Для предстоящего опыта установить Е1 =45 В и Е2=25 В.
21. При встречном включении источников питания El и Е2
[.
<)--- '- -
ю6!" ,} •1-.
А W1~
у
ЛL
'----------1 -
Рис. 2.3. Схема для исследования слож­
ной электрической цепи.
24. Измерить токи в ветвях 1;,
правление.
установить переключатель
П1 в положение «а», а П2 -
в положение «6», т. е. вы­
полнить условие Е1=45 В,
Е2=0.
22. Измерить токи в вет­
вях /'1
,
1;, !~ и по отклоне-
нию стрелки миллиампер­
метра зафиксировать их на­
правление.
23. Установить переклю­
чатс"1ь fl J В ПОЛОЖеНИе «6»,
а П2- в положение «а»,
т. е. выполнить условие Е 1 =
=0, Е2=25 В.
1;, 1;, фиксируя их на-
25. Установить переключатели П1 и П2 в положение «а»,
т. е. выполнить условие встречного включения при Е 1 = 45 В,
Е2=25 В.
26. Измерить токи в ветвях / 1, /.2, 13, фиксируя их направ­
ление. Убедиться в справедливости первого закона Кирхгофа.
27. Измерить напряжение на зажимах источников питания
El, Е2 и на сопротивлениях Rl, R2, RЗ.
28. Результаты опыта занести в табл. 2.2 .
29. По показаниям вольтметра и миллиамперметров вычис­
лить значения сопротивления резисторов Rl, R2, RЗ, обозначив
падение напряжения на сопротивлениях соответственно ИRI,
Ин2, Инз.
30. По данным, полученным в результате опытов, вычислить
силу тока в ветвях / 1, 12, 13. Для расчета использовать метод,
указанный руководителем.
31. Результаты расчетов записать в табл. 2.2.
32. Составить отчет о выполненной работе.
24

N,
Таблица 2.2
Исследование режимов работы источников питания
Измеренные вели 1 шны
Е, J:2
u,u,1/1'
.','
!,' /1"
/2"
1," /1
/2
I, ИR, ИR, ИN,
~--;;--
- 13- --В-1-А- А
ЛААААААВВВ
llы 1 rисленные вел~Ршны
N1
н,
[<,
/1
t,
,,
1
1
Режим работы
1
источнинов
опыта
1
.t·l и Е2
о"
Ом
Ом
А
А
1
1
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
\. Как формулируется первый закон Кирхгофа?
2. Как формулируется второй закон Кирхгофа?
3. Какая э. д. с. называется встречной?
А
4. В 1<аких режимах могут работать источники питания?
5. В каком режиме источник питания работает, если напряжение на его
зажимах больше, чем его э. д. с.?
6. Куда расходуется энергия источника EJ, включенного по схеме на
рис. 2.1, если Е1>Е2?
7. Что такое секундный баланс энергии?
8. Какие существуют методы расчета сложных цепей постоянного тока?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕ РИАЛ
\. Техничес,ше параметры электроизмерительных приборов и оборудова-
ния, использованных в работе.
2. Электрические схемы для исследования режимов работы источников.
3. Таблицы с результатами опытов и расчетов.
4. Расчетные формулы для определения сопротивлений и токов.
5. Привести расчет токов сложной цепи.
6. Вывод из проделанной работы.
Литература: [\], с. 51-54; [3], с. 48-50.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА No 3
Измерение потери напряжения в проводах
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
25

1. Источник питания постоянного тока напряже-
нием 6,3 В, аккумулятор типа 6ЖН-60М .
1 батарея
2. Двухпроводная линия из медного провода
длиной2м.
1 шт.
3. Двухпроводная линия из стального провода
длиной 2 м
l шт.
4. Двухпроводная линия из константанового про-
вода длиной 2 м .
1 шт.
5. Сопротивление (резистор) проволочное 1О Ом,
2А
.
3 шт.
6. Амперметр щитовой магнитоэлектрический по-
стоянного тока на 5 А .
1 шт.
7. Вольтметр щитовой магнитоэлектрический по-
стоянного тока на 7,5 В .
2 шт.
8. Рубильник однополюсный на 10 А .
3 шт.
9. Рубильник двухполюсный на 1О А .
1 шт.
10. Провода соединительные многожильные марки
ШРПС сечением 1,5 мм2, длиной 0,5 м
12 шт.
Цель работы
Экспериментальное определение потерь напряжения и мощ­
ности в двухпроводной линии в зависимости от нагрузки и ма­
териала проводов.
Приобретение практических навыков в сборке электрических
схем.
Задание
1. Исследовать линии из медных, стальных и константано­
вых проводов при различной нагрузке.
2. Определить потерю напряжения и мощности расчетным
путем. Результаты измерений и расчетов записать в таблицу и
сравнить.
3. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Передача электрической энергии от источника питания к по­
требителю осуществляется по проводам, образующим электри­
ческую сеть. В простейшем случае передача энергии произво­
дится по двум проводам (каждый длиной l) с общим сопротив­
лением R. Если длина линии очень велика, то сопротивление ее
имеет большое значение и им пренебречь нельзя, так как при
прохождении тока по проводам в них будет наблюдаться паде­
ние напряжения:
2{
дU=IR=I -rs,
26

где 21 - длина прямого и обратного проводов линии, S - попе­
речное сечение провода, у - удельная проводимость материала.
Разность напряжений в начале и конце линии И1 - И2, рав­
ная падению напряжения в линии, называется потерей напря­
жения.
При увеличении тока в проводах увеличивается и потеря
напряжения в линии, поэтому напряжение на потребителе умень­
шается. Колебания напряжения для некоторых потребителей
могут превышать допустимые значения, отчего нарушается ра­
циональный режим работы потребителя. Поэтому для всех по­
требителей устанавливаются допустимые отклонения напряже­
ния от номинального, которые, например, для ламп накалива­
ния составляют ± 1 +2%, а для электродвигателей ±2+5%.
Таким образом, при заданной допустимой потере напряже­
ния в линии можно определить необходимое сечение проводов
линии
Мощность потерь в проводах определяется по формуле
ЛР=I ЛU=l2R,
где R - сопротивление проводов линии.
Коэффициент полезного действия линии определяется по фор­
муле
Таким образом, при увеличении нагрузки (тока) к. п. д. ли­
нии уменьшается. Кроме того, следует заметить, что при одной
и той же мощности, передаваемой по липни, ток в линии при
увеличении напряжения уменьшается, а к. п. д. линии возрас­
тает.
Режим передачи максимальной мощности используется
в слаботочных устройствах, где стремятся обеспечить макси­
мальную мощность сигнала, а к. п. д. не имеет существенного
значения.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с измерительными приборами и оборудова­
нием, необходимыми для выполнения работы.
2. Записать основные технические параметры источника пи­
тания, измерительных приборов, исследуемых проводов.
3. Собрать схему (рис. 3.1), используя калиброванные про­
вода и представить ее руководителю для проверки.
4. Замкнув выключатель Вк, измерить напряжение в начале
и конце линии.
27

5. Изменяя нагрузку (поочередно включать выключатели
Вкl, Вк2 и Вк3), измерять напряжение и ток в линии.
6. По показаниям вольтметров определить потерю напряже­
ния в линии ЛИ'.
7. Измерить длину линии и диаметр провода.
8. Пользуясь электротехническим справочником, определить
удельное сопротивление материала провода.
9. Определить потерю напряжения в линии ЛИ", применяя
закон Ома.
Вх
0--0 IГ"O--l.:::::::cj-.J------------,1,-; А>---~
Рис. 3.1. Электрическая схема для исследования двухпро­
водной линии.
10. Результаты измерений и расчетов записать в табл. 3.1
11. Вычислить мощность потерь ЛР в проводах и к. п. д
линии ri при каждом значении нагрузки.
1'i
12. Результаты расчетов записать в табл. 3.1 .
6
"-=
==
"=
и,
..-
Таблица 3.1
Исследование двухпроводной линии
Измеренные величины
Вычисленные величины
и,!
l
s
р
дU'
дU"
др
т,
опыта
="
--------
-- --- --
;;- ~
:;~
::;:.,
в
в
А
м
мм2 Ом-мм2м
в
в
Вт
"1о
13. Собрать схему (рис. 3 .1), используя стальные провода.
14. Выполнить все измерения и вычисления по п. 4-12, ре­
зультаты записать в табл. 3.1 .
15. Собрать схему (рис. 3.1), используя константановые про­
вода.
16. Выполнить все измерения и вычисления по п. 4-12, ре­
зультаты исследования записать в табл. 3.1 .
17. Составить отчет о выполненной работе.
28

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется электрической линией и для чего ою:1 служит?
2. Что такое потеря напряжения в линии?
З. Что такое допустимая потеря напряжения в линии?
4. От чего зависит потеря напряжения в линии?
5. Куда расходуется мощность, которая теряется в проводах линии)
6. Чем определяется коэффициент полезного действия линии?
7. Какая линия выгоднее с точки зрения экономии мощности?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры электрических приборов и оборудования, ис-
пользуемых в работе.
2. Электрическая схема исследования.
З. Таблица с результатами измерений и вычислений.
4. Расчетные формулы для определения потерь напряжения, мощности.
5. Вывод из проделанной работы.
Литература: [1], с. 88-91; [З], с. 42.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Ni 4
Изучение законов Кирхгофа в применении
к мноrоконтурной цепи
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник нерегулируемого напряжения 50 В .
2. Источник регулируемого напряжения 0-100 В
3. Однополюсный переключатель на 10 А
4. Резисторы проволочные 0-100 Ом, 1 А
5. Амперметр мноrопредельный типа Э-59
6. Вольтметр мноrопредельный типа Э-59
7. Провода соединительные марки ШРПС сечением
1,5 мм2, длиной 0,5-1 м .
Цель работы
l шт.
1 шт.
2 шт.
шт.
5
3 шт.
3 шт.
20 шт.
Опытная и аналитическая проверки справедливости законов
Кирхгофа. Построение потенциальной диаграммы исследуемой
цепи.
Задание
1. Исследовать разветвленную электрическую схему, содер­
жащую два источника э. д. с. и пять сопротивлений.
2. Произвести измерение токов и напряжений в ветвях схемы
и сопоставить аналитические вычисления с опытными данными.
3. Доказать справедJIИБость первого и Бтороrо законоБ Кирх­
гофа.
4. Построить потенциальную диаграмму исследуемой цепи.
5. Составить отчет о выполненной работе.
29

Краткая теория и пояснения к работе
Напряжения и токи в ветвях схемы существуют благодаря
действию источников энергии. В основе расчета электрической
цепи лежат законы Кирхгофа; они устанавливают баланс токов
в любом узле и баланс напряжений и э. д. с. в любом контуре
электрической схемы.
Первый закон Кирхгофа гласит, что сумма сил токов, вхо­
дящих в узловую точку, равна сумме сил токов, выходящих из
нее, или алгебраическая сумма сил токов в узловой точке равна
нулю:
где п - число токов, сходящихся в данном узле.
Узлом принято называть точку электрической схемы, в кото­
рой соединяется более двух проводов.
При составлении узловых уравнений по первому закону
Кирхгофа токи, направленные к узлу, следует считать положи­
тельными, а токи, направленные от узла,- отрицательными.
Второй закон Кирхгофа гласит, что в любом замкнутом кон­
туре электрической цепи алгебраическая сумма э. д. с. равна
алгебраической сумме падений напряжений на отдельных со­
противлениях:
1J
IJl
~ Ek=~ (fkRk),
k=I
k=l
где п - число источников э. д. с. в замкнутом контуре, т
-
число сопротивлений в замкнутом контуре.
При составлении контурных уравнений по второму закону
Кирхгофа э. д. с. записывается со знаком плюс, если ее направ­
ление совпадает с направлением произвольно выбранного об­
хода контура, знак минус приписывается э. д. с., направленной
противоположно направлению обхода контура. Падение напря­
жения на сопротивлении записывается со знаком плюс, если на­
правление тока в нем совпадает с направлением обхода. Если
направление тока противоположно направлению обхода, паде­
нию напряжения приписывается знак минус.
Направление токов и напряжений в схеме можно опреде­
лить по полярности приборов или же по направлению э. д. с.
источника в схеме с одним источником энергии.
Электрическое состояние цепи характеризуется распределе­
нием в цепи токов и электрических потенциалов. Распределение
потенциалов в цепи практически представляется напряжением,
равным разности потенциалов. Принято считать, что ток на­
правлен от точки цепи с большим потенциалом к точке цепи
с меньшим потенциалом.
30

График распределения потенциала вдоль какого-либо кон­
тура электрической цепи называют потенциальной диаграммой.
Потенциальную диаграмму строят следующим образом:
1. Выбирают направление обхода контура, для которого
строят потенциальную диаграмму.
2. Обозначают буквами или цифрами точки контура.
3. Выбирают масштаб для сопротивлений и масштаб для
потенциалов.
4. На оси абсцисс откладывают точки, соответствующие зна­
чениям сопротивлений участков контура в той последователь­
ности, в какой они расположены в схеме.
5. Принимают потенциал любой точки контура равным нулю,
а потенциалы других точек определяют расчетным путем или
при помощи вольтметра.
6. По оси ординат откладывают значения потенциалов в выб­
ранном масштабе.
7. Полученные точки соединяют прямыми линиями.
Изменение потенциала вдоль сопротивления, обтекаемого
током, на диаграмме изображается прямой линией, тангенс угла
наклона которой к оси абсцисс пропорционален току.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с измерительными приборами и порядком
включения их в цепь. Записать основные технические данные
источников энергии, резисторов и измерительных приборов.
2. Измерить э. д. с. источников Е 1 и Е2.
Рис. 4.1 . Электрическая цепь с несколькими источ­
никами э. д. с.
3. Собрать электрическую схему (рис. 4.1) и показать ее ру­
ководителю для проверки.
4. Включить оба источника э. д. с., измерить токи и напря­
жения ветвей.
5. По результатам измерений с помощью первого закона
Кирхгофа вычислить токи / 4 и / 5.
6. По результатам измерений осуществить проверку второго
закона Кирхгофа для внешнего контура, содержащего два ис­
точника э. д. с., для контура с одним источником э. д. с. (El)
и для контура без источников э. д. с.
31

с1:::
~
7. Результаты измерений и вычислений свести в табл. 4.1.
1
11,
Таблица 4.1
Исследование разветвленноА электрическоА цепи постоянного тока
llы•1ислен-
Изм:еренны~ величины
11ые
ве:rичины
f",
/1
/,/"и,и,и,IJ,и,
'f'.1
'95 ·'В ~ /' 'f'Д
'i'/:' '°/К ,.
/'
1-:-
-
-
-
--
-
··---
-
-
---
-
--
-
-
---
-- ---
вАлАГ!Г!вввIJвввввв
А
А
1
1
1
1
1
1
1
8. Измерить потенциалы точек внешнего контура, содержа­
щего два источника э. д. с.
9. Построить в масштабе потенциальную диаграмму внеш­
него контура АБВГДЕ.
10. Сделать выводы из работы, указать режимы, в которых
работают источники э. д. с. Е 1 и Е2, и чем отличаются энерге­
тические процессы в приемниках энергии.
11. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как формулируются первый и второй законы Кирхгофа?
2. Как определить силу токов / 4 и fs в схеме (рис. 4.1) при известных
/1,/2И/з?
3. Сколько узлов, ветвей и независимых контуров содержит схема, изо­
браженная иа рис. 4.1?
4. Как составляются узловые и контурные уравнения?
5. Какие методы расчета целесообразно применять для исследуемой
схемы?
6. Что представляет собой потенциальная диаграмма цепи? Каков поря­
док ее построения?
ОТЧЕТНЫ И МА ТЕР И АЛ
1. Технические параметры измерительных приборов и оборудования,
используемых в работе.
2. Электрическая схема для исследования разветвленной цепи с двумя
источниками э. д. с.
3. Таблица с результатами измерений и вычислений.
4. Потенциальная диаграмма внешнего контура исследуемой цепи.
5. Расчетные формулы для определения токов. Контурные уравнения,
составленные для указанных контуров.
б. Вывод из проделанной работы.
Литература: [1], с. 71-74; [3], с. 43-50.
32

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 5
Последовательное и параллельное соединения в схемах
из резисторов
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания постоянного тока напряже­
нием 110 В
2. Амперметр щитовой магнитоэлектрический
стоянного тока на 5 А.
3. Амперметр щитовой магнитоэлектрический
стоянного тока на 1О А .
4. Вольтметр щитовой магнитоэлектрический
стоянного тока на 150 В .
.
.
5. Реостат проволочный на 40 Ом, 10 А .
6. Рубильник однополюсный на l О А
7. Провода соединительные многожильные
ШРПС сечением 1,5 мм 2
Цель работы
по-
по-
по-
типа
3 шт.
шт.
4 шт.
4 шт.
1 шт.
15 шт.
Исследование последовательного, параллельного и смешан­
ного включений приемников электрической энергии. Определе­
ние падения напряжения на отдельных приемниках. Определение
силы тока в отдельных приемниках и общей силы тока в цепи
источника э. д. с. Доказательство опытным путем законов Ома
и Кирхгофа. Приобретение практических навыков в сборке элек­
трических схем.
Задание
1. Собрать схему при включении приемников электроэнергии
последовательно, параллельно и смешанно.
2. Измерить напряжение на участках цепи и токи в них.
3. Используя показания приборов, вычислить по закону Ома
сопротивление каждого приемника, результаты измерений и вы­
числений сравнить.
4. Доказать существование зависимостей, выраженных зако­
нами Ома и Кирхгофа.
5. Вычислить сопротивления и проводимости участков цепи.
6. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Электрическое соединение, при котором один и тот же ток
проходит через все приемники электроэнергии, называется
последовательным. Сопротивление последовательной цепи
3 ЗаказNo17
33

(рис. 5.1) равно сумме сопротивлений отдельных приемников:
R=R1+R2+Rз-
Cилa тока во всех приемниках, включенных последовательно,
одинакова. Падение напряжения на каждом участке электри­
ческой цепи постоянного тока, согласно закону Ома, пропор­
ционально его сопротивлению:
И1=IR1; И2=IR2; Из=IRз-
Общее напряжение, подведенное к последовательной цепи,
равно сумме падений напряжений на отдельных приемниках.
1----t>
и
V
Uз
Рис. 5.1. Последовательное соеди- Рис. 5.2. Параллельное соединение
ненне сопротивлений.
сопротивлений.
Отсюда вытекает, что
И =И1+И2+Из;
R=R1+R2+Rз-
Электрическое соединение, при котором все потребители на­
ходятся под одним и тем же напряжением, называется парал­
лельным (рис. 5.2).
Первый закон Кирхгофа гласит, что сумма сил токов, вхо­
дящих в узловую точку, равна сумме сил токов, выходящих из
нее, или алгебраическая сумма сил токов в узловой точке
равна нулю, причем при составлении уравнений по первому
закону Кирхгофа токи, направленные к узлу, следует считать
положительными, а токи, направленные от узла,- отрицатель­
ными. Для рассматриваемой схемы (рис. 5.2) уравнение вы­
глядит так:
f=l,+!2+13 или ~1=0.
Напряжение на всех приемниках одинаково, так как их
концы присоединены к одному и тому же источнику:
И=И1=И2=И3•
Сила тока в отдельных ветвях определяется по закону Ома:
IИ1./
И2. /
Из
1= Ri"1
2= ---я;: 1
3=Rз'
34

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью
цепи:
Измеряется проводимость в 1/Ом, или сименсах (См).
По первому закону Кирхгофа сила общего тока в неразвет­
вленной цепи определяется как сумма сил токов:
и
и
и
и
l=I1+I2+Iз=Ri + R2 + Rз =я;
т. е. общая проводимость цепи
параллельно включенных при­
емников равна сумме про­
водимостей отдельных прием­
ников:
и
V
Рис. 5.3 . Смешанное соединение
сопротивлеииil.
Эта формула дает возможность определить
противление разветвленной цепи
R
R1R2Rз
эквивалентное со-
Если сопротивление всех приемников одинаково, т. е. R1 =Ra=
= Rз, то эквивалентное сопротивление определяется по формуле
R= R1
п•
где п - количество параллельно включенных одинаковых со­
противлений.
Смешанным электрическим соединением называется соеди­
нение, имеющее параллельно и последовательно включенные
приемники электроэнергии (рис. 5.3).
Токораспределение и падения напряжений на участках такой
цепи можно определить по законам Ома и Кирхгофа.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с измерительными приборами и оборудо­
ванием, необходимыми для выполнения работы.
2. Записать основные технические параметры источника пи­
тания, измерительных приборов и реостатов.
3. Собрать схему (рис. 5.1) последовательного соединения
сопротивлений и представить ее руководителю для проверки.
4. Замкнуть выключатель Вк.
з•
35

5. Измерить силу тока в цепи, падение напряжения на каж­
дом сопротивлении и общее напряжение, подведенное к цепи.
(Измерение напряжения на участках цепи можно проводить
одним вольтметром, для чего концы его оставить в виде щупов;
при этом следует соблюдать все меры предосторожности.)
6. По полученным данным определить мощность каждого
участка и всей цепи.
7. По показаниям приборов определить сопротивления каж­
дого участка и всей цепи, убедиться, что
R.=R.1+R2+Rз-
8. Показания приборов и результаты расчетов занести
в табл. 5.1 .
Таблица 5.1
Исследование последовательноrо соединения сопротивлений
Измеренные величины
Вычисленные величины
ии,
и,
и,
[
р
Р,
Р,
Р,
R
R,
R,
Rз
---------- ------ -- -- ------
в
в
в
в
А
Вт
Вт Вт
Вт
Ом
Ом
Ом
Ом
9. Собрать схему (рис. 5.2) параллельного соединения со­
противлений и представить ее руководителю для проверки.
10. Замкнув выключатель Вк, измерить общий ток и токи
в каждой ветви, убедиться, что для любого узла цепи алгеб­
раическая сумма сил токов равна нулю.
11. Измерить напряжение на зажимах источников и напря­
жение в узловых точках.
12. По результатам измерений рассчитать сопротивление
цепи, проводимость всех потребителей и мощность всей цепи
и каждой ветви отдельно.
13. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 5.2 .
Таблица 5.2
Исследование параллельного соединения сопротивлений
Измеренные величины
Вычисленные величины
~
и[
I,
I,I,RR,R,R,g
g,g,g,
р
Р,Р,Рз
---------------------------------
вАА
ААОмОмОмОмСмСмСмСмВтВтВтВт
36

14. Собрать схему (рис. 5.3) смешанного включения сопро­
тивлений и показать ее руководителю для проверки.
15. Замкнув выключатель Вк, измерить общий ток и токи
в ветвях, напряжение на участках цепи и общее напряжение,
приложенное к цепи.
16. Вычислить сопротивления, проводимости и мощность
каждой ветви и всей цепи.
17. Показания приборов и результаты вычислений записать
в табл. 5.3.
Таблица 5.3
Исследование смешанного соединения сопротивлений
Измеренные величины
Вычисленные величины
ии,
~1-/ _1·1~
RR,R,R,g
g,g,g,
р
Р,Р,Р,
ввВ\АА
АОмОмОмОыСмСмСмСмВтВтВтВт
18. Составить отчет о выполненной работе.
l(ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Чему равно падение напряжения на приемнике?
2. Какое соединение называется последовательным?
3. l(акое соединение называется параллельным?
4. Как распределяются токи в ветвях при параллельном соединении со­
противлений?
5. Почему при параллельном соединении потребителей их общее сопро­
тивление уменьшается?
6. Как следует включить четыре потребителя электроэнергии, если их
номинальное напряжение в два раза меньше, чем напряжение в сети?
7. Как включены лампы накаливания в городской сети?
8. Какие существуют приборы для измерения силы тока и как они вклю­
чаются в цепь?
9. Какие существуют приборы для измерения напряжения и как они
включаются в цепь?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры электроизмерительных приборов и оборудова­
ния, использованных в работе.
2. Электрические схемы последовательного, параллельного и смешанного
соединений сопротивлений.
3. Таблицы с результатами опытов и расчетов.
4. Расчетные формулы для определения сопротивления, токов, падения
напряжения, мощности.
5. Выводы из проделанной работы.
Литература: [1], с. 71-85; (3], с. 43-50.
37

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 6
Преобразование треугольника резисторов
в эквивалентную звезду
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания постоянного тока с регули-
руемым напряжением 0-50 В
2. Амперметр многопредельный типа Э-513
3. Вольтметр многопредельный типа Э-59
4. Выключатель двухполюсный на 5 А .
5. Реостат проволочный 60 Ом, 0,5 А .
6. Провода соединительные многожильные сече­
нием 1,5 мм2 .
Цель работы
4 шт.
2 шт.
1 шт.
5 шт.
20 шт.
Использование на опыте формул перехода от треугольника
к эквивалентной звезде. Приобретение практических навыков
в сборке электрических схем.
Задание
1. В мостовой схеме измерить токи и напряжения и опреде­
лить сопротивления реостатов.
2. По измеренным значениям сопротивлений вычислить со­
противления эквивалентной звезды.
3. Проверить на опыте токи и напряжения в ветвях схемы,
не подвергавшихся преобразованиям. Сравнить опытные и рас­
четные данные.
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Участок цепи с тремя узлами и тремя резисторами может
быть соединен по схеме «треугольник» или «звезда» (рис. 6.1).
При расчетах цепей, содержащих соединения треугольником
или звездой, часто прибегают к эквивалентным (равнозначным)
преобразованиям схем, например при расчетах электрических
цепей методом «свертывания».
Соединения треугольником или звездой эквивалентны, если
при замене одного соединения (рис. 6.1) другим токи / 1, / 2 и / 3
и напряжения между узлами И1 2, U2 з, Из I не изменятся.
Если для упрощения цепи и ее расчета необходимо часть
схемы, соединенной в треугольник, преобразовать в звезду,
то при заданных сопротивлениях треугольника R1 2, R2 3, Rз 1
38

можно вычислить сопротивления эквивалентной звезды R1, R2,
R3. Вычисления производят по формулам:
где
R _ R12Rз1
.
1-
А
'
Рис. 6.1 . Схемы соедииеиия «треугольник» (а} и «звезда» (6).
Если же соединение звездой преобразуется в эквивалентный
треугольник, то при заданных сопротивлениях звезды R1, R2, Rз
определяются сопротивления эквивалентного треугольника R1 2,
R2 з, Rз 1- Вычисления производят по формулам:
R12=R1+R2+ ~~ 2 •
R2 з=R2+Rз+ Rk~з ;
Rз1=Rз+R1+ ~~1 •
При выполнении лабораторной работы необходимо учесть,
что значения сопротивлений ветвей испытываемой схемы, уста­
навливаемые до начала работы, изменять во время работы
нельзя.
Во всех опытах рекомендуется регулировать напряжение
источника плавно с нулевого значения до требуемого и при этом
следить за показаниями амперметров.
39

Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения лабораторной работы. Записать их ос­
новные технические данные.
2. Собрать схему (рис. 6.2) для исследований.
3. По указанию руководителя установить напряжение ис­
точника порядка 12 В и замкнуть выключатель Вк.
4
Вк
~
О-50В
~
Рис. 6.2 . Электрическая схема для иссле­
дований.
Рис. 6.3. Схема для исследования
эквивалентного преобразования.
4. Измерить токи в ветвях и напряжения на сопротивлениях.
Направление токов в ветвях определить по результатам изме­
рения потенциалов точек. При измерении потенциалов точек
принять (()1 = О.
5. Вычислить сопротивления ветвей и токи в ветвях, в кото­
рых не включены амперметры. Результаты измерений и вычисле­
ний записать в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Преобразование треугольника в эквивалентную звезду
Измеренные величины
No
и, '!'1
'f,
'1',
'f• U21U23U31U42U43
!,
I,
!,
123
опыта ------ -- --
------
-- --
--
--
----
в
ввв
вв
в
в
в
в
А
А
А
А
1
40
з

Продолжение табл. 6.1
Вычисленные величины
/21
/31
R21 R23 R31 R42 R43
R,
R,
R,
М опыта --- ------ ------ --- --- -- ---
А
А
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
6. Вычислить сопротивления звезды R1, R2, R 3, эквивалент­
ные сопротивлениям треугольника R2 1, R2 з, Rз 1-
7. Отключить от схемы реостаты R2 1, R2 з, Rз 1- Пользуясь
омметром, установить на трех реостатах вычисленные значения
R1, R2, Rз.
8. Используя реостаты R4 2, R4 з и R1, R2, Rз, собрать схему
(рис. 6.3), на которой соединение «треугольник» заменено экви­
валентной «звездой». Схему представить руководителю для ее
проверки.
9. Установить напряжение источника таким же, как указано
в п. 3, и произвести измерения токов /1, / 2 , / 3 и напряжений
И2 1, И2 з, Из 1, U4 2, U4 з. Результаты измерений записать
в табл. 6.1 и сравнить с измерениями, выполненными в п. 4.
Если преобразование эквивалентное, то измеренные значения
должны быть одинаковыми.
10. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
\. В каких случаях целесообразно использовать метод преобразования?
2. Какие соединения называются «треугольником» и «звездой»?
3. Как формулируется принцип эквивалентности электрических цепей?
4. Как определить сопротивления эквивалентной звезды, если известны
сопротив.~еrшя треугольника?
5. Как определить сопротивления эквивалентного треугольника, если из­
вестны сопротивления звезды?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
\. Технические параметры источника питания,, оборудования и измери-
тельных приборов, используемых в работе.
•
2. Электрические схемы исследований.
3. Таблица с результатами измерений и вычислений.
4. Расчетный материал лабораторной работы.
5. Выводы из проделанной работы.
Литература: [\], с. 101-105 .
41

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .М 7
Изучение принципа наложения токов
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания постоянного тока типа
БАС-Г-60-У-1,3
2. Миллиамперметр постоянного тока с нулем по-
середине шкалы и пределами 60-0 -60 мА
3. Реостат проволочный типа ПЭРВ-50 на 500 Ом
4. Вольтметр магнитоэлектрический на 50 В .
5. Рубильник двухполюсный на 5 А .
6. Провода соединительные многожильные типа
ШРПС сечением 1,5 мм 2, длиной 0,5 м
Цель работы
2 шт.
3 шт.
3 шт.
1 шт.
1 шт.
15 шт.
Проверка на опыте принципа наложения токов в сложных
цепях постоянного тока. Приобретение практических навыков
в сборке электрических схем.
Задание
1. Определить токи в ветвях сложной электрической цепи,
содержащей два источника питания.
2. Доказать экспериментально реальность существования за­
конов Кирхгофа.
3 Составить отчет о выполненной работе
Краткая теория и пояснения к работе
Возможность расчета электрических цепей по принципу на­
ложения токов вытекает из того, что сила тока в любом участке
R
цепи равна алгебраической сумме сил
Рис. 7.1 . Неразветвленная
электрическая цепь с двумя
источниками питания.
частных токов, создаваемых на этом
участке всеми э. д. с. цепи, действую­
щими независимо друг от друга. Для
примера рассмотрим цепь с двумя ис­
точниками
питания,
включенными
встречно (рис. 7.1).
Вначале, полагая, что в цепи дей­
ствует только одна какая-либо э. д. с.,
например Е1, определяем значение
тока в такой цепи:
f'=
Е1
ro1+r02+R
42

Направление тока /' совпадает с направлением э. д. с. Е1. Затем
расчет повторяем, полагая, что в цепи действует только вторая
э. д. с. (Е2 ), причем все сопротивления цепи, включая внутрен­
ние сопротивления источников, остаются неизменными:
I"=
Е2
ro1+ro2+R
Ток /" совпадает по направлению с э. д. с. Е2 .
Применяя принцип наложения токов, определяют значения
тока в рассматриваемой цепи при одновременном действии двух
встречно направленных э. д. с. Следует учесть, что алгебраиче­
ское суммирование составляющих тока /' и /" производится с
учетом их направлений:
l=l'-1".
Направление действительного тока / совпадает с направлением
большей э. д. с. (Е1).
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с измерительными приборами
нием, необходимыми для выполнения работы.
и оборудова-
2. Записать основные технические параметры
тания, измерительных приборов, сопротивлений.
источника пи-
3. Собрать схему (рис. 7.2)
и представить ее руководителю
для проверки.
4. Измерить э. д. с. каждого
источника питания.
5. Поставить переключатели
П1 и П2 в положение а и уста­
новить сопротивление реостатов
так, чтобы показания миллиам­
перметров находились в допусти-
мых пределах. (В дальнейших
опытах сопротивления реостатов
остаются неизменными.)
6. Измерить токи в ветвях
и напряжение на зажимах каж­
дого реостата.
бП1
~,..+---(
оEf
---<>
11
б~-
R2
~~ f+L-9 -_ _, ---. .._. .. .. ..
аЕ2
~
Рис. 7.2 . Сложная электриче­
ская цепь с двумя источниками
питания.
7. По показаниям приборов определить сопротивления рео­
статов.
8. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 7.1.
9. Переключатель П2 установить в положение б, таким об­
разом отключив источник питания Е2. Измерить токи в ветвях
li', //, /з', зафиксировать их направление, которое в дальней­
шем считать положительным.
43

Таблица 7.1
Определение сопротивлений исследуемой цепи
Измеренные величины
Вычисленные
величины
.No
Е,
Е,
пп.
UR,
uR,
UR,
/1
I,
I•
R,
R,
R,
----- ---
--- --
---
--- --- ----
--
в
в
в
в
в
А
А
А
ОмОмОм
1
10. Переключатель П1 установить в положение 6, а пере­
ключатель П2- в положение а. Измерить токи в ветвях z;,
1;, 1;. При измерении необходимо учесть следующее. Если
стрелка миллиамперметра выходит за нуль шкалы влево, то это
значит, что измеренное значение тока при расчете должно быть
взято со знаком минус.
11. Переключатели П1 и П2 установить в положение а.
Измерить токи в ветвях /1, /2, lз.
12. В результате опытов убедиться в правильности первого
закона Кирхгофа.
13. Зная э. д. с. Е1, Е2 и сопротивления реостатов Rl, R2,
RЗ, рассчитать цепь, изображенную на рис. 7.2. При расчете
внутренним сопротивлением источников пренебречь.
14. Результаты опытов и расчетов записать в табл. 7.2.
15. Составить отчет о выполненной работе.
Таблица 7.2
Проверка принципа наложения токов
Измеренные величины
Режим работы
!,'
,,,
!,'
/lq
!,"
fs"
1,
!,
/з
--- ------ ---- -----
А
А
А
А
А
А
А
А
А
Е1=25 В
Е2=О
Е1 =0
Е2=45 В
Е1=25 В
Е2=45 В
44

Продолжение табл. 7.2
В-ычисленные величины
Режим работы
/1,
!,'
,.,
f 1'1
/2"
/i'
/1
,.
1.
--- --- --- --- --- --- ---
А
А
А
А
А
А
А
А
А
Е1=25В
1
1
Е2=О
Е1=О
1
Е2=45 В
Е1=25В
Е2=45 В
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как формулируется первый закон Кирхгофа?
2. В чем заключается метод наложения?
3. Можно ли рассчитать цепь, изображенную на рис. 7.2, другим ме­
тодом?
4. Как формулируется второй закон Кирхгофа?
5. В каких режимах работают источники питания в данной работе, если
они включены одповремешю?
6. Можно ли использовать метод наложения при расчетах цепей, содер­
жащих нелинейные элементы?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Техничес!{ие параметры измерительных приборов и источншшв питания,
используемых в работе.
2. Электрическая схема исследований.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Расчетные формулы для определения сопротивлений и токов в ветвях.
5. Вывод из проделанной работы.
Литература:[!], с. 99-101; [З], с. 44-48.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 8
Опытная проверка тока в диагонали мостовой схемы
по методу эквивалентного генератора
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания постоянного тока с регули­
руемым напряжением от О до 50 В
45

2. Амперметр щитовой магнитоэлектрический по­
стоянного тока на 1 А .
3. Амперметр щитовой магнитоэлектрический по­
стоянного тока на 5 А .
4. Вольтметр щитовой магнитоэлектрический по-
стоянного тока на 30 В .
5. Выключатель двухполюсный на 5 А
.
6. Переключатель на три положения на 5 А
7. Реостат проволочный 30 Ом, 0,5 А .
8. Провода соединительные многожильные сече­
нием 1,5 мм2 .
Цель работы
шт.
шт.
1 шт.
l шт.
l шт.
5 шт.
15 шт.
Проверить на опыте метод замены сложной цепи схемой
эквивалентного генератора ( активного двухполюсника). Экспе­
риментально определить э. д. с. и внутреннее сопротивление
эквивалентного генератора. Приобрести практические навыки
в сборке электрических схем.
Задание
1. Опытным и расчетным путем на примере мостовой схемы
с одним источником э. д. с. проверить теорему об активном
двухполюснике.
2. Провести опыт холостого хода и короткого замыкания.
3. Сравнить результаты опытного и аналитического опреде­
лений тока в нагрузке двухполюсника (диагонали мостовой
схемы).
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Метод эквивалентного генератора (активного двухполюс­
ника) целесообразно применять для определения значения тока
в какой-либо одной ветви сложной схемы, например в диагонали
мостовой схемы. Этот метод заключается в том, что по отноше­
нию к некоторой ветви с сопротивлением R, значение тока в ко­
торой надо определить, оставшаяся часть сложной линейной
цепи может рассматриваться как эквивалентный генератор
с э. д. с. Е0 , внутреннее сопротивление которого r0. Эту вторую
часть цепи называют активным двухполюсником и на схемах
обозначают прямоугольником с двумя зажимами - полюсами
«+»и «-».
На рис. 8.1 а показана сложная цепь с выделенной ветвью
а-б; на рис. 8.1 б сложная цепь (активный двухполюсник) за­
менена эквивалентным генератором.
46

Сила тока в рассматриваемой ветви а-6 определяется по
закону Ома:
а
E1,f.2,···,fп +
r.,.r;.... ~,n,
l= Ео
R+ro
б)
а
R
б
Ro
+
а
б
Рис. 8.1. Исследование активного двухполюсника.
р
Для определения э. д. с. эквивалентного генератора Ео нужно
измерить напряжение на разомкнутых зажимах а-6, т. е. про­
вести опыт холостого хода, при котором Ео= Их. х (рис. 8.2 а).
а)
б)
r;,r., . .. . . 1;,, 0--+---tб,__~
Рнс. 8.2. Схемы холостого хода (а) и короткого замы­
кания (6) двухполюсника.
Внутреннее сопротивление двухполюсника r0 определяется из
опытов холостого хода и короткого замыкания на его зажимах
(рис. 8.2 6):
где Их. х - напряжение холостого хода, lн. з
-
ток короткого
замыкания.
Для определения тока lн. з зажимы двухполюсника замыкают
через амперметр с малым сопротивлением.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения работы. Записать их основные техниче­
ские данные.
47

2. Собрать схему (рис. 8.3) для исследования двухполюс­
ника и представить ее руководителю для проверки.
3. По указанию руководителя установить напряжение источ­
ника порядка 12 В и замкнуть выключатель Вк.
4. Установить переключатель П в положение 1, измерить то:к
в диагонали моста и напряжения на сопротивлениях. Направ­
ление тока определить по результатам измерения потенциалов
точекАиБ.
5. Отключить нагрузку двухполюсника. Переключатель П
поставить в положение 3 и измерить напряжение холостого
хода. Напряжение источника при этом поддерживать таким же,
как при нагрузке.
ГАК!nиВт~---------------1
1 д8ухполюс1щк
1
1
1
1
1
1
1
1
бк
1 -ol~-- 1~+ -- -- -~
1
1
1D508
1
1
1 --о
1
1
1
1
вРЗ
Р4
1
1
L--~-----------------j
п
~11
V и,.,
Рис. 8.3. Схема для исследования активного двух­
полюсника.
6. Провести опыт короткого замыкания. Для этого закоро­
тить зажимы А и Б через амперметр (переключатель П поста­
вить в положение 2) и определить значение тока короткого
замыкания при напряжении холостого хода.
7. По результатам опыта короткого замыкания и холостого
хода определить внутреннее сопротивление двухполюсника.
8. Подключить источник питания к зажимам А-Б (при от­
ключенной нагрузке R) и закоротить зажимы В-Г. Методом
амперметра и вольтметра измерить внутреннее сопротивление
двухполюсника R~ · -
Сравнить значения внутреннего сопротивления активного
двухполюсника, измеренные двумя методами.
9. По результатам опытов холостого хода и короткого замы­
кания и известному сопротивлению резистора R вычислить силу
тока в диагонали мостовой схемы (ветвь А-Б). Результаты
вычислений сравнить с показаниями амперметра Al.
Результаты измерений и вычислений записать в табл. 8.1 .
10. Составить отчет о выполненной работе.
48

Таблица 8.1
Исследование двухполюсника
Измеренные величины
Вычисленные величины
.No
Vвr UАБ 'РА 'РБ
1
Ux.x
1к.з Ro
Ro'
R
/
опыта --- -- --- ----
---
--
--
--- -- --
в
в
в
в
А
в
А
ОмОмОм
А
'
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется двухполюсником?
2. В каких случаях целесообразно использоваrь метод эквивалентного
генератора (активного двухполюсника)?
3. Как определить параметры двухr.юлюсника?
4. Как формулируется теорема об активном двухполюснике?
5. Для чего нужно поддерживать напряжение источника постоянным
при опытах нагрузки и холостого хода?
6. Как производится опыт короткого замыкания?
7. Как определить внутреннее сопротивление двухполюсника?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические данные источника питания, оборудования и измерительных
приборов, используемых в работе.
2. Электрическая схема исследования.
3. Таблица с результатами измерений и выч11слений.
4. Расчетный материал лабораторной работы.
5. Выводы из проделанной работы.
Литература [!], с. 105-109.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Nt 9
Снятие вольт-амперных характеристик нелинейных элементов
и проверка опытом расчета нелинейных цепей
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
l. Источник питания постоянного тока напряже­
нием 110 В
2. Потенциометр проволочный 100 Ом, 5 А .
шт.
3. Вольтметр щитовой магнитоэлектрический по-
стоянного тока на 150 В .
шт.
4. Амперметр щитовой магнитоэлектрический по-
стоянного тока на 5 А .
3 шт.
5. Патрон с лампой накаливания 110 В, 100 Вт
с металлической нитью
2 шт.
4 ЗаказNo17
49

6. Лампа накаливания с угольной нитью
.
шт.
7. Провода соединительные многожильные сече-
нием 2,5 мм2 .
7 шт.
Цель работы
Исследование нелинейной цепи при последовательном и па­
раллельном соединениях элементов путем снятия вольт-ампер­
ных характеристик нелинейных элементов. Приобретение прак­
тических навыков в сборке электрических схем.
Задание
1. Собрать схему для снятия вольт-амперных характеристик
ламп накаливания с металлической и угольной нитями.
2. Снять вольт-амперные характеристики ламп накаливания
при включении их последовательно и параллельно.
3. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Электрические цепи, в которых сопротивления участков яв­
ляются функциями тока или напряжения, называются нели­
нейными.
Строго говоря, линейных цепей не существует, так как в ме­
таллических проводах различным токам соответствуют разные
температуры. Известно также, что сопротивление провода за­
висит от температуры, значит, оно зависит и от тока, который
проходит через провод. Когда при прохождении тока темпера­
тура изменяется незначительно, в пределах нескольких граду­
сов, то эта зависимость невелика и ею можно пренебречь; в этом
случае считают, что элемент линейный. Если же температура
элемента электрической цепи изменяется в пределах нескольких
сотен градусов, то зависимость тока от напряжения резко отли­
чается от линейной; в этом случае цепь следует рассматривать
как нелинейную.
Нелинейные элементы, встречающиеся в электрических це­
пях, можно разбить в зависимости от их вольт-амперных харак­
теристик на две группы: симметричные и несимметричные.
Симметричными называются элементы, вольт-амперные ха­
рактеристики которых не зависят от направления тока в них и
полярности напряжения на зажимах. К числу таких сопротив­
лений относятся электрические лампы, бареттеры, термосопро­
тивления (термисторы) и т. д.
Несимметричными называются нелинейные элементы, у кото­
рых вольт-амперные характеристики различны при разных на­
правлениях тока и разной полярности напряжения на зажимах.
В качестве примера таких нелинейных сопротивлений можно
назвать электронные лампы, выпрямительные вентили и т. д.
50

График, выражающий зависимость тока от напряжения, на­
зывается вольт-амперной характеристикой.
Для линейных элементов этот график имеет вид прямой,
проходящей через начало системы координат (рис. 9.1, пря­
мая а). Для нелинейных элементов этот график выражается
кривой, причем степень кривизны вольт-амперной характери­
стики зависит от нелинейности элемента, а отклонение кривой
вниз или вверх от прямой линии - от температурного коэффи­
циента сопротивления. Например, вольт-амперная характери­
стика металлической нити накаливания отклоняется вниз
(рис. 9.1, кривая 6), а у лампы с угольной нитью накаливания,
наоборот, вверх от прямой линии (рис. 9.1, кривая в).
8
Рис. 9.1 . Вольт-амперные
характеристики линейного
и нелинейного элементов.
+
НЭ1
и
НЭ2
Рис. 9.2 . Последова­
тельное
соединение
нелинейных элемен-
тов.
Расчет нелинейных цепей чаще всего проводят графическим
методом. Для примера рассмотрим, как определяются силы то­
ков и напряжения в отдельных участках электрической цепи
при последовательном соединении двух нелинейных элементов
(рис. 9.2).
Выбрав одинаковый масштаб, построим в общей системе
координат вольт-амперные характеристики каждого нелинейного
элемента цепи (рис. 9.3).
Так как в последовательной цепи ток в обоих сопротивле­
ниях имеет одно и то же значение (/1 =12 =/), то для построе­
ния вольт-амперной характеристики всей цепи / = f ( И) необхо­
димо просуммировать напряжения для одних и тех же значений
тока. Для этого, выбрав значение тока /', найдем точки А~ и л;
на вольт-амперных характеристиках f1=f1(И1) и f2=f2(U2),
ординаты которых выражают ток /'; сложим абсциссы этих
точек, поскольку при последовательном соединении напряже­
ния на отдельных элементах складываются, и таким образом
получим точку А'. Задаваясь другими значениями тока, /", /"'
и т. д., аналогично найдем точки А", А"' и т. д., соединив кото­
рые, получим общую вольт-амперную характеристику / = f (И).
4*
51

Если задано напряжение U, приложенное к цепи, и требу­
ется определить силу тока 10 , то для ее нахождения необходимо
отложить по оси абсцисс отрезок 00', выражающий в выбран-
I
ном масштабе напряжение U, и вoc­
11 дg
[ ---
I=f(U) становить перпендикуляр из точки
О' до пересечения с общей вольт­
амперной характеристикой (точка
А). Ордината этой точки А выража­
ет искомый общий ток /о, а отрезки
АоА1 и АоА2 - соответственно напря­
жения на первом и втором нели­
нейных элементах, И1 и И2. Таким
образом,
Uz
и
Рис. 9.3 . Построение вольт-ам­
перной характеристики и опре­
деление напряжений при по­
следовательном включении не-
линейных элементов.
fo=tJ-1(AO'); И1 = t-1u(A0Ai);
где ~t1 и μu - масштабы тока и на­
пряжения.
Если, наоборот, задана сила то­
ка, то, отложив по оси ординат от­
резок, пропорциональный току, ана­
логично определим общее напряже-
При
(рис. 9.4)
ние и напряжение на участках цепи.
параллельном соединении нелинейных элементов
напряжение на обоих элементах одно и то же, поэтому
и
НЭ2
)
Рис. 9.4. Параллельное
соединение нелинейных
элементов.
I=r(и) I1=fi(U)
и
Рис. 9.5 . Построение общей
вольт-амперной характери­
стики и определение тока
при параллельном включе-
1ши нелинейных элементов.
для построения вольт-амперной характеристики всей цепи необ­
ходимо в соответствии с уравнением l=l1+l2 произвести сум­
мирование ординат кривых f1=f1(U) и /2=f2(U) для одних и
52

тех же значений напряжений, U 1 = U2 . Методика такого сумми­
рования ясна из рис. 9.5.
При смешанном соединении нелинейных элементов сложение
характеристик отдельных участков цепи производят вышеизло­
женными методами в той последовательности, в которой свора­
чивалась бы эта схема, если бы все ее элементы были линей­
ными. При этом, если участки цепи соединены последовательно,
то их вольт-амперные характеристики складываются по оси на­
пряжений, если параллельно - по оси токов.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с оборудованием и приборами, необходи­
мыми для выполнения работы.
2. Записать основные технические данные приборов, потен­
циометра, нелинейных элементов (ламп накаливания).
Рис. 9.6 . Схема для сня­
тия вольт-амперной ха­
рактеристики лампы на-
каливания.
3. Собрать схему (рис. 9.6) для снятия вольт-амперной ха­
рактеристики лампы с металлической нитью и представить ее
руководителю для проверки.
4. Замкнуть выключатель Вк и, меняя потенциометром на­
пряжение, измерять ток в цепи (7-8 точек).
5. Результаты измерений записать в табл. 9.1.
6. Аналогично снять вольт-амперную характеристику для
лампы с угольной нитью.
Таблица 9.1
Вольт-амперные характеристики нелинейных элеме1Jтов
Лампа накаливания
Лампа накаливания
с металлической нитью
с угольной нитью
.No пп.
и
1
/
No пп.
и
/
в
1
А
в
А
53

7. По полученным данным в общей системе координат и оди­
наковом масштабе построить вольт-амперные характеристики
для каждой лампы.
8. Построить общую вольт-амперную характеристику цепи
при последовательном соединении ламп.
9. Графически определить силу тока и напряжение на зажи­
мах каждой лампы при последовательном соединении ламп и
напряжениях 60 и 100 В. Результаты занести в табл. 9.2.
N,
пп.
Таблица 9.2
Исследование нелинейной цепи при последовательном соединении
нелинейных элементов
Из rрафика
Из опыта
и,
l
и,
и,
и,
l
и,
и,
Пр11мечаиие
---- ---- ---- --
--
в
А
в
в
в
А
в
в
l
1
10. Собрать схему (рис. 9.7) последовательного включения
ламп накаливания и представить ее руководителю для проверки.
Вк
1-с,
R
flj---0
Рве. 9.7 . Последователь­
ное соеди11е1ше нетшсй­
ных элементов.
11. Замкнув выключатель Вк, установить напряжение 60 В.
12. Измерить ток в цепи и напряжения на зажимах каждой
лампы.
13. Установить напряжение 100 В и измерить ток в цепи и
напряжения на зажимах лампы. Результаты измерений запи­
сать в табл. 9.2. Сравнить результаты, полученные из опыта,
с результатами, полученными графически (п. 9).
14. По вольт-амперным характеристикам отдельных ламп,
снятым ранее, построить общую вольт-амперную характеристику
цени при параллельном соединении ламп.
15. Собрать схему (рис. 9.8) параллельного включения ламп
накаливания и представить ее руководителю для проверки.
16. Замкнув выключатель Вк, измерить общий ток / 0 и ток
в ветвях I, и /2 при напряжениях 60 и 100 В. Результаты изме­
рений записать в табл. 9.3.
54

Таблица 9.3
Исследование нелинейной цепи при параллельном соединении
Из графика
~
Из опыта
,.,,
и.
/
1,
1,
/
/1
1
1,
пп.
в
л
А
А
А
А
А
17. Определить графически общий ток / 0 и токи в ветвях /,
и /2 при параллельном соединении ламп и напряжениях 60
Вк
I---<>
0----<> '!l '-o -J:==lh------{
+
Рис. 9.8 . Параллельное
соединение нелинейных
элементов.
R
и 100 В. Результаты записать в табл. 9.3 и сравнить с резуль­
татами, полученными из опыта.
18. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие цепи можно считать линейными?
2. В каких случаях нельзя пренебрегать нелинейностью элементов цепи?
3. Что выражает вольт-амперная хара~перистика элемента?
4. От чего зависит наклон вольт-амперной хара~,теристики?
5. Какие нелинейные элементы называются симметричными и несиммет­
ричными?
6. Какие существуют методы расчета нелинейных цепей?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Техническпе параметры электроизмерительных приборов и оборудова­
ния, используемых в работе.
2. Электрические схемы для снятия вольт-амперных характеристик эле-
ментов при последовательном и параллельном включениях их.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Вольт-амперные характеристики исследуемых нелинейных цепей.
5. Вывод из проделанной работы.
Литература: (1], с. 157-162; [2], с. 116-121.
55

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 10
Построение петли магнитного гистерезиса по данным опыта
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания переменного тока напря­
жением 220 В
2. Источник питания постоянного тока типа
4ЖН-60М
.
.
3. Рубильник двухполюсный на 5 А .
4. Переключатель двухполюсный на 5 А
5. Реостат проволочный на 20 Ом, 5 А
6. Магазин сопротивлений типа Р-314
7. Лампа накаливания на 220 В, 100 Вт
8. Испытуемый образец стали с катушкой
9. Катушка индуктивности пробная
.
10. Гальванометр баллистический
11. Провода соединительные многожильные се-
1
1
1
1
1
1
1
1
1
нием 1,5 мм2 .
10
Цель работы
батарея
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
Исследование петли гистерезиса при размагничивании и пе­
ремагничивании сердечников из стали. Приобретение практиче­
ских навыков в сборке электрических схем.
Задание
1. Размагнитить испытуемый образец стали.
2. Построить кривую первоначального намагничивания сер­
дечника.
3. Построить график для полного цикла перемагничивания.
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Материалы, обладающие большой магнитной проницае­
мостью, к которым относятся сталь, железо, чугун, кобальт и
ряд сплавов, например никель с алюминием, получили название
ферромагнетиков. Магнитная проницаемость ферромагнитных
материалов μ » 1.
Ввиду наличия в ферромагнетиках самопроизвольно намаг­
ниченных микроскопических областей, которые можно рассмат­
ривать как элементарные магнитики, их используют для изго­
товления сердечников катушек индуктивности, при изготовлении
электродвигателей, трансформаторов и т. д.
При внесении ферромагнитного сердечника в слабое магнит­
ное поле, например в поле катушки с током, магнитная индук-
56

ция поля возрастает в тысячи раз. Таким образом, можно полу­
чить сильное магнитное поле при относительно слабом токе
в катушке.
При заданной напряженности Н внешнего магнитного поля
в неферромагнитной среде (μ = 1) магнитная индукция может
быть определена из формулы
B=fl-oH,
В ферромагнитной среде к этой индукции прибавляется ин­
дукция добавочного магнитного поля μol:
B=t1·o(H+J),
где J - намагниченность ферро- B,J
магнетика.
С другой стороны, магнитная
индукция связана с напряженно­
стью магнитного поля:
В= fl-fl-oH = fl аН.
Отсюда следует, что абсолютная
магнитная проницаемость
о
f1a= f1o(1+ ~).
5
В(Н)
н
Рис. 10.1. Кривая 11амагничива11ия.
Следует отметить, что все ферромагнетики имеют предельную
намагниченность Jмакс, которая и определяет намагниченность
насыщения. Характер зависимости J от напряженности Н пока­
зан пунктирной линией на рис. 10.1.
На рис. 10.1 показано прямолинейное возрастание индукции
Во по мере увеличения напряженности Н. Складывая ординаты
кривой J и прямой Во, получим кривую намагничивания В=
=f (Н). Кривую намагничивания можно разделить на три уча­
стка: 1) прямолинейный участок Оа, который показывает, что
магнитная индукция растет почти пропорционально напряжен­
ности поля; 2) участок аб - колено кривой, который характери­
зует замедление роста магнитной индукции; 3) участок магнит­
ного насыщения - участок, расположенный выше точки 6. Здесь
зависимость между величинами В и Н снова прямолинейна, но
рост магнитной индукции замедлен значительно по сравнению
с первым участком Оа. Рассмотренная нелинейная зависимость
указывает на то, что абсолютная магнитная проницаемость фер­
ромагнитных материалов μа= В/ Н непостоянна и зависит от
напряженности магнитного поля, а следовательно, и от поля на­
магничивающей катушки.
Рассмотрим процесс перемагничивания ферромагнетиков,
который имеет место в цепях переменного тока.
Магнитное состояние ферромагнетиков, подвергающихся пе­
ремагничиванию (переменному намагничиванию), характеризу­
ется гистерезисным циклом.
57

Для примера рассмотрим катушку с сердечником, изображен­
ную на рис. 10.2 а. Допустим, что кольцевой сердечник до вклю­
чения тока не был намагничен (точка О на рис. 10.2 6). При
увеличении намагничивающего тока, а следовательно, и напря­
женности поля Н магнитная индукция В достигнет максималь­
ного значения Вмакс- Затем при уменьшении напряженности поля
будет уменьшаться и магнитная индукция, но по другой кривой
(АБ) и при нулевом значении напряженности поля (ток /=О)
она будет иметь значение Во, называемое остаточной индукцией
(отрезок ОБ), т. е. сердечник останется намагниченным, так как
в нем имеет место остаточный магнетизм.
А
-н
+Н
д
Рис. 10.2 . Кольцевая катушка. Гистерезисный цикл пере­
магничивания.
51вление отставания изменений магнитной индукции от соот­
ветствующих изменений напряженности поля называется магнит­
ным гистерезисом.
При изменении направления намагничивающего тока, а сле­
довательно, и направления напряженности поля напряженность
достигает значения Н0 , называемого коэрцитивной силой (отре­
зок ОГ), при котором магнитная индукция В= О. Эта сила за­
трачивается на размагничивание сердечника.
При дальнейшем увеличении тока обратного напряжения
магнитная индукция достигает значения -Вмакс- Затем при
уменьшении тока до нуля будет получена остаточная индукция
(остаточный магнетизм - отрезок ОЕ). Наконец, при следую­
щем изменении направления тока и напряженности поля и уве­
личении ее вновь будет получена максимальная индукция +Вма1<е-
Таким образом, при циклическом перемагничивании ферро­
магнетика зависимость В= f (Н) графически выражается замк­
нутой кривой АБГДЕЖА, называемой симметричной петлей гис­
терезиса. Перемагничивание стали связано с затратой энергии,
которая превращается в тепло. Потери энергии, вызванные про­
цессом перемагничивания, называются потерями от гистерезиса.
58

Петля гистерезиса характеризует свойства ферромагнитных.
материалов, форма и геометрические размеры ее учитываются
при расчетах магнитных цепей электрических машин и аппа­
ратов.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения работы.
+
Вк
flJ--o П"'o-F=t-~--{
Рис. 10.3. Схема для
~
размагничивания сер­
дечника.
12}---О
2. Записать основные технические данные приборов, сердеч­
ника, реостата, источников питания.
3. Собрать схему (рис. 10.3) для размагничивания испытуе­
мого образца и представить ее руководителю для проверки.
+Вк
ft,--0 rr-o--+--1-1-----~
Рис. 10.4. Схема для снятия петли гистерезиса.
4. Замкнуть выключатель Вк и, уменьшая ток в цепи ка­
тушки, размагнитить сердечник.
5. Собрать схему (рис. 10.4) для снятия петли гистерезиса.
Представить схему руководителю для ее проверки.
6. Поставить переключатель П1 в положение 1-1, замкнуть
выключатель Вк.
7. Замыкая поочередно рубильники а, 6, в, г, д, увеличить
ток в цепи, от О до lмаис- При работе нельзя ни прерывать, ни
уменьшать ток в цепи катушки. Для всех значений тока запи­
сать отклонение стрелки гальванометра ГБ.
8. По полученным данным определить напряженность маг­
нитного поля и магнитную индукцию в испытуемом образце:
Н=1
;
1
А/м,
где lw1 - намагничивающая сила катушки, 1 - ток в цепи ка­
тушки, W1 - число витков в катушке, l - средняя длина магнит-
59

ных силовых линий, т. е. периметр сердечника, по которому за­
мыкается магнитный поток;
В=С R2S а,
W2
где С - постоянная баллистического гальванометра, R2 - сопро­
тивление пробной катушки, w2 - число витков пробной катушки,
S - поперечное сечение сердечника, а - угол отклонения стрелки
гальванометр а.
9. Вычислить магнитную проницаемость при каждом значе­
нии напряженности:
1.1 . = /J,alw1 ;
где μо= 4л • 10-7 Г/м - магнитная постоянная, μа= μ0μ - абсо­
лютная магнитная проницаемость сердечника.
Показания приборов и результаты вычислений записать
в табл. 10.1.
Таблица 10.1
ИссJJедование ферромагнитного сердечника
Измеренные величины
Вычисленные величины
м
~li
а
,~
дВ
~
B=CsR, а
μа
μ
пп.
w,
дел.
т
т
Г/м
1
10. По результатам табл. 10.1 построить в масштабе кривую
первоначального намагничивания.
11. Произвести магнитную стабилизацию: несколько раз бы­
стро перевести переключатель П из положения 1-1 в положе­
ние 2-2 и обратно. Закончить стабилизацию в положении пере­
ключателя 1-1.
12. Выключая поочередно рубильники а, б, г, д, уменьшать
ток от lманс до О, затем, поставив переключатель П в положение
2-2, увеличивать ток от О до / маис- Снять показания приборов
для построения нисходящей ветви петли гистерезиса.
Результаты измерений записать в табл. 10.2.
13. Аналогично снять показания для построения восходящей
ветви гистерезисного цикла перемагничивания. Показания при­
боров записать в табл. 10.2.
14. По полученным данным для каждого значения тока опре­
делить напряженность Ни магнитную индукцию В.
60

Таблица 10.2
Изме репные величины
Вычисленные величины
.N!I пп.
!
,,
дВ
в
lf= ';· ·
В=С~
Sw,
Примечание
---
---
---
А
дел.
т
т
А/м
т
l
1
1
1
1
1
Нисходящая
2
ветвь
3
l
Восходящая
2
ветвь
3
15. Построить график В= f (Н) для полного цикла перемаг­
ничивания сердечника.
16. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. l(акие материалы называются ферромагнитными?
2. Где и для чего используются ферромагнитные материалы?
3. В чем сущность процесса намагничивания материала?
4. Что такое магнитная проницаемость материала, от чего она зависит?
5. Что характеризует намагниченность насыщения?
6. Что такое остаточный магнетизм?
7. Что такое коэрцитивная сила?
8. Что такое rнстерезнсный цикл?
9. Что такое потери от гистерезиса?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры электроизмерителыюй аппаратуры и оборудо­
вания, использованных в работе.
2. Электрнческие схемы для размагничивания и перемагничивания сер­
дечников.
3. Таблицы с результатами измерен11й и вычислений.
4. График полного ЦИ[{Ла перемаrничивтшя (петля гистерезиса), постро­
енный в масштабе.
5. Выводы из пf оделаrrной работы.
Литература: [I , с. 196-203; [2], с. 169-173; [3], с. 74-81.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 11
Встречная э. д. с. в электродвигателе
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник постоянного тока напряжением 110 В
с коммутационной аппаратурой
61

2. Электродвигатель постоянного тока с последа-
вательным возбуждением мощностью 300 Вт
шт.
3. Реостат пусковой на 15 А, 8 Ом
шт.
4. Амперметр магнитоэлектрический ПОСТОЯНIIОГО
тока на 5А
шт.
5. Вольтметр магнитоэлектрический постоянного
тока, многопредельный
2 шт.
6. Провода соединительные марки ШРПС сече-
нием 1,5 мм2, длиной 1 м
10 шт.
Цель работы
Исследование влияния электродвижущей силы, индуктируе­
мой в обмотке якоря электродвигателя постоянного тока, на ток
якоря.
Задание
1. Определить сопротивление двигателя постоянного тока
с последовательным возбуждением.
2. Измерить встречную э. д. с. и определить влияние ее на
якорный ток двигателя.
3. Проверить баланс мощностей.
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Электродвигатель - это устройство, в котором электрическая
энергия преобразуется в механическую.
Преобразование энергии в электрических машинах всегда
связано с потерями, поэтому полезная мощность Р2 (мощность
на валу двигателя) всегда меньше подводимой мощности Р1 на
величину потерь. Потери в электродвигателях постоянного тока
можно разделить на четыре вида: магнитные (Рст), механиче­
ские (Рмех), электрические (Рэ) и добавочные (Рдаб).
Таким образом, уравнение баланса мощностей будет иметь
вид
где 1: Рпат - сумма потерь энергии в двигателе, равная
~ Рnот = Рст+ Рмех+ Рэ + Рдоб•
Уравнение баланса мощностей можно представить также
в виде
Ul=Fv+f2R,
где И - напряжение, приложенное к зажимам двигателя, / -
сила тока двигателя, F - электромагнитная сила, v - скорость
62

перемещения обмотки якоря в магнитном поле, l 2R - потери
энергии в двигателе.
Подставив значение электромагнитной силы, получим
И/ =Bllv+I2R.
Разделив обе части уравнения на ток /, получим
U=Blv+IR.
Здесь Blv = Евстр - значение встречной э. д. с., наводимой
в обмотке якоря.
Таким образом, уравнение баланса напряжений запишется
так:
И=Евстр+IR.
В момент включения двигателя, т. е. при неподвижном якоре,
встречиая э. д. ,с. равиа иулю, поэтому пусковой ток двигателя
имеет максимальное значение, которое можно определить по за­
кону Ома:
и
fп= Rп
С целью ограничения пускового тока на время пуска элек­
тродвигателя последовательно с обмоткой якоря включают пус­
ковой реостат Rп. По мере разгона якоря индуктируемая в об­
мотке якоря встречная э. д. с. Евстр увеличивается, а ток якоря
уменьшается.
При полностью выведенном пусковом реостате ток в якоре
можно определить по формуле
/
_
U-Евстр
я-
Rя
Вращающий момент в электродвигателе создается электро­
магнитными силами F, при этом в обмотке якоря наводится
э. д. с. Применив правила правой и левой руки, можно убедиться,
что ток в якоре и индуктируемая э. д. с. Евстр имеют разные
знаки, т. е. встречная э. д. с. служит своеобразным ограничите­
лем тока.
В процессе исследований электродвигателя встречную э. д. с.
Евстр можно регулировать двумя способами:
а) изменяя магнитную индукцию, т. е. регулируя ток воз­
буждения;
б) изменяя скорость вращения двигателя.
Порядок выполнения работы и указания
l. Ознакомиться с измерительными приборами и установкой,
записать их технические данные.
2. Собрать схему (рис. l l.l) для определения встречной
э. д. с. Представить схему руководителю для проверки.
63

3. При заторможенном якоре двигателя, пользуясь методом
амперметра и вольтметра, измерить сопротивления обмотки
якоря и обмотки возбуждения. Результаты измерений и вычис­
лений записать в табл. 11.1.
Таблица 11.1
Определение сопротивлений обмотки якоря и обмотки возбуждения
Измер~нные величины
Вычисленные величины
.No пп.
и
!
Ия Ио.в Rя=Ия R
Ио. в
Примечание
-,-
О. В=-,-
--- --- --
в
А
в
в
Ом
Ом
4. Плавно оттормаживая двигатель, пустить его в ход. Убе­
диться, что по мере разгона двигателя ток в обмотке якоря
уменьшается.
-t
Vf
f®+c2
Рис. 11.1. Схема
для исследования
встречной э. д. с.
в двигателе посто-
я1шого тока.
Измерить величины, указанные в табл. 11.2. Определить со­
противление Rэ = Е / /, эквивалентное встречному действию
э. д.с.
Таблица 11.2
Исследование встречной э. д. с. в электродвигателе
Измеренные величины
Вычисленные велн,,ины
fl--
..
щ
~
"'
+
1
<.tJ Q:,Q
~= 1--
1;'
.No
!
Ия Ио.в
о:
о:
Rз= 1
пп.
и
с,;
~
1+
il
~=
11
11
а.
с,;
"
~,--
::;
Q
..
11
Q:,
<.tJ
....
------
в
А
в
в
Ом
Ом
в
А
Ом
1
1
1
!1
64

5. Пользуясь данными таблиц, проверить баланс мощностей
двигателя.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каков принцип действня двигателя постоянного т01<а?
2. Почему при пуске двигателя ток ero имеет максимальное значение?
3. Каково назначение пускового реостата Ru?
4. Что такое встречная э. д. с., в результате чего она наводится и как
определить ее значение?
5. Как формулируются правила левой и правой руки?
6. Какими способами можно изменять встречную э. д. с.?
7. Почему при увеличении скорости вращения ток в двигателе умень­
шается?
8. Как выглядит уравнение баланса мощностей двигателя?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры приборов и оборудования, используемых в ра­
боте.
2. Электрическая схема для исследования встречной э. д. с. в электродви-
гателе.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Вывод из проделанной работы.
Литература: [I], с. 220-243 .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 12
Последовательное соединение активного и реактивного
элементов (резистора и конденсатора, резистора и катушки)
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания - сеть переменного тока
напряжением 127-220 В
2. Лабораторный автотрансформатор
3. Реостат проволочный 50 Ом, 2 А
4. Магазин емкостей 0-40 мкФ
5. Дроссельная катушка на 5 А с ферромагнит-
ным сердечником, имеющим регулируемый
воздушный зазор
6. Вольтметр на 150 В типа Э-59
7. Амперметр на 2 А типа Э-59
8. Ваттметр на 150 В, 2,5 А типа Д-539
9. Фазометр на 150 В, 5 А типа Д-578
10. Разъединитель двухполюсный на 250 В, 40 А
11. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм2
5ЗаказNo17
65
шт.
шт.
шт.
1 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
20 шт.

Цель работы
Экспериментальное исследование неразветвленной цепи пе­
ременного тока, в которой приемники энергии имеют различный
характер. Выявить влияние активного сопротивления, индуктив­
ности и емкости на режим работы цепи переменного тока.
Задание
1. Исследовать цепь, состоящую из последовательно включен­
ных резистора и индуктивности, резистора и конденсатора.
2. По результатам опытов определить параметры цепи Rн, Zн,
Хн,Хе,L,С,SИQ.
3. По данным опытов построить график зависимостей тока
/, мощности Рн, реактивной мощности Q и cos <рн от реактивного
сопротивления Хн и Хе.
4. По данным измерений и расчетов построить в масштабе
треугольники сопротивлений, напряжений и мощностей и век­
торные диаграммы цепи с параметрами R, L и R, С.
5. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
В цепях переменного синусоидального тока различают три
вида сопротивлений: активное (R), индуктивное (xL) и емкост­
ное (хе).
1
б) U=-EL
1~8)
~[
тr.,/2
и
EL
~R
~L
~с
~~~
Рис. 12.1 . Условное обозначение сопротивлений
и векторные диаграммы цепей с активным и ре­
активным сопротивлениями.
Активное сопротивление обладает следующими свойствами:
а) при прохождении по нему тока / выделяется активная
мощность Р = 12R Вт, которая нагревает сопротивление и рас­
сеивается в пространстве, не возвращаясь обратно в сеть;
б) синусоидальный ток и напряжение на активном сопротив­
лении совпадают по фазе (векторная диаграмма, рис. 12.1 а).
Индуктивное сопротивление, которым обладают индуктивные
катушки, характеризуется тем, что:
66

а) при прохождении по нему синусоидального тока в одну
четверть периода энергия в магнитном поле катушки запасается
(в этом случае напряжение на зажимах катушки совпадает по
направлению с током), а в другую четверть периода, когда ток
и напряжение противоположны по напра,влению, эта запасенная
энергия снова возвращается в сеть.
Таким образом, в среднем в индуктивном сопротивлении
мощность не расходуется (Р =О). Интенсивность обмена энер­
гией между сетью и катушкой индуктивности принято характе­
ризовать величиной Q = 12xL, которая называется индуктивной
мощностью (измеряется в варах). Эта мощность, поскольку она
не может быть превращена во внешнюю работу, называется ре­
активной мощностью;
б) напряжение на зажимах индуктивного сопротивления
опережает проходящий по нему синусоидальный ток по фазе на
угол л/2 (векторная диаграмма, рис. 12.1 6).
Индуктивное сопротивление катушки зависит от ее конструк­
ции, числа витков и частоты тока:
XL=2тr:.JL.
Здесь L - индуктивность катушки, представляет собой коэффи­
циент пропорциональности между током катушки и создаваемым
ею потокосцеплением:
Емкостным сопротивлением обладают конденсаторы в цепи
синусоидального тока. Оно характеризуется:
а) реактивной емкостной мощностью Qc = f2xc, которая так
же, как и в индуктивном сопротивлении, сначала запасается
в электрическом поле конденсатора, а затем снова возвращается
в сеть;
б) отставанием по фазе напряжения на зажимах конденса­
тора от тока на угол л/2 (векторная диаграмма, рис. 12.1 в).
Емкостное сопротивление конденсатора зависит от частоты тока
и емкости конденсатора С:
I
Хе= 21tfC •
Из вышесказанного следует, что в цепях переменного тока на­
личие потребителей, обладающих индуктивностью или емкостью,
обусловливает сдвиг фаз между током и напряжением. От вели­
чины сдвига фаз зависят потребляемая мощность, ток в цепи,
мощность потерь энергии, к. п. д. и др.
В общем случае в цепи синусоидального тока наблюдается
обмен энергией между источником энергии и электрическим или
магнитным полем цепи, а также внутри цепи между этими по­
лями. Указанные энергетические процессы проявляют себя как
5*
F,7

реакция индуктивности и реакция емкости на протекание пере-.
менного тока, в результате чего изменяются значение и фаза
этого тока. В индуктивности возникает э. д. с. самоиндукции
di
eL=-UL=-LТt,
в емкости - э. д. с. емкости
ec=-Uc=-y 5tdt.
Пор11док выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения работы. Записать их основные техниче­
ские данные.
Вк!
~ 11"'> --+ -t- ,
~50Гц
22D8
в
Вк2
~---~✓о--------
ВкЗ
Рис. 12.2. Схема для исследования неразветвленнои цепи перемен­
ного тока.
2. Собрать схему (рис. 12.2) для исследования неразвет­
вленной цепи переменного тока и представить ее руководителю
для проверки.
3. Сердечник поместить в катушку таким образом, чтобы ин­
дуктивность ее была наибольшей. Для этого необходимо, чтобы
воздушный зазор сердечника был минимальным. Реостат полно­
стью ввести. Замкнуть рубильник Вк3 и, плавно увеличивая с по­
мощью автотрансформатора напряжение на зажимах всей цепи,
установить его в пределах 70-100 В.
В дальнейшем во всех опытах напряжение должно оставаться
неизменным.
4. Уменьшая движком реостата активное сопротивление цепи
и присоединяя для 5-6 положений движка свободные концы па­
раллельных обмоток ваттметра, фазометра и вольтметра к за­
жимам цепи АВ, ВС и АС, измерить ток в цепи, напряжение,
мощность и коэффициент мощности (cos q,) на всех участках
и во всей цепи.
5. По полученным данным определить для каждого положе­
ния движка реостата параметры цепи R, Rн, z, Хн, L, Sлс, Q.
Результаты измерений и расчетов записать в табл. 12.1, где
U лп, Uлв, Ивс, Исп - напряжения на участках цепи; Рлп, Рлв,
68

Рве, Рею- активная мощность на участках цепи; / - сила тока
в цепи; cos <р- коэффициент мощности; Rк=Рве/12- активное
сопротивление катушки индуктивности; R = Рлп/ / 2 - активное
сопротивление всей цепи: z = Илп/1- полное сопротивление
всей цепи; Хк = )' z2 -R2 -реактивное сопротивление катушки;
L = Хк/2лf - индуктивность катушки; Хе = )' z2
-
r 2 - реактив-
1
ное сопротивление конденсатора; С=
2
f - емкость батареи
1t Хе
конденсаторов; S = Uлпl - полная мощность всей цепи; Q =
= !2х - реактивная мощность всей цепи.
Таблица 12.1
Исследование неразветвленной цепи переменного тока
Измеренные величины
Q
Q
-,:
u
Q
~
-,:
11:1
u
J\6 nn.
11:1
u
Q Q,,
'Q
u
Q
...
...
...
11
-,:
'Q
u
11
-,:
'Q
u
..
.,
..
~
~
~
~
Q,,
Q,,
Q,,
Q,,
.. ..
о
о
о
<.J
<.J
<.J
---- ------------ ------
--
в
в
в
в
Вт
Вт
Вт
Вт
А
-
-
-
Вычисленные ве.11нчнны
J\6 nn.
R11.
R
2
. .t'K
L
хе
с
s~
Ом
Ом
Ом
Ом
г
Ом
ф
В•А
вар
6. Реостат полностью вывести. При минимальном воздушном
зазоре сердечника (индуктивность катушки максимальная) изме­
рить напряжение на катушке Uвс, активную мощность, потреб­
ляемую катушкой, Рве, коэффициент мощности cos q>ве и ток
в цепи /.
Постепенно увеличивая воздушный зазор сердечника для 5-
6 положений его, записать показания приборов.
7. По полученным данным определить для каждого положе­
ния сердечника Rк, zн, Хи, L, S и Qк. Результаты измерений и рас­
четов записать в табл. 12.1.
8. По данным табл. 12.1 построить графики зависимости силы
тока /, мощностей Р, Рлв, Рве, реактивной мощности Q и cos q>
от активного сопротивления R. Для одного из положений движка
реостата R построить векторную диаграмму напряжений и тока.
69

Построить графики зависимостей тока /, мощности Рве, реак­
тивной мощности Q и cos <рве от реактивного сопротивления ка­
тушки Хн. Для одного из положений сердечника катушки по­
строить векторную диаграмму цепи.
9. Рубильник ВкЗ выключить, а катушку зашунтировать,
замкнув рубильник Вк2. Реостат полностью ввести. Установить
емкость конденсаторной батареи порядка 25 мкФ.
10. Подать напряжение на зажимы цепи и, плавно уменьшая
движком реостата активное сопротивление цепи и присоединяя
для 5-6 положений движка свободные концы параллельных
обмоток ваттметра, фазометра и вольтметра к зажимам цепи
АВ, CD и AD, измерить ток в цепи, напряжение, мощность
и коэффициент мощности (cos <р) на всех участках и во всей
цепи.
11. По полученным данным определить для каждого положе­
ния д•вижка реостата параметры цепи R, z, хе, С, Sлп и Q. Ре­
зультаты измерений и вычислений записать в табл. 12.1.
12. По данным измерений согласно п. 10 построить графики
зависимости тока /, мощностей Р, Рлв, Реп, реактивной мощно­
сти и cos <р от активного сопротивления цепи. Для одного из по­
ложений движка реостата построить векторную диаграмму цепи.
13. Установить емкость конденсаторной батареи наиболь­
шей. Движок реостата установить так, чтобы ток в цепи был по­
рядка 1 А.
14. Меняя емкость конденсаторной батареи, записать показа­
ния приборов (5-6 положений).
15. По полученным данным определить R, Хе, С, S и Q. Ре­
зультаты измерений и расчетов записать в табл. 12.1.
16. По данным табл. 12.1 построить графики зависимости
силы тока /, мощности Ре, реактивной мощности Q и cos <реп от
реактивного сопротивления цепи Хе. Для одного из измерений
построить векторную диаграмму цепи.
17. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие виды сопротивлений различают в цепях переменного тока?
2. Чему равно полное сопротивление цепи, состоящей из последовательно
включенных активного и индуктивного, активного и емкостного сопротив­
лений?
3. Как можно изменить индуктивное сопротивление?
4. Как определить активное сопротивление катушки индуктивности?
5. Как определить реактивное сопротивление цепи?
6. Чему равна полная мощность цепи?
7. Чему равна реактивная мощность цепи?
8. По каким формулам можно проверить правильность измерений в ис­
следуемой цепи?
9. Как строятся векторные диаграммы для цепей, состоящих из R, L
иR,С?
1О. Почему кривая зависимости cos (fJ = f (R) возрастающая, а кривая за­
висимости cos qJ=f (х) убывающая?
70

ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры оборудования и измерительных приборов, ис-
пользуемых в работе.
.
2. Электрическая схема для исследования неразветвленнои цепи перемен-
ного тока.
3. Таблица с результатами измерений и вычислений.
4. Расчетные формулы для определения параметров цепи.
5. Графики зависимостей /, Р, Q, cos <р от активного и реактивного со-
противлений.
6. Векторные диаграммы исследуемых цепей.
7. Выводы из проделанной работы.
Литература: [1], с. 318-345; [3], с. 145-169.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 13
Параллельное соединение активного и реактивного элементов
(резистора и конденсатора, резистора и катушки)
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания - сеть переменного тока на-
пряжением 127-220 В
2. Лабораторный автотрансформатор
3. Реостат проволочный 150 Ом, 2 А
4. Магазин емкостей 0-40 мкФ
5. Дроссельная катушка на 5 А с ферромагнит­
ным сердечником, имеющим регулируемый
воздушный зазор
6. Вольтметр на 150 В типа Э-59
7. Амперметр на 2 А типа Э-59
8. Ваттметр на 150 В, 2,5 А типа Д-539
9. Фазометр на 220 В, 5 А типа Д-578
1О. Разъединитель однополюсный на 250 В, 40 А
11. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм 2
Цель работы
шт.
шт.
шт.
1 шт.
1 шт.
4 шт.
1 шт.
1 шт.
3 шт.
20 шт.
Исследование разветвленной цепи с активным и реактивным
сопротивлениями. Опытная проверка компенсации реактивной
мощности, т. е. компенсации коэффициента мощности. Исследо­
вание физической сущности явлений, при которых включение
конденсаторов параллельно с потребителем энергии увеличивает
cos qJ установки.
Задание
1. Исследовать цепь, состоящую из параллельно вклю­
ченных:
а) резистора и емкости;
71

6) резистора и индуктивности;
в) резистора, индуктивности и конденсатора.
2. Исследовать влияние реактивного ответвления (емкости)
на режим работы потребителя (катушки индуктивности и рези­
стора).
3. Построить графики зависимостей общего тока и коэффи­
циента мощности от переменной емкости.
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
При синусоидальном напряжении на зажимах разветвленной
цепи и= И~шнс sin wt (рис. 13. l) ток в первой параллельной
ветви (в резисторе)
11= ~; i1=f1"8кcSin(l)f.
Рис. 13.1 . Разветвлеииая электрическая цепь переменного
тока.
Этот ток будет совпадать по фазе с приложенным напряже­
нием.
Ток во второй параллельной ветви (в катушке индуктив­
ности)
Этот ток отстает по фазе от напряжения на угол q,2.
Ток в третьей параллельной ветви (в конденсаторе)
lз =_!!_; iз= lз макс sln ((l)t+90°)
Хе
опережает по фазе приложенное напряжение на угол 90°.
Ток в неразветвленной части цепи в общем виде
i=fиaкcSin((l)f ± (f)).
72

В частном случае, когда Ь L > Ьс, действующее значение этого
тока
Полная проводимость разветвленной цепи переменного тока
Угол сдвига фаз между приложенным напряжением и током
в неразветвленной части цепи
Ic
·h -Ь
tgf=LС
g
На рис. 13.2 приведена вектор­
ная диаграмма разветвленной цепи
для случая, когда bL>bc, т. е. об­
щий ток в цепи отстает от напря­
жения.
и
В случае, когда IL<fc или bL< )
< Ьс, ток в неразветвленной части
цепи опережает приложенное напря- 1с
жение.
В том случае, когда /L= /с или lL
Ьс=bL,уголq>=О, т. е. ток совпа­
дает по фазе с напряжением. В це­
пи возникает явление резонанса
токов.
Рис. 13.2. Векторная диаграмма
разветвленной цепи иеремен­
ноrо тока.
Из векторной диаграммы видно, что емкость можно использо­
вать для повышения коэффициента мощности линии, от которой
питается индуктивный приемник, за счет компенсации реактив­
ной мощности.
Компенсация реактивной мощности имеет своей целью умень­
шение сдвига фаз между напряжением на зажимах потребителя
и общим током в подводящих проводах, т. е. повышение коэф­
фициента мощности всей цепи.
Так как реальная нагрузка промышленных установок носит
активно-индуктивный характер (ток отстает по фазе от напря­
жения), то, подключая параллельно потребителю энергии бата­
рею конденсаторов, можно уменьшить угол сдвига между током
и напряжением, т. е. получить больший cos <:р. Это происходит за
счет частичной разгрузки генератора, питающего цепь, от реак­
тивной мощности, которую берут на себя конденсаторы.
Таким образом, не меняя полезной активной составляющей
общего тока, мы уменьшаем бесполезную реактивную состав­
ляющую тока в подводящих проводах, тем самым разгружая
провода линии электропередачи.
73

Значение емкости, которую необходимо включить парал­
лельно нагрузке, чтобы повысить коэффициент мощности от зна­
чения cos <р 1 до cos <р2, определяется по формуле
р
С= u2ю (tg ({)1 - tg qi).
Порядок выпопнения работы и указания
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения работы. Записать их основные техниче­
ские данные.
2. Собрать схему (рис. 13.l) для исследования разветвлен­
ной цепи переменного тока и предста1вить ее руководителю для
проверки.
3. Установить значение подводимого напряжения порядка
50 в.
4. Поочередно включая сопротивление R, катушку индуктив­
ности и конденсатор С порядка 25 мкФ, измерить ток в цепи /,
угол сдвига фаз rp между током и приложенным напряжением,
потребляемую мощность Р. Результаты измерений записать
в табл. 13.1 .
н,
nп.
1
2
3
4
1
Таблица 13.1
Исспедование разветвпенной цепи переменного тока
Измеренные величины
Вычисленные величины
Схема включения
и
l cos '1'
'1'
р
la/рQs
sln '1'
------ --
--
------
--
--
вА
град.
Вт
ААварВ,А
Активное сопро-
тивление
Катушка
Конденсатор
Параллельно:
а) RнС
б) RнL
5. Соединить параллельно: а) активное сопротивление и кон­
денсатор; б) активное сопротивление и катушку индуктивности.
Измерить и вычислить величины, указанные в табл. 13.1:
активную составляющую тока
la=l cos qi;
реактивную составляющую тока
lp=l sin qi;
74

полную мощность цепи
S=Ul;
реактивную составляющую мощности
Q=Ssintp.
Правильность измерений можно проверить по формуле
P=Ul COS(f' .
6. По данным измерений и вычислений (п. 4 и 5) построить
в масштабе векторные диаграммы цепи.
~5DГц1
22D8
Рис. 13.3. Схема для исследования разветвленной цепи
переменного тока.
7. Собрать схему, изображенную на рис. 13.3, и представить
ее руководителю для проверки.
8. Установить значение подводимого напряжения порядка
50 В.
9. При отключенном конденсаторе и максимальной индук­
тивности (сердечник полностью введен) записать показания при­
боров. Результаты измерений занести в табл. 13.2 .
Таблица 13.2
Опытная проверка компенсации реактивной мощности
Измеренные величины
1
Вычисленные величины
N,
и
1
JK
lc
р cos<f' <f' -<сс QKQc
ZK RK
...кQs
пп. -------- -- -- -- -
------
----------
вАААВт
град. Ом мкФ вар вар Ом Ом Ом вар В-А
10. При неизменном положении сердечника катушки, увели­
чивая емкость, получить емкостный характер цепи хе> Хн, за­
фиксировав при этом момент, когда <р = О. При каждом значе­
нии емкости записать показания приборов в табл. 13.2 .
75

По результатам измерений вычислить:
реактивное сопротивление емкости
емкость конденсатора
и
Хс=-1-;
с
/с· 106
С= -,2,--1tf--=-x -c - - U • 21tf мкФ•
гдеf= 50 Гц;
реактивную мощность катушки
Qк=Иfкsin <f!к=Иfрк;
реактивную мощность емкости
Qc=Иfcsin fc= И/ре:
активное сопротивление катушки
R Рк.
к=у,
к
полное сопротивление катушки
и
Zк=-т;;;
реактивное сопротивление катушки
Хк= Vz~- R ~;
реактивную мощность всей цепи
Q=Qк-Q6
полную мощность всей цепи
S=V p2+Q2.
Результаты вычислений записать в табл. 13.2 .
11. По данным табл. 13.2 в общей системе координат по­
строить графики зависимостей общего тока / и cos q, от пере­
менной емкости С.
12. Для максимальной индуктивности (при полностью вве­
денном сердечнике) вычислить значение емкости, которую необ­
ходимо включить параллельно катушке, чтобы cos q> нагрузки
был равен 1.
13. Включить в цепь расчетное значение емкости и по фазо­
метру проверить правильность вычисления.
14. Составить отчет о выполненной работе.
76

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Чему равно полное сопротивление цепи, состоящей из параллельно
включенных катушки индуктивности, емкости и активного сопротивления?
2. Как можно изменять реактивную проводимость ветви?
3. За счет чего происходит увеличени.е коэффициента мощности в раз­
ветвленной цепи переменного тока?
4. По каким формулам можно проверить правильность измерений в ис­
следуемой цепи?
5. Как строятся векторные диаграммы разветвленных цепей переменного
тока, состоящих из R, L и С?
6. Как определить значение емкости, при которой cos <р= 1?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры оборудования II измерительных приборов, ис­
пользуемых в работе.
2. Электрические схемы для исследований рll.Зветвленной цепи перемен-
ного тона.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Расчетные формулы для определения параметров цепи.
5. Векторные диаграммы исследуемой цепи.
6. Графики зависимостей cos <р и общего тока / от емкости С при парал­
лельном включении катушки и конденсатора.
7. Выводы из проделанной работы.
Литература:[\], с. 362-377; [З], с. 145-160.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .М 14
Резонанс напряжений
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания - сеть переменного тока на­
пряжением 127-220 В
2. Лабораторный автотрансформатор
3. Дроссельная катушка на 5 А с ферромагнит­
ным сердечником, имеющим регулируемый
воздушный зазор
.
.
.
4. Магазин емкостей 0-40 мкФ
5. Вольтметр на 150 В типа Э-59
6. Вольтметр на 30 В типа Э-59
7. Амперметр на 2 А типа Э-59
.
8. Ваттметр на 150 В, 2,5 А типа Д-539
9.Фазометрна150В,5АтипаД-578 . . .
1О. Разъединитель двухполюсный на 250 В, 40 А
11. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм 2
Цель работы
1 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
20 шт.
Экспериментальное исследование явления резонанса напря­
жений и условий, при которых он возникает.
77

Задание
1. Меняя один из параметров цепи, добиться резонанса на­
пряжений.
2. По результатам опытов определить параметры цепи: z, Zк,
XL, L, Хе, С, Иа, UL, cos <р.
3. Построить в масштабе векторные диаграммы напряжений.
4. По результатам опытов построить графики зависимостей
f=f(L); Ин=f(L); Ue=f(L); COS(f!=f(L); l=f(C); Ин=
=f(C); Ие=f(С); cos<p=f(C) и дать анализ графиков.
5. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
В неразветв.1енной цепи (рис. 14.1) катушка индуктивности
L и конденсаторная батарея С соединены последовательно. Эта
цепь обладает полным сопротивлением
---0
50Ги,
2208
--о
z = VR~+(xL - Хс)
2
Ом.
Рис. 14.1 . Схема для получения резонанса напряжений.
Для такой цепи характерно следующее:
а) сила тока по закону Ома
и
1=-·
z'
б) напряжение на зажимах цепи U сдвинуто по фазе относи­
тельно тока на угол <р<90°.
При XL>Xe приложенное напряжение U опережает ток, а при
XL < хе напряжение отстает от тока (см. векторные диаграммы,
рис. 14.2).
При XL >Хе напряжение на катушке больше напряжения на
конденсаторе. Цепь имеет индуктивный характер. При XL<Xe
напряжение на катушке меньше, чем напряжение на конденса­
торе. Цепь имеет емкостный характер.
В случае, когда реактивные сопротивления катушки и конден­
сатора оказываются равными друг другу (xL =хе), приложен­
ное напряжение и ток в цепи совпадают по фазе, в цепи насту-
78

пает резонанс напряжений (векторная диаграмма, рис. 14.2 в).
1
Согласно равенству 2nfL = 2
nfс , резонанса напряжений
UL а)
UL
l/L
5)
l/L
llc
llt-Uc
1
1
I
llc
llc
Рис. 14.2. Векторные диаграммы для неразветвленной цепи пере­
менного тока.
а) xL>xe, 6) xL <хе, в) xL =хе.
можно добиться изменением трех величин: емкости, индуктив­
ности и частоты. В данной работе резонанс достигается измене­
нием емкости или индуктив-
ности.
По мере приближения
резонанса напряжения на
реактивных элементах цепи
изменяются и стремятся
к равенству между собой.
Также растут значения тока
и коэффициента мощности
цепи. При резонансе ток до­
стигает максимального зна­
чения, а cos q, = l (рис. 14.3).
r
Напряжения на катуш­
ке и конденсаторе в мо­
мент резонанса достигли
Рис. 14.3. Резонансные кривые.
бы одновременно максимума, если
активное сопротивление. Наличие
79
бы в цепи отсутствовало
активного сопротивления

в катушке и конденсаторе и их неравенства вызывают сдвиг
ULмакс И Uсмакс •
Характерной особенностью исследуемой цепи является то, что
в ней напряжение на реактивных элементах может превосходить
напряжение на зажимах цепи. Это объясняется тем, что при ре­
зонансе напряжений в цепи происходит периодический обмен
энергией между магнитным и электрическим полями, поэтому
увеличение энергии магнитного поля катушки происходит за
счет уменьшения энергии электрического поля конденсатора
и наоборот.
При условии резонанса отношение напряжения на реактив­
ных элементах цепи к напряжению на входе цепи называется
добротностью цепи (контура):
Q_Ис
_
ИL _ 21r.fL
_
1
к-и
-
и-
R _....,я=2,...'1':,1...,.,с=-
на основании равенства напряжений UL и Ис при резонансе
можно определить резонансную частоту цепи
I
f= 2'1'. УLC •
Порядок выполнення работы и указания
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения работы. Записать их основные техниче­
ские данные.
2. Собрать схему (рис. 14.1) для получения резонанса напря­
жений. Представить схему руководителю для проверки.
3. Сердечник поместить в катушку таким образом, чтобы ин­
дуктивность ее была наибольшей. Для этого необходимо, чтобы
воздушный зазор сердечника был минимальным.
4. Произвольно установить емкость конденсаторной батареи.
5. Замкнуть выключатель Вк и установить напряжение, под­
водимое в цепи, порядка 40-60 В (во время опыта напряжение
должно оставаться неизменным).
6. Постепенно вынимая сердечник (уменьшая индуктивность
катушки и ее индуктивное сопротивление), при различных по­
ложениях сердечника записать показания приборов.
Опыт нужно построить так, чтобы было не менее трех заме­
ров до максимального тока, один в момент максимального зна­
чения тока и не менее трех замеров после него. Если опыт не
получается, значит следует выбрать другое значение емкости
конденсаторной батареи.
Результаты измерений занести в табл. 14.1, отметить показа­
ю1я приборов при наибольшем значении тока в цепи, что соот­
ветствует резонансу напряжений.
80

Таблица 14.1
Исследование неразветвленной цепи переменного тока
Измеренные ве.11нчины
и
/
1
р
,~
<р
ик
1
Uc
и оп.
в
А
Вт
граА.
в
в
Вычисленные величины
ипп. z
ZK
Rк XL .rc
с
LиаULQ
s
Примечание
-- --
-- --
------
ОмОмОмОмОммкФгввварВ•А
7. По результатам измерений вычислить значения величин,
указанных в табл. 14.1:
полное сопротивление цепи
и
Z=-, -;
полное сопротивление катушки индуктивности
Uк
Zк=-1-;
активное сопротивление катушки индуктивности
Rк=R=Zpeз,
так как Rc:::::: О;
индуктивное сопротивление катушки индуктивности
XL= Vz~ -R ~;
емкостное сопротивление конденсаторной батареи
Ис
Хе=-,-;
емкость конденсаторной батареи
1
/.106
мкФ,
гдеf= 50 Гц;
6 ЗаказNo17
81

индуктивность катушки
активную составляющую напряжения
Иа=lRк;
индуктивную составляющую напряжения
UL=lxL;
реактивную мощность цепи
Q=QL-Qc=ULI-Ucl;
полную мощность цепи
S=Ul=l
2
z=VP2 +Q2
•
8. Произвольно установить воздушный зазор сердечника ка­
тушки. Поддерживая с помощью ЛА ТРа неизменным подводи­
мое напряжение цепи, изменять емкость конденсаторной батареи
и при каждом значении емкости записывать показания приборов
в табл. 14.1. Отметить показания приборов, соответствующие ре­
зонансу напряжений в цепи. Если резонанс в цепи не наступает,
значит следует выбрать другое положение сердечника катушки
и опыт повторить.
9. По результатам измерений вычислить значения величин,
указанных в табл. 14.1.
10. В выбранном масштабе построить векторные диаграммы
цепи для трех измерений: XL<Xc; XL>xc; XL = хе.
11. По данным табл. 14.1 построить резонансные кривые/=
=
f(L) ;
cos(fJ= f(L);
иL=f(L);
ис=f(L) ;
/
= f(С); cosq,=
=f(C); UL=f(C); Vc=f(C).
12. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Чему равно полное сопротивление цепи, состоящей из последова•
тельно включенных катушки индуктивности и емкости?
2. Как можно добиться резонанса напряжени(!?
3. Что такое резонанс напряжений? При каких условиях он возникает?
4. В чем физическая сущность резонанса напряжений?
5. За счет чего увеличиваются напряжения на реактивных участках при
резонансе?
б. Что такое добротность цепи (контура)?
7. Как определить резонансную частоту, если известны индуктивность
и емкость цепи?
8. Чему равна полная мощность цепи при резонансе напряжений?
9. Где используется явление резонанса напряжений?
82

ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры оборудования и измерительных приборов, ис-
пользуемых в работе.
2. Электрическая схема для получения резонанса напряжений.
3. Таблица с результатами измерений и вычислений.
4. Расчетные формулы для определения параметров цепи.
5. Векторные диаграммы, указанные в п. 10.
6. Резонансные кривые, указанные в п. 11.
7. Выводы из проделанной работы.
Литература: (1], с. 356-361; [3], с. 159-163 .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 15
Резонанс токов
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания - сеть переменного тока на­
пряжением 127-220 В
2. Лабораторный автотрансформатор
3. Дроссельная катушка на 5 А с ферромагнит­
ным сердечником, имеющим регулируемый
воздушный зазор
4. Магазин емкостей 0-40 мкФ
5. Вольтметр на 150 В типа Э-59
6. Амперметр на 0,25 А типа Э-513
.•
7. Ваттметр на 150 В, 2,5 А типа Д-539
8. Фазометр на 150 В, 5 А типа Д-578
9. Разъединитель двухполюсный на 250 В, 40 А
10. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм2 .
Цель работы
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
3 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
20 шт.
Экспериментальное исследование явления резонанса токов
и условий, при которых он возникает в цепи колебательного кон­
тура.
Задание
1. Меняя один из параметров цепи, добиться резонанса токов.
2. По результатам опытов определить параметры цепи: zи, Lн,
XL,bL,Хе,Ьс,С,Ь,у,g.
3. Построить в масштабе векторные диаграммы токов.
4. По результатам опытов построить графики зависимостей
l=f(C); fи=f(C); lc=f(C); /=f(L); fи=f(L); fc=f(L)
и дать анализ графиков.
5. Составить отчет о выполненной работе.
6*
83

Краткая теория и пояснения к работе
В разветвленной цепи (рис. 15.l) катушка индуктивности
и конденсаторная батарея С соединены параллельно.
При параллельном соединении катушки индуктивности и ем­
кости возможен случай, когда эквивалентная реактивная прово­
димость цепи равна нулю. Это произойдет тогда, когда реактив­
ные проводимости параллельных ветвей будут равны между со­
бой и полностью скомпенсируют друг друга:
1
bL= 21'/L ; bc=2-rr.JC; bL=bc,
Такое состояние цепи называется резонансом токов.
,-50Гц
,
0208
V
{lJ-----0
~-..___
__.___.___..________~
Рис. 15.1 . Электрическая схема для получения резонанса
токов.
Условие возникновения резонанса токов применительно к рас­
сматриваеМ'Ой цепи может быть определено из уравнения
wL
=шС
R~ + (ooL)2
'
Из этого уравнения видно, что резонанс токов можно полу­
чить изменением одной из четырех величин (Rн, Lн, С, <u) или их
комбинаций. В исследуемой схеме осуществляется плавное из­
менение индуктивности и емкости.
Из уравнения возникновения резонанса токов видно, что от­
носительно индуктивности Lн уравнение является квадратичным.
Это означает, что в схеме возможны два значения индуктивно­
сти, при которых наступает резонанс токов.
Легко доказать, что значение bL при L = О и L = оо равно
нулю, а максимального значения реактивная проводимость bL
достигает при условии <uLн = Rн:
откуда
dhL
w {R;+ (ooL)2] - 2ФL, w, ooL
dL=
{R~ + (wL)2]2
=0,
R~+ ((J)L)2
-
2 ((J)L)~=O,
Rк=(J)L,
84

График изменения реактивной проводимости bL в зависимо­
сти от индуктивности L изображен на рис. 15.2 . Из графика
видно, что резонанс может наступить при двух значениях ин­
дуктивности, L1 и L2, при условии, что проводимость ветви с кон­
денсатором остается неизменной, Ьс = coпst.
В исследуемой схеме для обеспечения максимального диапа­
зона изменения реактивной проводимости bL желательно выби­
рать условие Рк ~ (J)Lмuн, которое обеспечивает один режим ре­
зонанса.
Рис. 15.2 . График зависимости прово­
димости от индуктивности катушки.
Рис. 15.3 . Резонансные кривые.
I,Jc
Действующее значение тока в цепи определяется выражением
где U - напряжение на зажимах цепи; у
-
полная проводимость
цепи; g- активная проводимость цепи; bL, Ьс - реактивные про­
водимости цепи.
По мере приближения резонанса ток емкостной ветви и ток
катушки индуктивности стремятся к равенству. Общий ток цепи
уменьшается и при резонансе достигает минимального значе­
ния, так как при этом реактивная проводимость цепи равна
нулю и действует только активная проводимость, т. е. /о= Uyo =
=Vg.
На рис. 15.3 приведены графики зависимости токов в иссле­
дуемой цепи от емкости.
Характерной особенностью разветвленной цепи является то,
что токи в ее реактивных ветвях могут быть больше общего тока
в неразветвленной части цепи.
При bL>bc; IL>lc цепь имеет индуктивный характер, ток
отстает от напряжения; при bL < Ьс; I L < I с цепь имеет емкост­
ный характер, ток опережает приложенное напряжение.
85

В момент резонанса токов сдвиг по фазе равен
а cos (J) = 1 (векторные диаграммы, рис. 15.4).
lc!б)
!,
1
/с 8)
fc а)
fc-~
laи
1р
laи
Iaи
Iк
Рис. 15.4 . Векторные диаграммы разветвленной цепи перемен­
ного тока.
а) bL>bc; б) bL <Ьс; в) bL=bc.
Порядок выполнения работы и указания
нулю,
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения работы. Записать их основные техниче­
ские данные.
2. Собрать схему (рис. 15.1) для получения резонанса токов.
Представить схему руководителю для ее проверки.
3. При отключенной ветви с емкостью определить диапазон
изменения реактивной проводимости катушки. Предельные зна­
чения индуктивности соответствуют кр2йним положениям сер­
дечника.
4. Определить значение резонансной емкости, соответствую­
щей средней реактивной проводимости ветви с индуктивностью.
5. На батарее конденсаторов набрать значение емкости, вы­
численное в п. 4, и подключить ее параллельно ветви с индук­
тивностью.
6. Поддерживая с помощью автотрансформатора неизмен­
ным напряжение на входе цепи (порядка 40-60 В) и изменяя
индуктивность катушки от Lма~ю до Lмин, записать показания
приборов.
Опыт нужно построить так, чтобы было не менее трех заме­
ров до минимального тока, один в момент минимального значе­
ния тока и не менее трех замеров после него в неразветвленной
части цепи. Если опыт не получается, значит резонансная ем­
кость выбрана неправильно.
7. Результаты измерений занести в табл. 15.l, отметить по­
казания приборов при наименьшем значении общего тока, что
соответствует резонансу токов.
86

Таблица 15.f
Исследование разветвленной цепи переменного тока
Измеренные ве.аичнны
1t оп.
и
lо
/к
lc
р
cos '1'
'i'
в
л
л
л
Вт
-
гра.11.
Вычисленные величины
16
~~
z,
XLbLz,
хе
Ьс
ь
у
g
Q
s
по.
ОмОмСмОмОмСмСмСмСмВарВ,А
ф
8. По результатам измерений вычислить значения величин,
указанных в табл. 15.1:
полное сопротивление индуктивной ветви
и
Zк=--т;-;
индуктивность катушки
где Rн - активное сопротивление катушки, значение которого
указано на стенде;
реактивное сопротивление катушки
XL=21t/L;
реактивную проводимость катушки
XL.
bL=-2-,
zl
полное сопротивление емкостной ветви
и
Z2=-1 -•
с
так как Rc"""O, то можно считать z2~x0 ;
87

емкость конденсаторной батареи
с lc•IOб
мкФ;
U· 2'1f.f
реактивную проводимость емкостной ветви
хе
I
Ьс=--~--;
z~
хе
полную реактивную проводимость цепи
b=bL-bc;
полную проводимость цепи
I
Y=u;
полную активную проводимость цепи
g=yo;
реактивную мощность цепи
Q=U2b;
полную мощность цепи
S=U2y.
9. Произвольно установить воздушный зазор сердечника ка­
тушки. Поддерживая с помощью ЛАТРа неизменным подводи­
мое напряжение цепи, изменять емкость конденсаторной батареи
и при каждом значении емкости записывать показания приборов
в табл. 15.1. Отметить показания приборов, соответствующие ре­
зонансу токов. Если резонанс токов не наступает, значит сле­
дует выбрать другое положение сердечника катушки и опыт по­
вторить.
10. По результатам измерений вычислить значения величин,
указанных в табл. 15.1 .
11. В выбранном масштабе построить векторные диаграммы
цепи для трех измерений: bL>bc; bL<bc; bL = Ьс.
12. По данным табл. 16.1 построить резонансные кривые
IL=f(L); fc=f(L); fo=f(L); IL= f(C); fc=f(C); /o=f(C).
13. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как можно изменять реактивную проводимость разветвленной цепи?
2. Что такое резонанс токов? При каких условиях он наступает?
3. В чем физическая сущность резонанса токов?
4. Как определить резонансную емкость конденсаторной батареи, если из­
вестны индуктивность катушки и частота тока в цепи?
5. Какое значение в электротехнике и радиотехнике имеет резонанс
токов?
6. Чему равна полная мощность цепи при резонансе токов?
88

ОТЧЕТНЫИ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры оборудования и измерительных приборов, ис­
пользуемых в работе.
2. Электрическая схема для исследования разветвленной цепи перемен-
ного тока.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Расчетные формулы для определения параметров разветвленной цепи.
5. Векторные диаграммы, указанные в п. 11.
6. Резонансные кривые, указанные в n. 12 .
7. Вывод из проделанной работы.
Литература: (1], с. 362-387; (3], с. 163-167.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 16
Измерение параметров индуктивно-связанных катушек
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник питания переменного однофазного
тока напряжением 220 В, 50 Гц
2. Автотрансформатор ЛАТР-2 на 220 В
3. Индуктивно-связанные катушки
4. Ваттметр щитовой однофазный на 220 В, 5 А,
50 Гц
5. Вольтметр щитовой электромагнитный перемен-
ного тока на 30 В
.
6. Амперметр щитовой электромагнитный пере­
менного тока многопредельный
7. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм2 .
Цель работы
1 шт.
2 шт.
шт.
3 шт.
2 шт.
15 шт.
Опытное определение параметров индуктивно-связанных ка­
тушек при различных схемах их включения. Приобретение прак­
тических навыков в построении векторных диаграмм.
Задание
1. Определить параметры двух индуктивно-связанных кату­
шек. При последовательном соединении (согласном и встречном)
измерить ток, напряжение и активную мощность каждой ка­
тушки.
2. Определить взаимную индуктивность и коэффициент связи.
3. Построить векторные диаграммы для последовательного
и встречного соединений.
4. Составить отчет о выполненной работе.
89

Краткая теория и пояснения к работе
Если магнитное поле одной из катушек сцеплено с витками
.другой катушки, то такие две катушки называются индуктивно­
связанными.
Реальная катушка обладает активным и индуктивным сопро­
тивлениями.
Индуктивность катушки L характеризует способность ка­
·тушки создавать при протекании по ней тока / вокруг себя маг"
нитное поле и собственное потокосцепление Ч'L:
WL
L=-1-.
Индуктивность катушки зависит от числа витков, формы
и размеров катушки, а также от магнитной проницаемости среды,
в которой она находится. Индуктивность катушки без ферромаг­
нитного сердечника является величиной постоянной.
Для определения параметров катушки достаточно при неко­
тором допустимом для катушки действующем значении тока /
измерить на ней действующее напряжение U и активную мощ­
ность Р, потребляемую катушкой, тогда
r=~;z= ~;х=Vz2
-
r2
;L=~
.
Взаимная индуктивность характеризует способность катушек
при протекании тока в одной из них создавать потокосцепление
взаимоиндукции Ч' м с другой катушкой и определяется выраже­
нием
qr1M
qr2M
М1 2=М21=-,-2 -=-,-1 -.
Взаимная индуктивность М зависит от тех же факторов, что
и индуктивность, и, кроме этого, от взаимного расположения ка
тушек. Соотношение между собственными индуктивностями ка­
тушек и их взаимной индуктивностью называется коэффициен­
том индуктивной связи:
Можно показать, что всегда К< 1.
В одних случаях магнитное поле каждой из катушек усили­
вается магнитным полем другой катушки и потокосцепление
каждой из катушек становится больше потокосцепления самоин­
дукции:
W1 = W1L +W1м =L1l1 +MI2i
W2= W2L+ W2М= Li2+MI1·
•Такое включение катушек называется согласным.
90

В другом случае магнитное поле каждой из катушек ослабля­
ется магнитным полем другой катушки и потокосцепление каж­
дой катушки становится меньше потокосцепления самоиндук­
ции:
W1= W1L-W1м=L1l1 -М/2;
W2= W2L- W2м = Li2-М/1.
Такое включение катушек называется встречным.
Зажимы магнитосвязанных катушек при одинаковом направ­
лении токов, относительно которых потоки самоиндукции и взаи­
моиндукции складываются, называются одноименными. Одно­
именные зажимы на схемах обозначаются звездочками, а между
катушками изображается дуговая стрелка, возле которой указы­
вается значение взаимной индуктивности этой пары катушек.
Рис. 16.1. Схема после­
довательного включения
катушек.
Rf
L1
Взаимную индуктивность легко определить из опыта: подклю­
чить источник энергии к первой катушке, измерить ток /1 и на­
пряжение U2 на разомкнутых зажимах второй катушки. Напря­
жение U2 численно равно э. д. с. взаимоиндукции:
И2=/1rоМ,
откуда
Кроме этого способа, в работе предлагается определить вза­
имную индуктивность М из опыта согласного и встречного вклю­
чений при последовательном соединении катушек (рис. 16.1).
Уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа, в ком­
плексной форме при согласном включении катушек имеет вид
И =fr1+JjwL1+ljroM+lr2+ljwL2+JjwM =
=/fr1+r2+j(wL1+wL2+2wM)J,
(а)
при встречном соединении
И =I [г1 +г2+j(wL1 +wL2 -2wM)/.
(б}
Выражения в круглых скобках в формулах (а) и (б) представ­
ляют собой эквивалентные реактивные сопротивления цепи:
Xcorл=roL1 +wL2+2wM;
Хвстр = wL1 +wL2-2wM.
91

Вычитая из первого уравнения второе, получим
Хсоrл - Хвстр = 4(1)М,
отсюда
м
Хсоrл - Хвстр
4u1
Lwг~-Lвстр
4
Для определения М сопротивления Хсогл и Хвстр необходимо
вычислить по опытным данным для согласного и встречного
включений:
Хсоrл = V Z~orл - (r1 +r2)
2
;
Хвстр= V z:cтp-(r1+r2)2 .
jшмi
б) -jшм! jшLJ
jш~J
j
I
а----'---....---• 0--------------------
Рис. 16.2 . Векторные диаграммы при согласном и встречном включе­
ниях катушек.
Векторные диаграммы для согласного и встречного включе­
ний приведены на рис. 16.2 . Они строятся по уравнениям (а)
и ( б), где U1 и U2 - напряжения на зажимах первой и второй
катушек.
В качестве примера индуктивно-связанных катушек можно
рассматривать воздушный трансформатор, где передача энергии
из первичной цепи во вторичную происходит путем использова­
ния явления взаимоиндукции.
Порядок выпопиения работы и указания
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения работы, и записать их основные техниче­
ские данные.
2. Собрать схему (рис. 16.3) для измерения взаимной индук­
тивности и представить ее руководителю для проверки.
92

3. Включая каждую катушку в отдельности, с помощью ам­
перметра, вольтметра и ваттметра определить полное (z) и ак­
тивное (r) сопротивления катушек. В каждом опыте рекоменду­
ется включать схему при U = О, а затем увеличивать напряже­
ние до такого значения, чтобы ток не превышал 1 А, при этом
снимать показания приборов (7-8 точек).
4. При измерении тока в одной из катушек, например Ll,
измерить напряжение на разомкнутых зажимах второй ка­
тушки (L2).
Рис. 16.3. Схема для измерения взаимной индук­
тивности катушек.
5. По результатам опытов п. 3 и 4 определить параметры
х, r, z и L обеих катушек и взаимную индуктивность М. Резуль­
таты измерений и вычислений записать в табл. 16.1 .
Таблица 16.1
Исследование индуктивно-связанных катушек
Измеренные величины
Вычнс.1еиные величины
и,
,,
и.
р
,
z
L
/х=шLм
----
-- -- ---- ---- ----
в
А
в
Вт
Ом Ом
r
Гц
Ом
r
Первая катушка
1
1
1
Вторая катушка
6. Соединить индуктивно-связанные катушки последова­
тельно при согласном включении (рис. 16.4). Представить схему
руководителю для проверки.
Рис. 16.4. Схема после­
довательного согласного
включения катушек.
93

7. Увеличивая подводимое
приборов (7-8 точек).
8. Определить индуктивное
напряжение, снять показания
сопротивление XL
=
roLcorn
согл
и индуктивность Lcorл цепи, состоящей из двух катушек. Резуль­
таты измерений и вычислений записать в табл. 16.2.
Таблица 16.2
Исследование взаимоиндукции
Измеренные величины
1' пп.
Ucorл
~ Рсоrл
1 Uк~е
1 встр
Рвстр
в
Вт
А
Вт
Вычисленные величины
No пп.
XLcorл
Lcorл
ХLвстр
Lвстр
r,
,,
м
Ом
г
Ом
г
Ом
Ом
г
9. Собрать схему (рис. 16.5) при встречном включении ка­
туш(:к и представить ее руководителю для проверки.
10. Увеличивая подводимое
приборов (7-8 точек).
l l. Определить индуктивное
И ИНДУКТИВНОСТЬ Lвстр-
Рис. 16.5. Схема после­
довательного встречного
включения катушек.
напряжение, снять показания
сопротивление XL
=
rоLвстр
встр
12. По результатам опытов п. 7-11 определить эквивалент­
ные параметры Zз, Iз, Хо и при согласном и встречном включе­
ниях катушек определить взаимную индуктивность. Результаты
сравнить с полученными в п. 5.
94

13. Определить коэффициент связи катушек. Результаты из­
мерений и вычислений записать в табл. 16.2.
14. Записать уравнения в комплексной форме для согласного
и встречного включений катушек.
15. Построить в масштабе векторные диаграммы по данным
опытов п. 7-12.
16. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие зажимы индуктивно-связанных катушек называются одноимен­
ными? Как они обозначаются на схемах?
2. Что такое коэффициент связи? В каких пределах он может изменяться?
3. Как определить параметры катушки z, r и х по показаниям вольт­
метра, амперметра и ваттметра?
4. Как по показаниям приборов отличить согласное включение от встреч­
ного при последовательном соединении индуктивно-связанных катушек?
5. Как выглядят уравнения в комплексной форме для согласного и встреч­
ного последовательных включений катушек?
6. Индуктивности двух индуктивно-связанных катушек L1 =L2=2 Г. Ка­
кое максимальное значение взаимной индуктивности можно получить для
этих катушек?
7. Как строятся векторные диаграммы для согласного и встречного вклю­
чений катушек?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕ РИАЛ
1. Технические параметры оборудования и измерительных приборов, ис-
пользуемых в работе.
2. Электрические схемы для исследований.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Расчетные формулы для определения параметров катушек.
5. Уравнения в комплексной форме для согласного и встречного вклю­
чений катушек.
6. Векторные диаграммы, построенные в масштабе.
Литература: [!], с. 393-398, 415-427 .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 17
Трехфазная цепь при соединении приемника звездой.
Роль нейтрального провода
Приборы, оборудование
в работе:
и принадлежности, используемые
1. Источник трехфазного переменного тока напря-
жением 220 В с нулевым выводом
2. Панель с пятью потолочными патронами
3. Лампы накаливания на 220 В, 100 Вт
4. Амперметр щитовой электромагнитный пере­
менного тока на 3 А .
5. Вольтметр щитовой электромагнитный перемен­
ного тока на 250 В
6. Разъединитель трехполюсный на 250 В, 20 А
95
3 шт.
15 шт.
4 шт.
1 шт.
1 шт.

7. Разъединитель однополюсный на 250 В, 10 А .
шт.
8. Провода соединительные многожильные сече-
нием 2,5 мм2
15 шт.
Цель работы
Экспериментальное определение токов и напряжений на эле­
ментах трехфазного потребителя при соединении в звезду. Ис­
следование режимов в симметричной и несимметричной трехфаз­
ных системах с нулевым проводом и без него. Приобретение
практических навыков в сборке цепей трехфазного тока.
Задание
l. Определить соотношение между линейными и фазными
напряжениями при соединении потребителей в звезду.
2. Определить значение тока в нулевом проводе при симмет­
ричной и несимметричной нагрузках.
3. По результатам опытов построить векторные диаграммы.
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к лабораторным работам 17 и 18
Трехфазной системой называется совокупность трех электри­
ческих цепей, в которых действуют три одинаковые синусоидаль­
ные э. д. с. одинаковой частоты, сдвинутые между собой по фазе
на 120°, т. е. на 1/з периода.
В трехфазных системах электроэнергия подводится к потре­
бителю по трем проводам, которые обозначаются А, В, С. На­
пряжение между любой парой линейных проводов называется
линейным напряжением сети. Линейные напряжения индексиру­
ются буквами, которыми обозначены соответствующие провода:
Uлв, Иве и Uсл.
Линейные напряжения Uлв, Иве и Uсл равны и сдвинуты по
фазе на 120° (источники энергии считаются симметричными, что,
как правило, соответствует действительности). На рис. 17. l а
дана векторная диаграмма линейных напряжений. Часто вместо
векторной диаграммы пользуются так называемой топографиче­
ской диаграммой (рис. 17. l 6).
Фазное напряжение сети - это напряжение между фазным
проводом линии и нулевым проводом, соединенным с нулевой
точкой источника. При отсутствии нулевого провода или при ис­
точнике, соединенном в треугольник, под фазным напряжением
сети понимают напряжение, которое возникло бы между фазным
проводом линии и нулевой точкой симметричного потребителя,
соединенного в звезду. Таким образом, фазное и линейное на­
пряжения сети существуют независимо от наличия потребителя
и схемы его соединения.
96

Фазное напряжение сети в уЗ раз меньше линейного, т. е.
Ил= у3Иф. Фазные напряжения индексируются одной буквой.
Как видно из векторной диаграммы (рис. 17.1), фазные и ли­
нейные напряжения сети не совпадают по фазе.
Uвс
Рис. 17.1 . Векторная (а} н топографическая (б) диаграммы.
Линейные напряжения равн~ векторной -1:азности соотве~т­
вующих фазных напряжений: Uлв=Vл-Uв; Uвc=Vв-Uc;
-
-
-
Ucл=Vc-Uл.
Трехфазный ток имеет ряд преимуществ по сравнению с по­
стоянным током и однофазным переменным током и поэтому ши­
роко используется в промышленности и на­
родном хозяйстве. Все государственные А
промышленные электростанции вырабаты-
вают электрическую энергию переменного
трехфазного тока. Подавляющее число элек- zAX
тродвиrателей потребляют трехфазный пе­
ременный ток. Каждый трехфазный потре­
битель фактически состоит из трех отдель-
в
у
с
Z,w
Zcz
z
ных обычных однофазных потребителей Х
(рис. 17.2), но, поскольку они конструктив­ Рис. 17.2. Фазная на­
грузка трехфазного
потребителя.
но объединены в одном агрегате (напри­
мер, асинхронный двигатель), часто удоб­
нее считать эти три потребителя одним
трехфазным. В этом случае каждое из сопротивлений Zлх, Zву и
Zcz называют фазой трехфазного потребителя.
При изготовлении двигателя или иного другого трехфазного
потребителя каждая его фаза, т. е. Zлх, Zву и Zcz, рассчитыва­
ется на определенное номинальное напряжение. Напряжения на
каждой фазе потребителя Uлх, UвУ и Vcz называются фаз­
ными напряжениями потребителя. Следует различать фазные
7 Заказ J\lo 17
97

и линейные напряжения сети и фазные и линейные напряжения
потребителя, так как они не всегда совпадают.
Соединение потребителей в звезду. Трехфазная система, со­
единенная по схеме звезды (рис. 17.3), может иметь три про­
вода, но чаще в потребителях она имеет четыре провода: три ли­
нейных -АА ', ВВ' и СС', по которым протекают линейные токи
/ А, / в и / с, и один нулевой, или нейтральный, провод 00', по ко­
торому в любой момент времени протекает ток, равный геометри­
ческой сумме токов трех фаз:
lA+fв+Ic=fo,
В случае симметричной нагрузки ток в нулевом проводе от­
сутствует, а стало быть, нет и надобности в нулевом проводе.
Приемникu
Генератор
энергии
г-----._А_-т---.------,А'
"
--!>
~Uд
Iл ;_АIиtfl
Uc А------, О Uл Uл
""'-' ... 0-,.,...,,...Uв J;J--,-, - - - -::::~v-...
J
l
(
.. .,
1
L-1 8
I81
...!!_с:,.
1
0---t---т--~-~
L---------, с
Uл
lE_
Рис. 17.3. Схема соединения трехфазного потребителя
в звезду.
с'
Однако при наличии однофазных потребителей обеспечить сим­
метричную нагрузку почти невозможно, и поэтому соединение
трехфазной системы в звезду осуществляется, как правило,
с помощью четырех проводов.
Нулевой провод в этом случае позволяет поддерживать у по­
требителей, рассчитанных на фазное напряжение, одинаковые
напряжения в каждой фазе, и поэтому обрыв нулевого провода
в четырехпроводной системе при несимметричной нагрузке недо­
пустим. По этой причине в нулевой провод никогда не ставят
предохранители.
Трехфазная четырехпроводная система, например, напряже­
нием 380/220 В позволяет одновременно включать в нее как трех­
фазные потребители энергии (трехфазные асинхронные двига­
тели на 380 В), так и однофазные, рассчитанные на 380 или
220 В (электрическое освещение). Если фазное номинальное на­
пряжение потребителя меньше линейного напряжения сети
в уЗ раз (1,73 раза), то потребитель должен быть соединен
в звезду. При соединении в звезду / л = / Ф, Uл = y3UФ·
Соединение потребителей в треугольник. Если потребитель
изготовлен так, что его номинальное фазное напряжение равно
98

линейному напряжению сети, то каждая фаза потребителя ZAx,
Zву и zcz подключается к паре линейных проводов сети. В этом
случае образуется соединение потребителя в треугольник
(рис. 17.4).
При соединении нагрузки треугольником на каждую фазу
подается линейное напряжение, поэтому линейные и фазные на­
пряжения равны:
ИФ=Ил,
Значение и направление фазных токов определяются только
напряжением и сопротивлением данной фазы и не зависят от ре­
жима работы других фаз. В частности, если нагрузка всех фаз
Приемники
энвргии
А1
Рис. 17.4 . Схема соединения потребителя в тре­
угольник.
одинакова (zАв = Zвс = ZcA), то система фазных токов является
симметричной. На рис. 17.5 представлена векторная диаграмма
токов и напряжений при симметричной нагрузке, соединенной
в треугольник.
Токи в линейных проводах определяются согласно первому
закону Кирхгофа:
Iл =lлв-Iсл; f в=fвс-Iлв; f c=lcл -fвс•
Из геометрических соображений (векторная диаграмма,
рис. 17.5) вытекает, что при симметричной нагрузке линейные
токи в уЗраз (1,73 раза) больше фазных. Поскольку каждый из
фазных токов является составляющей двух линейных токов, то
очевидно, что при изменении одного фазного тока будут изме­
няться сразу два линейных тока. Например, при обрыве фазы
ZАв ток / АВ = О, а токи / сА и / вс останутся неизменными. При
этом IA=-fcA, lв=fвс, lc=lcA-fвc, т. е. ток в проводе С
останется неизменным, а токи в других линейных проводах
уменьшатся до фазных.
Если же произойдет обрыв линейного провода, например про­
вода А, то фазные токи изменятся, так как изменятся фазные
7*
99

напряжения. Легко видеть, что при этом фазы Zлв и zсл ока­
жутся включенными последовательно между собой и параллельно
фазе zвс. Следовательно, токи во всех фазах будут совпадать по
направлению, а значения их будут определяться из выражений:
1
/АВ=fСА=2 fф; fВС= /ф•
Рис. 17.5 . Векторная диаграмма токов и напряжений.
Аналогично можно проанализировать режим работы прием­
ника и при неоднородной нагрузке фаз.
Порядок выпо.nнения работы и указания
1. Ознакомиться с оборудованием и приборами, необходи­
мыми для выполнения работы. Записать основные техниче­
ские данные источника питания, измерительных приборов и на­
р
грузки.
2. Собрать схему (рис.
17.6) включения нагрузки
в звезду. Представить ее ру­
ководителю для проверки.
3. При симметричной на­
грузке (одинаковое число
ламп в каждой фазе) замк­
нуть рубильники Ро и Р.
4. Измерить линейные и
Рис. 17.6 . Схема соединения приемников фазные напряжения, токи
в звезду.
в линиях и нулевом проводе.
100

.....
Режим работы
Р0 замкнут, нагрузка 1
симметричная
Ро разомкнут, нагрузка
симметричная
Ро разомкнут, нагрузка
несимметричная
8 Р0 замкнут, нагрузка не­
симметричная
Ро замкнут, отключена
фаза А. нагрузка сим-
метричная
Ро разомкнут, отключе-
на фаза А, нагрузка
симметричная
Ро разомкнут, отключе-
на фаза А, нагрузка
несимметричная
Исследование трехфаэноА цепи при соединении иаrрузк_11_ в э_11езду
Таблица 17.1
Мощность наrрузкн
Токи наrруЗJСи
Напрtrжение
РлРвРе
р
Iл
Iв
lc
lo
Uл Uв Uc U;.5.в иве Uсл
Приме-
--- ---
------ ------
------
чание
Вт
Вт
Вт
Вт
л
л
А
л
в
в
в
в
в
в
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
11
l_\__l l_J_I 1
11- r_ -_\ _l_l __-1
111\_J_I 1
1
1
---
Р0 замкнут, отключена
фаза А, нагрузка не­
симметричная
111111111111111

Убедиться, что /о= О. Результаты измерений записать
втабл. l7.l .
5. Измерить линейные и фазные напряжения, токи в линей­
ных и нулевом проводах при всех режимах, указанных
в табл. 17.1. Результаты измерений записать в таблицу и срав­
нить.
6. Уяснить влияние нулевого провода на работу трехфазной
системы при симметричной и несимметричной нагрузках.
7. По результатам измерений построить в масштабе вектор­
ные диаграммы напряжений и токов для режимов нагрузки.
8. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как получают трехфазную э. д. с.?
2. Как включить три сопротивления в звезду?
3. Как измерить фазные и линейные напряжения при соединении на­
грузки в звезду?
4. Во сколько раз линейное напряжение больше фазного при соединении
в звезду?
5. Каково назначение нулевого провода в четырехпроводной трехфазной
системе?
6. Какая нагрузка называется симметричной?
7. Что происходит при обрыве нулевого провода, если нагрузка несим­
метричная?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры и характеристика электроизмерительных при-
боров и оборудования, использованных в работе.
2. Схема включения нагрузки в звезду с нулевым проводом.
3. Таблица с результатами измерений.
4. Векторные диаграммы для всех режимов, указанных в табл. 17.1 .
5. Выводы из пrоделанной работы.
Литература: [1 , с. 441-446, 448-459; [2], с. 371-380; [З], с. 172-182.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 18
Трехфазная цепь при соединении приемника треугольником
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник трехфазного тока напряжением 220 В
2. Панель с пятью потолочными патронами
3. Лампы накаливания на 220 В, 100 Вт
4. Амперметр щитовой электромагнитный пере­
менного тока на 5 А
5. Амперметр щитовой электромагнитный пере-
менного тока на 3 А
.
.
.
.
.
6. Вольтметр щитовой электромагнитный перемен-
ного тока на 250 А
.
7. Разъединитель трехполюсный на 250 В, 20 А .
8. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм 2
102
3 шт.
15 шт.
3 шт.
3 шт.
l шт.
1 шт.
20 шт.

Цель работы
Экспериментальное определение токов и напряжений на эле­
ментах трехфазного потребителя при соединении его в треуголь­
ник. Приобретение практических навыков в соединении потре­
бителей в цепь трехфазного тока треугольником и построение
векторных диаграмм.
Задание
1. Исследовать симметричный режим при соединении на­
грузки в треугольник. По результатам измерений определить со­
отношение между линейными и фазными токами.
2. Исследовать режим работы при несимметричной однород­
ной нагрузке (режим обрыва фазы и линии).
3. Построить в масштабе векторные диаграммы.
4. Составить отчет о выполненной работе.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения работы. Записать основные технические
параметры источника, измерительных приборов и нагрузки.
2. Собрать схему вклю-
чения нагрузки в треуrоль- А р
ник (рис. 18.1). Предста- 0--<> il"<> -+-+ - --1
вить ее руководителю для
проверки.
3. Установить симметрич­
ный режим в схеме и, замк­
нув рубильник Р, записать
показания приборов.
4. Вычислить фазные и
линейные токи:
Рис. 18.1. Схема соединения приемников
а) при обрыве линейного
в треугольник.
провода А;
б) при обрыве фазы АВ.
5. Отключить один из проводов линии (имитировать перего­
рание предохранителя). Измерить фазные и линейные токи и на­
пряжения между вершинами треугольника.
6. Восстановить отключенную линию и отключить одну из
фаз треугольника. Измерить фазные и линейные токи и напря­
жения.
7. Сопоставить результаты измерений (п. 5 и 6) с результа­
тами вычислений (п. 4).
8. Установить несимметричную нагрузку (отключить в фазе
АВ одну лампу, в фазе ВС- две) и, замкнув рубильник Р, запи­
сать показания приборов.
9. Повторить опыты по п. 4-7 при несимметричной нагрузке.
Результаты измерений и вычислений записать в табл. 18.1 .
103

Таблица 18.1
Исследование трехфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник
Измеренные веяичины
.No nп.
/А
lв
lc
1лв
1вс 1сл Илв Иве Исл
---
--- --- --- --- --- --- --- ---
А
А
А
А
А
А
в
в
в
Вычисленные величины
.No nп.
Iл
Iв
lc
1лв Iвс 1сл Рлв Рве Рсл
р
--- --- --- --- --- --- --- --- ---
А
А
А
А
А
А
Вт
Вт
Вт
Вт
10. По результатам измерений построить в масштабе вектор­
ные диаграммы для всех указанных режимов нагрузки.
11. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как соединить три сопротивления в треугольник?
2. Какое соотношение существует между линейными и фазными напря­
жениями при соединении нагрузки треугольником?
3. Во сколько раз линейный ток больше фазного тока при соединении
нагрузки треугольником?
4. Что называется симметричной и несимметричной нагрузками?
5. Как распределяются токи в схеме при обрыве линейного и фазного
проводов, если нагрузка включена в треугольник?
6. Какой способ соединения приемников электрической энергии экономи­
чески более выгоден с точки зрения расхода металла на провода, звездой
или треугольником?
7. В чем заключается преимущество трехфазной системы питания над
однофазной?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры и характеристики электроизмерительных при-
боров и оборудования, использованных в работе.
2. Схема для исследования включения нагрузки в треугольник.
3. Таблица с результатами измерений и вычислений.
4. Векторные диаграммы для указанных режимов нагрузки.
5. Выводы из пеоделанной работы.
Литература: [IJ, с. 441-444, 446-448, 459-465; [2], с. 371-374; [3],
с. 183-187.
104

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .М 19
Высшие гармоники в трехфазной цепи
из трех однофазных трансформаторов
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник трехфазного тока напряжением 220 В
2. Индуктивный регулятор напряжения
3. Однофазный трансформатор 220/127 В
4. Электронно-лучевой осциллограф типа СИ-1
5. Вольтметр мноrопредельный типа Э-59
.
.
6. Амперметр мноrопредельный типа Э-59
7. Переключатель однополюсный на 10 А
8. Провода соединительные
Цель работы
1 шт.
1 шт.
3
2
2
2
1
20
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
Изучить влияния, которые оказывают на процессы намагни­
чивания: конструкция магнитной системы, насыщение сердеч­
ника и схема соединения обмоток трансформатора.
Задание
1. Подавая различные напряжения на первичную обмотку
однофазного трансформатора, выявить влияние степени насыще­
ния его сердечника на форму кривой намагничивающего тока.
2. Рассчитать значение магнитной индукции в сердечнике од­
нофазного трансформатора и сделать вывод о его влиянии на
форму кривой намагничивающего тока.
3. Исследоват~ трехфазный групповой трансформатор в ре­
жиме холостого хода. Выявить влияние схемы соединения обмо­
ток на форму намагничивающего тока.
4. Определить, при какой схеме соединения обмоток транс­
форматора удается почти полностью устранить высшие гармо­
ники в магнитном потоке и фазных э. д. с.
5. Для схем соединения Л/У и У/У группового трансформа­
тора рассчитать соответственно ток и напряжение третьей гар­
моники.
6. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Намагничивание трансформатора связано с тем, что в насы­
щенных сердечниках из-за нелинейных свойств магнитной харак­
теристики Ф (i) в намагничивающем токе или в магнитном по­
токе могут возникнуть высшие гармоники, вследствие чего может
быть нарушена нормальная работа трансформатора и установок,
связанных с ним.
105

Рассмотрим условия, при которых возникают высшие гармо­
ники в намагничивающем токе или магнитном потоке.
Однофазный трансформатор питается от сети синусоидаль­
ным напряжением и= Иманс sin ffit. В этом случае магнитный
поток будет также иметь синусоидальную форму и отставать от
напряжения на угол 90°, т. е.
Ф = Фмакс siп (illt- 90°).
ф
а)ФL
ФЩ
---
iмakc
---1-:---
------------L01"'-+----.......,,---'---,..--
i..,кс
ф
б) Ф,i,и
Рис. 19.1 . График намагничивающего тока, магнит­
ного потока н напряжения.
Используя магнитную характеристику Ф (i) и синусоидаль­
ную кривую Ф (t), можно построить кривую намагничивающего
тока i (t). Построение графика i (t) легко уясняется из рис. 19. l а.
Как видно из рисунка, реактивная составляющая намагничи­
вающего тока имеет заостренную симметричную форму и отстает
от синусоидального напряжения на четверть периода. Чем
больше магнитное насыщение сердечника трансформатора, тем
острее будет кривая намагничивающего тока и тем резче в ней
будут проявляться высшие гармоники, из которых сильнее всего
выражена третья; более высокими гармониками обычно пренеб­
регают.
106

Если сердечник выполнен из высоколегированной стали
и В= 1,4 Т, то третья гармоника тока может составлять около
30%, а пятая - около 15 % первой.
В случае, если намагничивающий ток i (t) имеет синусоидаль­
ную форму, кривая магнитного потока Ф (t) получается притуп­
ленной формы.
Используя ту же магнитную характеристику Ф(i) (рис. 19.l 6)
и синусоидальную зависимость i (t), графически находим кривую
потока Ф (t). Кривая э. д. с., полученная графически дифферен­
цированием притупленной кривой магнитного потока Ф (t), при­
обретает заостренную форму. В графике э. д. с. больше всего про­
являются третья и пятая гармоники. Таким образом, можно
сделать вывод, что при питании однофазного трансформатора си­
нусоидальным напряжением кривая намагничивающего тока не­
синусоидальна и, наоборот, когда намагничивающий ток сину­
соидален, в кривой магнитного потока и э. д. с. имеют место выс­
шие гармоники.
В большинстве практических случаев трансформатор пита­
ется синусоидальным напряжением и, следовательно, в однофаз­
ном трансформаторе э. д. с. и магнитный поток синусоидальны,
а в графике намагничивающего то1{а содержатся высшие гар­
моники.
В трехфазном трансформаторе наличие высших гармоник
в магнитном потоке или намагничивающем токе будет зависеть
от конструкции магнитной системы (сердечника) и от схемы со­
единения обмоток.
Наиболее распространенными конструкциями трехфазных
магнитных систем являются трехфазный групповой трансформа­
тор, образованный из трех однофазных трансформаторов, каж­
дая фаза которого имеет самостоятельную магнитную систему
и трехфазный стержневой трансформатор, отличающийся от
группового тем, что магнитные цепи всех трех стержней связаны
ярмами в единую магнитную систему.
Рассмотрим влияние схем соединения обмоток на примере
трехфазного группового трансформатора.
1. Первичная обмотка соединена в треугольник, вторичная -
в звезду (Л/У). Магнитный поток и э. д. с. будут синусоидальны,
а график реактивной составляющей фазного намагничивающего
тока будет иметь заостренную форму с содержанием третьей
и пятой и т. д. нечетных гармоник. Поскольку каждая фаза
трансформатора питается синусоидальным напряжением и имеет
самостоятельную магнитную цепь, кривая фазного тока будет
иметь заостренную форму, как и в однофазном трансформаторе.
Третья гармоника в фазном намагничивающем токе имеет оди­
наковое направление во всех фазах и замыкается в треуголь­
нике.
В линейных токах третья гармоника будет отсутствовать, так
как линейный ток равен разности фазных.
107

2. Первичная и вторичная обмотки соединены в звезду (У/У).
Соединение намагничивающей обмотки в звезду без нулевого
провода не имеет контура для протекания третьей гармоники
тока.
Третья гармоника выпадает из кривой намагничивающего
тока, поскольку в трех фазах токи равны и совпадают по фазе
во времени, и в каждый данный момент времени они направлены
все либо к нейтрали, либо от нее.
Из изложенного выше известно, что если третья гармоника
отсутствует в намагничивающем токе, то она обязательно имеет
Фз
место в магнитном потоке и
-c::iciФ;,;aэ_~=-----=-====-1r---------e>t> фазных э. д. с.
f;з
Третья гармоника маг-
нитного потока замыкается
по тому же пути (по сердеч­
нику), что и основной маг-
Е23
нитный поток Ф1• Величина
Рис. 19.2 . Действие тока третьей гармо­
ники при соединении обмоток группового
трансформатора.
фазного магнитного потока
Фз в трехфазной группе с на­
сыщенной магнитной систе­
мой достигает 15-20% Ф1.
Поток Фз наводит э. д. с. в первичной и вторичной .обмотках,
и так как он изменяется с частотой (fз = Зf1), то наводимые им
э. д. с. тройной частоты достигают 45-60% э. д. с. Е1 и Е2. Амп­
литуды первой и третьей гармоник фазных э. д. с. складываются,
и максимум фазной э. д. с. повышается также на 45-60% . Та­
кое повышение фазной э. д. с. нежелательно, потому что оно мо­
жет привести к пробою изоляции.
Несмотря на то что фазные напряжения содержат значитель­
ные третьи гармоники, линейные напряжения имеют синусои­
дальную форму, так как при соединении обмоток звездой третьи
гармоники исчезают.
3. Первичная обмотка соединена в звезду, вторичная - в тре­
угольник (У /Л).
Поскольку намагничивающая обмотка соединена в звезду, то,
как и в схеме соединения У/У, в магнитном потоке должна воз­
никнуть третья гармоника Фз. Поток Фз будет в каждой фазе
вторичной обмотки наводить э. д. с. Е2 з, отстающую от него на
90° (рис. 19.2); э. д. с. Е2 з вызовет в треугольнике вторичной
обмотки ток.
Реактивная составляющая тока /2 з отстает от э. д. с. Е2 з на
90° и создает магнитный поток, который практически компенси­
рует поток Фз. Это приводит к тому, что форма кривой результи­
рующего магнитного потока приближается к синусоиде и почти
не будет иметь места повышение фазной э. д. с., как это наблю­
далось в случае соединения обмоток У/У.
В трехфазном стержневом трансформаторе потоки третьих
гармоник в трех стержнях равны и совпадают по времени, по-
108

этому линии магнитной индукции поля третьей гармоники не мо­
гут замкнуться по общему сердечнику (рис. 19.3). Это nриводит
к тому, что индукционные линии магнитного поля третьей гармо­
ники выходят из сердечника и замыкаются от ярма к ярму через
окружающую среду. Этот путь магнитного потока имеет большое
магнитное сопротивление, поэтому потоки третьей гармоники не­
велики. При нормальных насыщениях кривые фазных напряже­
ний практически остаются синусоидальными.
Магнитные потоки третьей гармоники стремятся замкнуться
по пути наименьшего сопротивления, используя для этого ферро­
магнитные конструктивные де•
тали, ярмовые балки, стяж­
ные шпильки и т. д., в которых
возникают вихревые токи трой­
ной частоты. Эти токи вызы­
вают дополнительные потери,
которые могут быть достаточно
велики.
В трехстержневом транс­
форматоре, так же как и в
групповом, для уменьшения
магнитного потока третьей гар­
моники стремятся одну из об­
моток соединить в треуголь­
ник. В трансформаторах боль­
шой мощности соединения об-
моток У/У не применяются.
/.:::-"
;i Ii--Фз
11 11
11 !1
11 1!
11
11
11 1I
11 11
11 11
1Т 11
11 11
11 11
11 11
11 11
11 11
11 11
11 11
11 11
1....:: -:)
/
1/
11
if-Фэ
11
11
11
Фз
_J
(.,,--<',
11 11
11 11
11 11
111
111
111
111
11I
11'
111
11[
111
111
1[1
:1 :1
1I 11
,: _- _,.1
Если • сопоставить кривые
линейных намагничивающих Рис. 19.3 . Третьи гармоники в трех­
токов двух трехфазных транс- фазном стержневом трансформаторе.
форматоров, обмотки которых
соединены Л/У и У/Л, то можно заметить, что в первом случае
высшие гармоники (главным образом, пятая и седьмая) при­
дают кривым тока седлообразный вид, а во втором случае -
заостренный. При включении таких трансформаторов парал­
лельно можно получить при определенных условиях общий на­
магничивающий ток, близкий к синусоидальному.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с лабораторным стендом и измерительными
приборами. Записать их технические данные.
2. Собрать схему (рис. 19.4) для исследования однофазного
трансформатора.
3. Подавая на первичную обмотку трансформатора АХ на­
пряжение, равное О,5Ином, Ином и 1,5Ином, записать значения тока
и напряжения и форму их кривых. Для всех измеряемых напря­
жений и токов форма кривых зарисовывается карандашом на
109

листке кальки, наложенном на экран электронно-лучевого осцил­
лографа.
4. Вычислить значение магнитной индукции В в сердечнике
однофазного трансформатора для всех измеренных напряжений.
Магнитная индукция в сердечнике трансформатора может
быть определена из выражения
E1 =4.44/w1B1S 1 • 10-в В,
где f - частота, Гц; w - число витков в первичной обмотке; S -
сечение сердечника, см 2.
Сеть
--о
--о
Злектронно-луче8ои
осциллограср
Делитель
НО!'JрЯЖ9%''l·
Рис. 19.4 . Схема для исследования однофазного транс­
форматора в режиме холостого хода.
Учитывая, что E,~u,, получим
В=u1•10s
4.44/wS Гс.
5. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 19. l .
No пп.
Таблица 19.1
Исследование влияния насыщения стали на форму кривой
намагничивающего тока
и,
,,
1
в
tt•
s
/
Приме'!ание
в
А
Гс
-
см'
Гц
6. Собрать схему (рис. 19.5) для исследования трехфазного
группового трансформатора при соединении обмоток Л/У. Соби­
рается эта схема из трех однофазных трансформаторов.
110

7. Подавая через индукционный регулятор напряжение на
трансформатор, записать значения фазных и линейных (первич­
ных и вторичных) напряжений и токов и форму их кривых.
х
.z:
Рис. 19.5 . Схема для исследований трехфазного груп­
пового трансформатора при соединении обмоток Л/У.
8. Вычислить значение тока третьей гармоники в фазных то­
ках первичной обмотки
/3-::::::,1//ф-( ~~)2.
V
1з,
х :г,
Рис. 19.6. Схема для исследований трехфазного груп­
пового трансформатора при соединении обмоток У/У.
При этом всеми остальными высшими гармониками пренебре­
гаем.
9. Собрать схему (рис. 19.6) для исследования трехфазного
группового трансформатора при соединении обмоток У/У.
l О. При соединении обмоток У /У на первичную обмотку по­
дать номинальное напряжение и записать значения фазных и ли­
нейных токов и напряжений и форму их кривых.
111

11. Пренебрегая гармониками более высокого порядка, вы­
числить значение третьей гармоники в фазных напряжениях
Из~1/И~-(~f/·
Поскольку в фазном напряжении имеется третья гармоника,
а в линейном ее нет, отношение линейного напряжения к фаз-
ному будет меньше -уЗ:
Индукционный
регулятор
----0
хх
Рис. 19.7 . Схема для исследований трехфазного груп­
пового трансформатора при соединении обмоток У/Л.
12. Собрать схему (рис. 19.7) для исследования трехфазного
группового трансформатора при соединении обмоток У/Л.
13. При соединении обмоток У/Л на первичную обмотку по­
дать номинальное напряжение и записать значения фа.·шых
и линейных напряжений и токов и форму их кривых. В этой
схеме третья гармоника тока протекает по вторичной обмотке
и измеряется амперметром. Для определения вторичного напря­
жения, создающего ток третьей гармоники, вместо амперметра
включают вольтметр, пользуясь переключателем П.
14. По результатам исследования схем соединенtIЯ обмоток
группового трансформатора сделать заключение, при какой
схеме удается почти полностью уничтожить высшие гармоники
в магнитном потоке и высшие гармоники фазных э. д. с.
15. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. При каких условиях возникают высшие гармоники в намагничиваю­
щем токе или магнитном потоке?
2. Какое влияние оказывают на процессы намагничивания: конструкция
магнитопровода, насыщение сердечника и схема соединения обмоток транс­
форматора?
112

3. Как графически построить кривую намагничивающего тока i (t) при
заданных кривых Ф(i) и Ф(t)?
4. Как устроен трехфазный групповой трансформатор?
5. Как устроен трехфазный стержневой трансформатор?
6. Почему в трехфазном трансформаторе всегда стремятся одну из об­
моток соединить в треугольник?
7. При какой схеме соединения обмоток трансформатора удается пол­
ностью уничтожить высшие гармоники в магнитном потоке и высшие гармо­
ники фазных э. д. с.?
8. Почему при параллельном включении двух трехфазных трансформа­
торов с соединениями обмоток У/Л и Л/У форма кривой тока холостого хода
становится близкой к синусоидальной?
ОТЧЕТНЫИ МАТЕРИАЛ
1. Технические данные исследуемых трансформаторов и измерительных
приборов.
2. Электрические схемы исс,1едований трансформаторов.
3. Результаты измерений и вычислений.
4. Осциллограммы токов и напряжений.
5. Оценка полученных результатов и выводы.
Литература: [!], с. 513-518.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 20
Измерение мощности потерь энергии в ферромагнитном
rердечнике катушки
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
8
1. Источник постоянного тока напряжением 110 В
2. Источник переменного тока напряжением
220 В
3. Источник переменного тока напряжением 100 В
регулируемой частоты
4. Автотрансформатор ЛАТР-2, 220 В
5. Катушка с ферромагнитным сердечником с ре-
гулируемым воздушным зазором
6. Реостат проволочный 100 Ом, 5 А
7. Амперметр щитовой магнитоэлектрический
постоянного тока на 5 А
8. Вольтметр щитовой магнитоэлектрический по-
стоянного тока на 150 В
9. Амперметр щитовой электромагнитный пере-
менного тока на 1 А
10. Вольтметр щитовой электромагнитный пере-
менного тока на 250 В
11. Ваттметр щитовой электромагнитный на 250 В,
5А
12. Частотомер щитовой на 55 Гц
Заказ No 17
IlЗ
шт.
1 шт.
1 шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.

13. Провода соединительные многожильные сече-
нием 2,5 мм2 .
10 шт.
Цель работы
Исследование влияния воздушного зазора в магнитопроводе,
напряжения и частоты тока на параметры катушки с магнитным
сердечником. Определение потерь в стали и меди катушки ин­
дуктивности.
Задание
1. Определить параметры исследуемой катушки индуктив­
ности.
2. По показаниям приборов определить потери энергии в ка­
тушке.
3. Разделить потери в катушке на потери в меди и потери
в стали.
4. Построить графики зависимостей Ро = f (Вм) и 1 = f (И).
5. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Для увеличения индуктивности катушек их обмотки распола­
гают на замкнутом сердечнике из ферромагнитного материала,
обладающего высокой магнитной проницаемостью. Так как маг­
нитная проницаемость ферромагнитных материалов зависит от
магнитной индукции, то индуктивность катушек с ферромагнит­
ными сердечниками не является величиной постоянной, а зависит
от тока в обмотке катушки или соответственно от напряжения
на ее зажимах. Кроме того, необходимо считаться с наличием
потерь в таких катушках, связанных с магнитным гистерезисом
и вихревыми токами.
При постоянной частоте f увеличение напряжения И вызывает
увеличение максимального значения магнитной индукции Вманс
в сердечнике. Как известно, возрастание Вманс сначала влечет за
собой повышение магнитной проницаемости стали, а затем, когда
сердечник начинает насыщаться, магнитная проницаемость
падает.
Магнитное сопротивление цепи исследуемой катушки опреде­
ляется по формуле
где μа - абсолютная магнитная проницаемость стали, l
-
сред­
няя длина магнитных линий в стали сердечника, S - поперечное
сечение магнитопровода (сердечника).
114

Индуктивность катушки определяется из выражения
L=wФ =~ Jw =~
I
IRм
Rм'
где w - число витков катушки.
Кроме этого, индуктивность катушки можно определить по
формуле
L- !'-aSw2
-
l
Таким образом, L=μa и в соответствии с этим реактивное
сопротивление катушки имеет характер, представленный на
рис. 20.1.
Активное сопротивление
катушки должно учитывать
всю МОЩНОСТЬ Р, теряемую
в ней. Эта мощность слагает­
ся из потерь РФер в стали на
гистерезис и вихревые токи, из
потерь Рм в меди обмотки,
а также из потерь в измери­
тельных приборах. Поэтому R
может быть представлено
в виде двух слагаемых:
R=Rфep+Rм,
Здесь RФер = Рфер/ /2 - сопро-
х
и
Рис. 20.\ . График зависимостей z(U),
x(U), R(U).
тивление, учитывающее потери в стали; Rм = Рм/ / 2 = сопst­
активное сопротивление катушки.
Потери в стали можно определить из выражения
Рфер=Р0 +Рг= С0/2В2максV+Сг/В~аксV,
где Св и Cr - постоянные потерь соответственно на вихревые
токи и гистерезис; V - объем стали сердечника.
Таким образом,
2
в7;сv (Свf2+СгЛ+Rм,
Так как частота f постоянная, а Вмакс при повышении напряже­
ния растет вначале быстрее, чем / (так как вначале μо больше,
Н=! и В= μ2Н), затем медленнее (в результате насыщения
μ уменьшается), то изменение R имеет характер, представлен­
ный на рис. 20.1. Из графика видно, что R и х, имея сходный ха­
рактер изменения, достигают максимума при низких значениях
напряжения, поэтому и характер изменения z = f (И) будет ана­
логичным. Зависимость U = f (/) по форме мало отличается от
основной кривой намагничивания. Если активным падением
напряжения в катушке пренебречь (что можно сделать для
8*
115

исследуемой в лаборатории катушки) и предположить, что маг­
нитное поле не рассеивается, то можно составить уравнение
И =4КФfwФмакс=4КФfwSВмакс,
где КФ - коэффициент формы сердечника.
Из уравнения следует, что Вмакс будет оставаться постоян­
ной, если поддерживать постоянным отношение напряжения на
зажимах катушки и частоту. При Вмакс = const имеем μ = const
и L = const. Значение тока в катушке определяется главным
образом ее реактивным сопротивлением, а так как в опыте U=f
и x=f, то сила тока 1 = const.
z
fo
Рис. 20.2. График зави­
симости z (f).
f
Рс;,,р
т
&
r
Рис. 20.3 . График зависимо­
сти W фер (f).
r
Активное сопротивление будет возрастать с увеличением ча­
стоты, но так как R~x. то это изменение скажется мало на ха-
рактере зависимости z = yx2 +R2, которая имеет вид кривой 1
(рис. 20.2).
Для определения мощности РФер, теряемой в сердечнике, сле­
дует из измеренной мощности вычесть мощность, теряемую в об­
мотке катушки, которую можно определить по формуле
Рм=12Rо,
где Ro - сопротивление катушки постоянному току.
Для разделения потерь в стали на гистерезисные потери
и потери от вихревых токов следует определить Рг и Рв для не­
скольких значений f при Вмакс = const и построить зависимость
энергии Wфер, теряемой в стали за один период.
Так как
п,·r РФер Рвых+Pr С /82 V+C82 V
v,фер=-j-=
-
1
-
f=выхмакс
rмакс,
то зависимость Wфер,= f (f) изобразится прямой, начальная ор­
дината которой (рис. 20.3) дает величину энергии, теряемой за
116

один период на гистерезис. Разность между ординатами этоА
прямой и ее начальной ординатой дает величину энергии, теряе­
мой за один период на вихревые точки при соответствующем
значении частоты.
Характеристику z = f (/) при V = coпst снимают при питании
схемы от источника энергии переменной частоты. На рис. 20.2
приведена характеристика z = f (f) при V = coпst (кривая 2).
Точка пересечения кривых соответствует частоте fo, при которой
значение Вманс для обеих кривых будет одинаковым.
При f>fo кривая 2 пойдет над кривой 1, при f<fo- под кри­
вой 1, так как при U = const амплитуда индукции с увеличе­
нием частоты будет уменьшаться, а индуктивность будет возра­
стать вследствие увеличения магнитной проницаемости μ, если
сердечник работает в области насыщения.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, необходи­
мыми для выполнения работы. Записать основные технические
параметры источников, измерительных приборов и катушки ин­
дуктивности.
Рис. 20.4 . Схема для
определения
активного
сопротивления катушки
индуктивности.
2. Собрать схему (рис. 20.4) для определения активного со­
противления катушки индуктивности. Представить ее руководи­
телю для проверки.
•
Рис. 20.5 . Схема для определения потерь энергии в ка­
тушке индуктивности.
3. Определить активность сопротивления катушки R, число
витков ее w и поперечное сечение сердечника S.
4. Собрать схему (рис. 20.5) для определения потерь энергии
в катушке индуктивности с ферромагнитным сердечником. Пред­
ставить ее руководителю для проверки.
5. При частоте f = 50 Гц провести 5-6 измерений тока
и мощности Р катушки, изменяя напряжение U на ее зажимах
117

так, чтобы ток изменялся от О до l А. Результаты измерений
записать в табл. 20. l .
Таблица 20.1
Определение потерь в катушке индуктивности
Вычисленные величины
р
1
j
1
~еренные величины
РмР8Р~тРстОР0z
R
.х
-------- -- ---- -- -------- --
Вт
А
Гц
ВтВтВтВткrВт/кrОмОмОм
Ваттметр, включенный по схеме на рис. 20.5, измеряет мощ­
ность
где Рст = Рr+Рвых - потери в стали; Рм = f2Ro- потери в меди;
Рв = U2/Rв - потери в вольтметре; Р:т = U2/R~т - потери парал-
лельной обмотки ваттметра.
Потери в стали сердечника можно определить следующим
образом:
Разделив потери на вес сердечника G (кг), получим потери, от­
несенные к l кг стали:
n
Рст
•О = ---ZГ- .
6. Результаты вычислений записать в табл. 20. l .
7. Вычислить напряжение, которое нужно подвести к катушке
для того, чтобы создать в сердечнике магнитную индукцию 0,4,
0,6, 0,8, l,0, l,2 и l,5 Т. Напряжение определяется по формуле
U = 4,44/wSВмакс•
8. При помощи ЛА ТРа установить найденные напряжения
и записать показания приборов в табл. 20. l .
9. Для каждого значения Вмакс вычислить потери в стали
Рст и потери, отнесенные к l кг веса сердечника, Ро.
10. По полученным данным построить графики
Ро=/(Вм) и l=f(U).
11. При питании той же цепи от генератора переменной ча­
стоты измерить ток / и мощность Р катушки при постоянном
значении амплитуды магнитной индукции Вм в сердечнике кa-
Il8

тушки, для чего при каждом значении частоты устанавливать
напряжение
U=Kf.
Коэффициент пропорциональности К задается руководителем
(К= 1,5 или К= 2). Результаты измерений свести в табл. 20.2.
Таблица 20.2
ИсСJ1едование катушки индуктивности
Измеренные величины
Вычисленные величины
.No пп.
/
и
/
р
z
Рм
Рст рв
Р~т
--- --- --- ---
---
---
--- ---
-
Гц
в
А
Вт
Ом
Вт
Вт
Вт
Вт
12. В той же цепи измерить ток / и мощность Р катушки при
неизменном напряжении на ее ·1ажимах, изменяя частоту в за­
данных пределах (5-6 значений}. Результаты измерений запи­
сать в табл. 20.2.
13. По данным измерен11й согласно п. 5 построить в одной си­
стеме координат графики зависимостей z=f(V}; R=f(U);
х = f (V); / = f (V). По данным измерений согласно п. 11 и 12
построить графики зависимостей z = f (f); Рст = f (f).
14. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. С какой целью обмотки катушек трансформаторов и других электри­
ческих аппаратов располагают на .~амкнутом сердечнике из ферромагнитного
материала?
2. Из каких составляющих состоят потери энергии в катушке?
3. Из каких составляющих состоят потери энергии в стали катушки?
4. Как зависят от частоты потери на гистерезис и потери на вихревые
токи?
5. Из каких слагаемых состоит активное сопротивление катушки с фер­
ромагнитным сердечником?
6. При каких услопиях можно считать В маис =const, если поддержи­
вается постоянным отнuшение напряжения к частоте?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры и характеристика электроизмерительных при­
боров и оборудования, использованных в работе.
2. Схемы для исследования потерь в катушке с ферромагнитным сердеч­
ником.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
119

4. Графики зависимостеii Ро=f(Вм); l=f(U); z=f(U); R=f(U); х=
=f(U); l=f(U); z=f(f), Рст={(f).
5. Выводы из проделанной работы.
Литература: [l], с. 523-538; [2], с. 459-569.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .М 21
Изучение переходных процессов зарядки
и разрядки конденсатора
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник постоянного тока напряжением 110 В
2. Конденсатор емкостью 50-100 мкФ, 250 В
шт.
3. Регулируемое сопротивление 200-500 кОм
шт.
4. Регулируемое сопротивление 1-2 МОм
шт.
5. Микроамперметр щитовой магнитоэлектриче­
ский постоянного тока на 100 мкА с нулем
посерединешкалы...........
шт.
6. Электростатический вольтметр типа С-91 на
150В..............
шт.
7. Секундомер или часы с секундной стрелкой
шт.
8. Потенциометр с градуированной шкалой (10 де-
лений)........
.
.
.
шт.
9. Провода соединительные многожильные сече-
нием 1,5 мм2, длиной 0,5 м
12 шт.
Цель работы
Экспериментальное исследование переходных процессов в це­
пях с различными способами соединения емкостей и активных
сопротивлений при питании их от источников постоянного тока.
Задание
1. Определить ток и напряжение на учасп<ах цепи при за-
рядке и разрядке конденсатора.
2. Определить постоянную времени RС-цепи.
3. Построить графики зависимостей ис = f (t) и i = f (t).
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Электрические цепи, содержащие индуктивные или емкост­
ные элементы, способны накапливать энергию в магнитных по­
лях индуктивностей и электрических полях емкостей. Состояние
электрической цепи, при котором запасы энергии отдельных эле­
ментов остаются постоянными или изменяются во времени по пе-
120

риодическому закону, называется установившимся. Процесс пе­
рехода от одного установившегося режима к другому, характе­
ризуемый новым энергетическим состоянием, называют переход­
ным. Переходные процессы могут быть вызваны коммутацией
(замыканием или размыканием разъединителя) в цепи.
Состояние электрической цепи во время переходного про­
цесса, как и в установившемся режиме, описывается уравне­
ниями, составленными на основании за1<онов Кирхгофа:
для узла
для контура
Определение токов переходного режима сводится к интегри­
рованию системы линейных дифференциальных уравнений. Ре­
шение линейного дифференциального уравнения равно сумме ча­
стного решения неоднородного уравнения и общего решения од­
нородного уравнения:
l=lnp+lcв,
где iпр - принужденная составляющая тока, соответствующая
частному решению; iсв - свободная составляющая тока, соответ­
ствующая общему решению однородного уравнения.
Ток iсв не зависит от э. д .с., входящих в систему. Он проте­
кает не за счет энергии источников питания, а за счет запаса
энергии, содержащегося в электрических полях емкостей и маг­
нитных полях индуктивностей. Со временем свободные токи зату­
хают и остаются только принужденные токи, которые являются
токами установившегося режима. Выражения для iсв содержат
постоянные интегрирования, для определения которых необхо­
димо найти начальные условия (значения токов и напряжений
в начальный момент времени). Последние определяются из за­
конов коммутации.
Первый закон коммутации. Магнитный поток и ток в ветвях
с индуктивностью не могут изменяться скачком:
lL (O_)=lL (О+)-
Второй закон коммутации. Заряд и напряжение на емкости
не могут изменяться скачком:
ис(О_)=ис(О+),
где iL (О-) и ис (О-) - значение тока в индуктивности и напря­
жение на емкости для t = О до коммутации (предполагается, что
коммутация происходит за бесконечно малое время); iL (О+)
12I

и Uc (О+) - значение тока в индуктивности и напряжение на ем­
кости после коммутации в момент t = О.
Рассмотрим расчет переходных процессов в RС-цепи
(рис. 21.1), включаемой под постоянное напряжение.
Пусть до замыкания рубильника конденсатор не был заря­
жен; в этом случае для рассматриваемой цепи справедливо
Uo=UR+uc,
Изменение напряжения на конденсаторе подчиняется уравнению,
составленному по второму закону Кирхгофа:
+
duc
------1>
Uo = RCdt+Uc,
L
и
Вк
с Принужденная составляющая напряже­
ния на емкости испр= ио. Свободная со­
ставляющая напряжения на емкости
представляет собой решение уравнения
Rc dиссв +
О
dt
Uссв= '
Рис. 21.1 . Зарядка кон­
денсатора через сопро-
которое имеет вид
тивление.
1
где - RC = Р - корень характеристического уравнения
0=RCp+1.
Величину RC = -r называют постоянной времени активно-емкост­
ной цепи. Она характеризует скорость протекания переходного
процесса и измеряется в секундах.
Переходное напряжение
t
Uc=Ucпp+Uccв=Uo+Ae- RC.
Согласно второму закону коммутации, при t = О ис = О, следо­
вательно, О= ио+А, откуда А= -ио.
Напряжение на обкладках конденсатора
или
( __t)
Uc=Uo\1-еRC.
Зарядный ток в емкости
t
сdис Uo
-
RC
l=dГ=Rе.
122

На рис. 21.2 построены графики ис и i в зависимости от вре­
мени зарядки конденсатора. За время t = --с зарядный ток умень­
шается в е = 2,72 раза:
и
I
i~= Re = 2,72 =О,З7/,
а напряжение на конденсаторе за это же время возрастает от
нуля до О,63ио:
и~=и0(1-+)=0,63u0•
i,Uc%
Рис. 21.2 . График зависимости тока и
100
Uc
напряжения от времени при зарядке
конденсаторов.
80
+
--
L
60
с
и
40
2
20
~
i,
-
п
о
Рис. 21.3 . Разрядка кон-
't
21
31.
4t
t
денсатора на сопротив-
ление.
Таким образом, постоянная времени т характеризует быст­
роту зарядки конденсатора.
Если в цепи с конденсатором происходит скачкообразное из­
менение емкости, то напряжение ис должно меняться, потому
что заряд q = Си должен оставаться неизменным.
Переходный процесс можно наблюдать и при разрядке кон­
денсатора на сопротивление (рис. 21.3).
При замыкании переключателя в положение 2 под действием
электрических сил в цепи появится ток разряда, который меня­
ется по закону
t
UC
U -RC
i=R=R е '
т. е. ток разряда i пропорционален напряжению на обкладках,
которое изменяется (уменьшается) по закону
t
Uc=Ue
-RC
Постоянная времени тем больше, чем больше емкость кон­
денсатора и сопротивление, через которое он разряжается.
123

За время 't напряжение на конденсаторе и разрядный ток умень­
. шаются
ве=2,72раза.
На рис. 21.4 представлен график изменения напряжения ис
и тока i при разрядке конденсатора в зависимости от времени.
Вся энергия, сосредоточенная в электрическом поле заря-
женного конденсатора, при разрядке выделяется в виде тепла
80
бО
40
20
в сопротивлении R. Но если вме­
сто сопротивления R в цепь вклю­
чить индуктивность, то энергия
электрического поля перейдет
в энергию магнитного поля, а затем
возвратится обратно в конденсатор
и т. д. Таким образом, получится ко­
лебательный контур.
Порядок выполиеии11 работы и указаии11
1. Ознакомиться с оборудовани-
о~-~-~-~-~-~ ем, приборами, необходимыми для
2"t
Зt ~-с t выполнения работы. Записать ос-
t
Рис. 21.4 . График изменений
ис и i при разрядке конденса­
тора.
новные технические параметры при­
боров.
2. Собрать схему (рис. 21.5) для
зарядки конденсатора и показать ее
руководителю для проверки. Перед сборкой каждой схемы раз­
рядить конденсатор замыканием его выводов на малое активное
сопротивление.
Рис. 21.5 . Схема для ис­
следования зарядки кон­
денсатора.
3. Включить схему на постоянное напряжение и провести из­
мерения переходных тока в сопротивлении R2 и напряжения на
конденсаторе С. Отсчет осуществлять через каждые 5-10 с. Ре­
зультаты измерений записать в табл. 21.1.
Таблица 21.1
Исследование переходных процессов в RС-цепях
Режим
Зарядка конденсатора
Разрядка конденсатора
с
1
1
1
124
Приме­
чание

4. По результатам измерений построить графики зависимо-
.
стей Uc=f(t) и iз=f(t).
5. Отключить источник питания и провести измерения тока
разрядки конденсатора С на сопротивление R. Результаты из­
мерений записать в табл. 21.l.
6. По данным измерений согласно п. 5 построить графики
зависимостей ис = f (t) и ip = f (t).
7. Пользуясь графиком, определить постоянную времени
цепи -r. Для этого найти на кривой ис (t) точку, ордината кото­
рой равна О,63ио. Абсцисса этой точки в выбранном масштабе
определяет 't .
8. Определить т аналитически и результаты сравнить.
9. Вычислить аналитически переходные токи и напряжения
для измерений согласно п. 3 и 5, построить графики изменения
их во времени и сравнить с экспериментальными.
Рис. 21.6. Схема длп нс­
следования зарядки кон­
денсатора.
10. Собрать схему (рис. 21.6) и показать ее руководителю
для проверки.
11. Изменяя напряжение на входе цепи от нуля ступенями до
максимально возможного, провести измерения переходных на­
пряжения и тока конденсатора (скорость переключения напря­
жения задается руководителем). Потенциометр П имеет градуи­
рованную шкалу ( 10 делений).
12. Результаты измерений записать в табл. 21.2.
.No nn.
ТабАица 21.2
Исследование переходных процессов в RС-цепях
1
t
1
l
и
ис
1
Примечание
с,
А
в
в
13. По результатам опыта построить графики зависимостей
Uc=f(t)Иi=f(t).
14. Определить графически и аналитически постоянные вре­
мени для всех случаев. Результаты сравнить.
15. Составить отчет о выполненной,работе.
125

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какой режим работы цепи считается установившимся?
2. Какое состояние цепи считается переходным?
3. Какой ток или напряжение называется принужденным?
4. Какая существует связь между переходным, принужденным и свобод-
ным токами (напряжениями)?
5. Как формулируется первый и второй законы коммутации?
6. Какие существуют методы расчета переходных процессов?
7. Как определяется постоянная времени электрической цепи расчетным
и опытным путями?
ОТЧЕТНЫЙ МА ТЕ РИАЛ
1. Технические параметры и характеристики электроизмерительных при­
боров и оборудования, использованных в работе.
2. Электрические схемы для исс,1едований переходных процессов
в RС-цепях.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Графики зависимостей Uc=f(t) и i=f(t).
5. Выводы из проделанной работы.
Литература: (!], с. 549-551, 55~-5 62; (2], с. 484-487, 494-496.

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА No 22
Измерение сопротивлений омметром и методом амперметра
и вольтметра. Измерение сопротивления изоляции
с помощью мегомметра
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник постоянного тока напряжением 11 О В
с коммутационной аппаратурой
2. Амперметр многопредельный типа Э-59
3. Вольтметр многопредельный типа Э-59
4. Мегомметр типа Ml l0IM . .
5. Реостат проволочный типа РПШ-1
6. Ламповый реостат из ламп 220 В, 150 Вт
7. К:атушка из медного провода S = 1 мм2, l =
=300м.
8. Электродвигатель трехфазного тока асинхрон­
ный, с короткозамкнутым ротором, мощностью
0,6 кВт
9. Провода соединительные многожильные сече­
нием 1,5 мм2, длиной 0,5 м
Цель работы
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
шт.
шт.
10 шт.
Приобретение навыков в измерении электрического сопро­
тивления методом амперметра и вольтметра. Ознакомление с ус­
тройством мегомметра и измерение сопротивления изоляции про­
водов.
Задание
1. Определить значения сопротивлений медной катушки
и лампового реостата.
2. Исследовать схемы включения амперметра и вольтметра
при определении больших и малых сопротивлений.
127

3. Измерить сопротивление изоляции обмоток статора трех­
фазного двигателя.
4. Проверить состояние изоляции в трехфазной сети.
5. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Соотношение напряжения, тока и сопротивления в электриче­
ской цепи определяется законом Ома:
и
l=т
Рис. 22.1 . Схемы включения приборов для определения значе­
ния сопротивления.
а-при Rx<Rv, 6-при R" > RA.
Измерив ток, проходящий через резистор, и приложенное
к нему напряжение, можно определить значение его сопротивле­
ния:
и
Rx=-
1-,
где Rx - сопротивление в омах; / - ток в амперах; U - напря­
жение в вольтах.
Схемы включения приборов для определения значения сопро­
тивления показаны на рис. 22.l.
Значение сопротивления, найденное по показаниям приборов,
включенных по схеме, изображенной на рис. 22. l а, меньше дей­
ствительного значения сопротивления Rx, так как амперметр
в этом случае измеряет сумму токов в сопротивлении Rx и вольт­
метре. Однако если измеряемое сопротивление значительно
меньше сопротивления вольтметра, то погрешность будет незна­
чительной. Следовательно, схему (рис. 22. l а) целесообразно ис­
пользовать для измерения малых сопротивлений.
Значение сопротивления, найденное по показаниям приборов,
включенных по схеме, изображенной на рис. 22. l 6, больше дей­
ствительного значения искомого сопротивления Rx, так как
вольтметр в этом случае показывает сумму напряжений на со­
противлении Rx и амперметре. Но если измеряемое сопротивле­
ние значительно больше сопротивления амперметра, то погреш-
128

ность измерения будет незначительной. Следовательно, схему
(рис. 22.1 б) целесообразно использовать для измерения боль­
ших сопротивлений.
Электрическое сопротивление провода можно определить пу­
тем вычисления, если известно его удельное электрическое со­
противление р и геометрические размеры: длина l и площадь по­
перечного сечения S:
Электрические сети и установки, как вновь смонтированные,
так и находящиеся в эксплуатации, должны иметь исправную
ИЗОЛЯЦИЮ.
Приемник
энергии
-1-----1
А 0----0 1]"1:)--1= =::::1--------- t -i2J
'
Приемник
энергии
Рис. 22.2 . Схемы включения мегомметра при изме­
рении сопротивления изоляции сети.
Для новых установок и сетей напряжением до 1000 В (кроме
электрических двигателей, трансформаторов и аккумуляторов)
правила эксплуатации электрических установок требуют, чтобы
сопротивление изоляции было не менее 1000 Ом на каждый
вольт рабочего напряжения. Например, для сети напряжением
380 В сопротивление изоляции должно быть не менее l ООО Х 380,
т. е. 380 кОм.
При долговременной эксплуатации сети допускается умень­
шение ее сопротивления, но не более чем в два раза.
Испытание сопротивления изоляции сети производится при
помощи мегомметра. Мегомметр состоит из следующих основ­
ных элементов: измерителя - магнитоэлектрического логометра;
источника тока - магнитоэлектрического генератора, приводи­
мого во вращение от руки. Эти элементы соединены в схему
и находятся в одном корпусе.
9 ЗаказNo17
129

Для измерения изоляции один зажим мегомметра (Л) присо­
единяют к испытуемому проводу, а другой зажим (3) соединяют
с заземленными или зануленными элементами установки, по от­
ношению к которым измеряется сопротивление изоляции токове­
дущих цепей.
Изоляция испытывается как между проводами, так и между
каждым проводом и землей.
На рис. 22.2 показаны схемы включения мегомметра.
При измерении сопротивления изоляции мегомметром на­
пряжение в сети должно быть обязательно отключено.
Зажим Э - «Экран»
-
используется, когда необходимо иск­
лючить ошибку за счет небольшой утечки тока через корпус при­
бора и поверхность испытуемой изоляции (например, при изме­
рении сопротивления изоляции кабелей).
Переключатель П служит для измерения предела измерения
прибора. В положении «кQ» - килоомы
-
прибор имеет мень­
ший предел, а в положении «MQ» - меrаомы
-
больший предел.
Номинальная скорость вращения рукоятки мегомметра
120 об/мин.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с измерительными приборами и оборудова­
нием, необходимыми для выполнения работы. Записать их тех­
нические данные.
2. Собрать схему для определения сопротивления катушки из
медного провода (рис. 22. l а).
3. Реостат R ввести на полное сопротивление и показать
схему руководителю дм проверки.
4. Замкнуть разъединитель и с помощью реостата R трижды
изменить значение тока в цепи. Показания амперметра и вольт­
метра записать в табл. 22.1.
Таблица 22.1
Измерение сопротивления методом амперметра и вольтметра
Измеренные величины
Вычисленные величины
.No пп.
/
и
RK
Rк
А
в
Ом
Ом
5. По показаниям приборов определить значения сопротивле­
ний катушки из медного провода:
R1=
~
1
;R2=%
2
; Rз=
~:
•
130

Определить среднее значение сопротивления катушки по фор­
муле
6. Вычислить значение сопротивления катушки по формуле
,
l
Rн=Ps •
Результаты вычислений сравнить с результатами измерений.
7. По той же схеме (рис. 22.1 а) определить сопротивление
лампового реостата (четыре лампы накаливания 220 В, 150 Вт,
соединены параллельно). Порядок наблюдений тот же, что и при
измерении сопротивления медной катушки. Результаты измере­
ний и вычислений записать в табл. 22.1 .
8. Собрать схему для определения сопротивления проволоч­
ного реостата (рис. 22.1 6). Реостат Rx должен быть введен на
полное сопротивление.
9. После проверки схемы руководителем замкнуть разъеди­
нитель. Пользуясь показаниями амперметра и вольтметра, опре­
делить сопротивление реостата Rx при трех различных значениях
тока в цепи. Определить среднее значение сопротивления рео­
стата и сравнить с паспортными данными.
Результаты измерений и вычислений записать в табл. 22.2.
Таблица 22.2
Измерение больших сопротивлений методом амперметра и вольтметра
Измереt1ные вr.1ичины
Вь1числr11ные вели 1 rины
Паспортные данные
.No пп.
1
(/
R.x
Rcp
N.x
'нам
--
А
в
Ом
LJм
Ом
А
1О. Ознакомиться с устройством и схемой включения мегом­
метра. Проверить исправность прибора, для чего поставить пере­
ключатель в положение «MQ» (мегаомы), замкнуть накоротко
зажимы Л и 3 и вращать рукоятку. При этом стрелка мегом­
метра должна установиться на нуле шкалы «MQ».
11. Измерить сопротивление изоляции каждого провода по от­
ношению к земле и между проводами. Для испытания изоляции
проводов использовать существующую в лаборатории сеть
(рис. 22.2). В качестве заземления использовать контур заземле­
ния лаборатории.
Результаты измерений записать в табл. 22.3.
9*
131

Фаза-земля
А-земля
В-земля
С-земля
А-корпус
В - корпус
С- корпус
Измерение сопротивления изоляции
Rизм
МОм
~~
м
Фаза- фаза
м
Сеть лаборатории
~А-В 1
В-С
С-А
Трехфазный электродвигатель
А-В
В-С
С-А
Таблица 22.3
R11.on
Примечание
МОм
12. Рассоединить все начала и концы обмоток электродви­
гателя и измерить сопротивление изоляции его обмоток относи­
тельно корпуса электродвигателя (рис. 22.3 а) и сопротивление
б)
а) tcp
2ср
Зср
lcp
Q
2tp
Зср
',,
Обмотки
злектроi18и-
гателя
Рис. 22.3 . Схемы включения мегомметра при измерении
сопротивления изоляции электродвигателя.
изоляции между фазами обмотки статора (рис. 22.3 б). Резуль­
таты измерений записать в табл. 22.3.
13. Сделать заключение, соответствует ли состояние изоля­
ции сети лаборатории и проверяемого электродвигателя прави­
лам технической эксплуатации электротехнических установок.
14. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каким законом пользуются при определении электрического сопро­
тивления методом амперметра и вольтметра?
2. Какова точность измерения электрического сопротивления при макси­
мальных погрешностях приборов, используемых в работе?
132

3. Каким образом можно повысить точность измерения электричес1юго
сопротивления при использовании метода амперметра и вольтметра?
4. Какими другими приборами можно измерить электрическое сопротив­
ление?
5. Как устроен мегомметр?
6. Для чего необходимо следить за состоянием изоляции линий электро­
передачи, электроустановок и т. п.?
7. При каком значении сопротивления изоляции токоведущих частей уста­
новок дальнейшая их эксплуатация недопустима?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
!. Технические параметры приборов и оборудования.
2. Электрические схемы включения измерительных приборов для опреде-
ления электрического сопротивления методом амперметра и вольтметра.
3. Схемы включения мегомметра для измерения сопротивления изоляции.
4. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
5. Выводы о пригодности к дальнейшей эксплуатации двигателя и линии.
Литература: [4], с. 323-336, 353-355; [5], с. 146-174 .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 23
Измерение сопротивлений с помощью одинарного моста
Приборы, оборудование
в работе:
и принадлежности, используемые
1. Источник постоянного тока ( аккумуляторная
батарея 5 ЖН-60)
2. Магазин сопротивлений типа Р-314
3. Микроамперметр постоянного тока с нулем по­
середине шкалы
4. Разъединитель однополюсный на I А
5. Измерительный мост с реохордом типа ММВ
постоянного тока для измерения омических со­
противлений
6. Резисторы непроволочные на 1 Вт, от 1 до
lОООООООм
7. Резистор проволочный от 10 до 50 Ом
8. Проволочный реостат на 1 А, 500 Ом
9. Катушка магнитного пускателя
10. Однофазный трансформатор 220/12 В
11. Сопротивления, применяемые при монтаже
радиоаппаратуры
12. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм2, длиной 0,5 м
Цель работы
1 шт.
3 шт.
1 шт.
l шт.
шт.
10 шт.
1 шт.
1
1
1
шт.
шт.
шт.
5 шт.
12 шт.
Ознакомление с устройством измерительного моста для из­
мерения сопротивлений. Приобретение навыков уравновешивания
133

моста, составленного из отдельных магазинов сопротивлений.
Усвоение метода измерения электрических сопротивлений с по­
мощью измерительного моста с реохордом.
Задание
l. Собрать схему моста из магазинов сопротивлений, соот­
ветственно выбрав отношение плеч моста и напряжение питания.
2. Измерить значения сопротивлений резисторов при помощи
собранного моста.
3. Измерить значения сопротивлений резисторов при помощи
моста сопротивлений типа ММВ.
4. Пользуясь мостом сопротивлений типа ММВ, определить
значения сопротивлений проволочного реостата, катушки маг­
нитного пускателя, обмоток однофазного трансформатора и со­
противлений, применяемых при монтаже радиоаппаратуры.
5. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Сопротивление того или иного участка цепи можно опреде­
лить при помощи амперметра и вольтметра. Однако этот метод
недостаточно удобен и точен, так как, во-первых, точность изме-
Б
r
Kf
---- ---~ 1 -1--~о-----'
Рис. 23.1. Принципиальная схема
моста для измерения сопротивле­
ний.
рения существенно понижается
из-за влияния погрешностей двух
приборов, во-вторых, для различ­
ных значений сопротивлений тре­
буются измерительные прибо­
ры на разные пределы изме­
рения.
Поэтому при измерениях
большого количества сопротивле­
ний применяют прибор, который
называется мостом сопротивле­
ний. Мостом с одной системой
плеч принято называть четыре со­
противления, соединенные в замк­
нутый четырехугольник, из кото­
рых три представляют магазины
сопротивлений, значения которых
можно изменять, а четвертое со­
противление - измеряемое.
В одну из диагоналей моста
включают измерительный при­
бор (гальванометр или миллиамперметр), а в другую - источ­
ник тока (сухой элемент или аккумулятор). Сопротивление ма­
газинов можно подбирать так, чтобы через измерительный при­
бор не проходил ток. Это возможно в том случае, когда падения
134

напряжений на участках АБ и АГ равны между собой, а напря­
жение между точками БВ равно напряжению между точками ГВ
(рис. 23. l), т. е. это будет в случае равенства потенциалов точек
Б и Г. Отсюда tледует
I1R1=l2R2 и I1Rx=l2Rз,
Разделив почленно уравнения, получим
l1R1
l2R2
l1Rx = l2Rз
откуда
Rx= Rk~з •
По выведенной формуле для уравновешенного моста и опре­
деляют искомое сопротивление.
Наивыгоднейшее (дающее наибольшую точность измерения)
соотношение плеч моста R1/R2, а также напряжение источника
питания схемы приведены в табл. 23.l.
Значение измеряемого
сопротивлени11 Rx Ом
ОтОдо1
От1до10
От10до100
От 100 до 1000
От 1000 до 10 ООО
От10ОООдо 100ООО
От 100ООО до 1ОООООО
1
Напряжение источника 1
питания U В
2
4
4
6
8
20
20
Таблица 23.1
Отношение плеч
моста Rl!R2
1: 1000
1:1000
1:100
1:10
10: 1
10: 1
100: 1
Измерение сопротивлений мостовым способом дает более вы­
сокую точность по сравнению с методом амперметра и вольт­
метра, так как электроизмерительные приборы можно изгото­
вить с точностью не выше О, l %, а сопротивления - с точностью
до 0,01 % и даже до 0,001 %. Поэтому измеряемое сопротивле­
ние, выраженное через более точные величины, будет иметь
также более точное значение.
С другой стороны, точность обусловливается нулевым мето­
дом, который применяется в данном случае, так как фиксировать
отсутствие показаний гальванометра можно точнее, чем отсчи­
тывать значение величины по шкале.
В конструктивном отношении мосты имеют довольно много
исполнений, но почти во всех мостах отношение сопротивле­
ний двух плеч делается таким, что они регулируются одновре­
менно в кратном отношении, например, l00: l; lО :l; l :l; О,l :l
ит.д.
135

На станциях и предприятиях Гидрометслужбы широко ис­
пользуется малый мост сопротивлений типа ММВ, который
предназначен для измерения сопротивлений в пределах 0,05-
50 ООО Ом.
Принципиальная схема моста сопротивлений типа ММВ по­
казана на рис. 23.2 .
Балансовые плечи моста Rl и R2 образуются реохордом и до­
бавочными сопротивлениями Rl' и R2'. Ползунок реохорда уп­
равляется рукояткой П 1, на которой нанесены деления отноше­
юш сопротивлений балансовых плеч моста. Сопротивление срав-
нения состоит из пяти сопротивле­
ний: 0,5; 4,5; 45; 450 и 4500 Ом,
которые включаются в схему пе­
реключателем П2.
Для включения питания моста
ММВ на лицевой панели при­
бора установлена кнопка К. Ис­
точником тока моста служит ба­
тарейка карманного фонаря типа
КБС-0,35. Она вставляется под
крышку, которая расположена
с нижней стороны прибора.
При установке батарейки не­
обходимо соблюдать полярность,
которая обозначена на контактах
Рис. 23.2. Схема моста сопротив- для подключения батарейки.
лений ММВ.
Процесс балансировки мостов
других типов такой же, как и мо­
ста ММВ. Отличительной особенностью некоторых других мо­
стов является то, что при балансировке приходится подбирать не
отношение плеч, а значение сопротивления сравнительного
плеча, тогда отношение балансовых плеч в процессе измерения
не меняется.
Порядок выполнения работы и указания
l. Ознакомиться с устройством магазина сопротивления
Р-314. Записать технические данные гальванометра и источ­
ника питания.
2. Используя три магазина сопротивлений и резистор Rx,
собрать цепь моста по схеме (рис. 23. l). В качестве источника
использовать аккумуляторную батарею 5ЖН-60.
3. Согласно табл. 23.2 выбрать и установить соотношение
плеч R 1/R2. Показать схему руководителю для ее проверки.
4. Подбирая значение сопротивления RЗ, по показанию галь­
ванометра уравновесить мост.
5. Определить значение сопротивления резистора Rx. Резуль­
таты измерений и вычислений записать в табл. 23.2. Измерение
повторить для трех различных сопротивлений.
136

No
пп.
Таблица 23.2
Измерение сопротивлений одинарным мостом Витстона
Измерено мостом, состав-
Измерено
Номиt1аль-
ленным из магазинов
Наименование ное зна-
сопротивления
мостом ммв
резистора, тип 1
чение
Класс
марка, допу-
сопро-
точности
напряже-
напряже-
стимый ток или тивленця
R.r
RI/R2
нне
R.r
н11е
номинальная
источника
источника
мощность
Ом
3⁄4
Ом
в
Ом
в
6. Ознакомиться с устройством моста ММВ. Записать техни­
ческие данные измерительного моста: пределы измерений, зна­
чения сопротивлений, данные гальванометра, данные источника
питания.
7. Подсоединить к зажимам моста измеряемое сопротивление
Rx. Переключатель установить в положение одного из возмож­
ных пределов измерений, в каком примерно находится предпо­
лагаемое значение измеряемого сопротивления. Рукоятку рео­
хорда установить на отметку «5» вблизи средней точки шкалы.
Нажать кнопку и наблюдать за стрелкой гальванометра. Если
она резко отклоняется в одну сторону, это значит, что положе­
ние переключателя выбрано неправильно. Его необходимо из­
менить в соответствии с тем, в какую сторону от нуля отклоня­
ется стрелка гальванометра. На шкале прибора есть надписи
«Мало», «Много». Если стрелка гальванометра отклоняется
в сторону «Мало», необходимо увеличить сопротивление в срав­
нительном плече переключателем. Если стрелка отклоняется
в сторону «Много», сопротивление следует уменьшить. Для до­
стижения окончательного уравновешивания моста необходимо
медленно вращать рукоятку реохорда.
8. Добившись равновесия схемы (стрелка гальванометра ус­
тановится на нуль), прочитать результат измерения, который
будет равен произведению цифр, находящихся при равновесии
моста против указательных стрелок.
9. Произвести поочередно измерения сопротивлений резисто­
ров R1, R2, RЗ. Результаты измерений записать в табл. 23.2
и сравнить с результатами, полученными в п. 5.
10. При помощи моста сопротивлений ММВ произвести по­
очередно измерения сопротивлений проволочного реостата, ка­
тушки магнитного пускателя, обмото1, однофазного трансформа­
тора, пяти сопротивлений, которые применяются при монтаже
радиоаппаратуры. Результаты измерений свести в таблицу, со­
ставленную произвольно.
11. Составить отчет о выполненной работе.
137

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какими методами можно измерить электрическое сопротнвление?
2. Каковы преимущества универсального измерительного моста?
3. В каких единицах измеряется электрическое сопротивление?
4. При каком условии наступает равновесие моста?
5. Почему при равенстве сопротивлений плеч моста ток через гальва­
нометр не проходит?
6. Как влияет сопротивление переходных контактов на точность измере­
ния малых сопротивлений?
7. Как проверить исправность универсального моста и его точность?
8. Можно ли измерить температуру воздуха при помощи мостиковой
схемы?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры оборудования и измерительных приборов, ис­
пользованных в лабораторной работе.
2. Схемы измерительных мостов с указанием значеннй напряжений, ис-
пользованных при из~1ерен11и, 11 установленного отношения плеч.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Выводы из проделанной работы.
Литература: [4J, с. 199-208; [5], с. 160-165.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 24
Измерение токов, напряжений и сопротивлений
универсальным измерительным прибором
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
l. Источник постоянного тока, аккумуляторная
батарея БЖН-60
2. Источник переменного тока напряжением
220 В
3. Лабораторный автотрансформатор ЛАТР-1
4. Ампервольтомметр школьный АВО-63
5. Ампервольтомметр типа Ц-20
.
.
6. Ампервольтомметр типа ABO-5M- l
7. Реостат проволочный на 500 Ом, 0,5 А
8. Сопротивления, применяемые при монтаже ра­
диоаппаратуры.
9. Кабель многожильный 14Х 1,5 длиной 1,5 м
10. Лампа накаливания 150 Вт, 220 В
11. Полупроводниковый диод Д7Ж
12. Электронная лампа 6Ж8
13. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм2, длиной 1,5 м
Цель работы
шт.
l шт.
l шт.
l шт.
l шт.
l шт.
3 шт.
10 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
2 шт.
5 шт.
Ознакомление с конструкцией и устройством ампервольтом­
метров различных типов. Приобретение практического навыка
в работе с универсальными приборами. Научиться измерять на-
138

пряжение, силу тока и сопротивление, пользуясь приборами
АВО-63, Ц-20 и ABO-5M- l . Научиться прозванивать и маркиро­
вать жилы кабеля.
Задание
1. По описаниям изучить устройство и принцип действия
имеющихся ампервольтомметров.
2. Определить напряжение источников питания, пользуясь
универсальными приборами.
3. Измерить силу тока в простой цепи, используя АВО-5М
в качестве амперметра.
4. Определить значения всех имеющихся сопротивлений.
5. Определить сопротивление нити накала лампы мощностью
150 Вт.
6. Определить пригодность к эксплуатации полупроводнико­
вого диода Д7Ж.
7. Определить целостность нити накала электронной
лампы 6Ж8.
8. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Ампервольтомметр является комбинированным электроизме­
рительным многопредельным прибором, предназначенным для
измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного и пере­
менного токов, а также сопротивления постоянному току. При­
бор применяется при ремонте электрорадиотехнической аппара­
туры. В настоящее время промышленность выпускает множество
различных по конструкции ампервольтомметров, но почти все
они имеют один принцип действия.
Прибор состоит из измерителя, имеющего ток полного откло­
нения 50-100 мкА (в зависимости от типа измерителя), и схемы,
позволяющей использовать этот микроамперметр для измерений
постоянного и переменного токов, постоянного и переменного на­
пряжений и сопротивления постоянному току в широком диа­
пазоне. На рис. 24.1 изображена принципиальная электри­
ческая схема универсального прибора. Для удобства отсчета
измеритель имеет несколько шкал; шкалу постоянного тока и
напряжения, шкалу переменного тока и напряжения и шкалу
омов.
Изменение рода измеряемой величины и изменение пределов
измерений осуществляется при помощи переключателей и штеп­
сельных гнезд.
Расширение пределов измерений прибора по напряжению
достигается посредством включения последовательно с измери­
телем добавочных сопротивлений. Расширение пределов измере­
ния по току достигается применением ступенчатых и переклю­
чаемых шунтов.
139

Для измерения переменных тока и напряжения применяется
выпрямляющее устройство, представляющее собой мост, в диа­
гональ которого включается измеритель. Для питания цепей ом-
-
V
R1
-~
-тА
Q Общ.
+
•1-
0.2
•1000
R29
RЗО
0,5
,100
RJf
RЗ2
5
•10
RЗЗ
50
•1
RЗ4
RЗ5
S00>--_ . . .- ----~3----_ __ J
Рис. 24.1 . Принципиальная схема универсального прибора
типа АВО.
метра в приборе предусмотрено автономное питание, состоящее
из батарей типа К.БС и сухих элементов на 1,5 В.
Источники питания расположены в специальном отсеке в кор­
пусе прибора, доступ к которому закрывается крышкой, распо­
ложенной на тыльной стороне корпуса.
140

Корпус прибора выполнен из пластмассы. В крышке прибора
помещается набор проводников, зажимов и штекеров.
Пользуясь прибором, следует соблюдать следующие пра­
вила:
1. Переключатель рода измерений переводить из одного по­
ложения в другое только при отключенном приборе.
2. Перед измерением проверить, находится ли стрелка при­
бора на левой крайней отметке шкалы. В противном случае не­
обходимо установить стрелку на отметку с помощью коррек­
тора, расположенного на лицевой стороне измерителя.
3. Измерения прибором как омметром следует производить
только в обесточенной цепи.
4. Для увеличения срока службы источников питания ом­
метра не рекомендуется долго держать свободные концы про­
водов прибора подключенными к измеряемому сопротивлению,
а также замкнутыми между собой.
Для измерения силы тока и напряжения необходимо:
1. Установить переключатель рода измерений в положение
«-» или « ~ » в зависимости от рода измеряемого тока или на•
пряжения.
2. Вставить штепсель одного из проводников в гнездо, обо­
значенное знаком «-» (минус) или «Общ.» и являющееся об­
щим для всех пределов измерения.
3. Вставить штепсель второго провода в соответствующее
гнездо ряда «-тА», « ~ тА», «-V» или « ~ V» в зависимости
от измеряемой величины.
4. Свободные концы обоих проводников присоединить к цепи
измеряемого тока или напряжения.
5. Получаемый отсчет разделить на число отметок шкалы
и умножить на число, стоящее у гнезда со вторым проводником.
Полученный результат дает значение измеряемой величины
в вольтах или миллиамперах.
Пример. Штепсели проводников стоят в гнездах «300 В» и «Общ.», отсчет
по шкале 22 деления. Шкала разбита на 30 делений. Измеряемое напряже­
ние равно
22•300
Иизм= 30 =220 В.
6. По окончании измерения отключить прибор от проверяе­
мой цепи.
Измерение значения сопротивления постоянному току про­
изводится следующим образом:
1. Установить переключатель рода измерений в положение,
обозначенное знаком «R~» или «Q».
2. Вставить штепсель одного проводника в гнездо «-»,
а щтепсель другого проводника в одно из гнезд ряда «Q», соот­
ветствующее выбранному пределу измерения.
141

3. Перед началом измерения установить нуль омметра, для
чего замкнуть накоротко свободные концы проводников и вра­
щением ручки«Уст. О» установить стрелку на нуль шкалы «Q».
4. Разомкнуть концы проводников и присоединить к выводам
измеряемого сопротивления.
5. Согласно установленному пределу измерения произвести
отсчет по шкале «Q».
6. При переходе от одного предела измерения к другому
снова установить стрелку прибора на нуль шкалы «Q», как опи­
сано выше.
7. По окончании измерения отсоединить прибор от измеряе­
мого сопротивления.
Прибор, применяемый как омметр, может служить для опро­
бования различных участков электрических цепей на обрыв
и короткое замыкание.
Рекомендуется опробование на обрыв производить при мно­
жителе Х 1000, а на короткое замыкание - при множителе Х l.
Внимание!
При измерениях тока и напряжения в высоковольтных цепях
соблюдать правила техники безопасности, установленные для
работы с высоковольтными установками.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с приборами для выполнения лабораторной
работы. Записать технические данные ампервольтомметров.
2. Пользуясь описанием и схемами приборов, уяснить назна­
чение переключателей, штепсельных гнезд и других элементов,
имеющихся на передних пане­
лях приборов.
3. Используя поочередно
приборы АВО-63, ABO-5M- l и
Ц-20, измерить напряжение на
клеммах источников питания
постоянного и переменного то-
Рис. 24.2 . Схема включення прнборов ков. При этом обратить внима-
в простой электрической цепи.
ние на выбор предела измере-
ния (при неизвестном значении
измеряемого напряжения первоначально предел измерения уста­
навливается наибольшим!).
4. Собрать схему для измерения силы тока в цепи (рис. 24.2).
В качестве амперметра использовать ампервольтомметр
АВО-5М.
5. Измерить силу тока в цепи при различном напряжении
на входе.
6. При помощи АВО-5М-1 измерить значения сопротивления
реостата и других имеющихся в наличии сопротивлений.
142

7. При помощи АВО-63 прозвонить и промаркировать мно­
гожильный кабель.
8. При помощи Ц-20 определить сопротивление нити накала
лампы мощностью 150 Вт, напряжением 220 В.
9. При помощи АВО-5М определить пригодность к эксплуа­
тации полупроводникового диода Д7Ж и целостность нити на­
кала электронной лампы 6Ж8.
10. Результаты измерений записать в таблицу, составленную
произвольно.
11. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие электрические величины можно измерить при помощи универ­
сальных приборов АВО-5М, АВО-63 и Ц-20?
2. Какой порядоl{ действия при измерении постоянных и переменных на­
пряжений и токов при работе с прибором ЛВО-5М?
3. Какой порядок действий при измерении сопротивлений ампервольтом­
метрами АВО-5М, АВО-63 и Ц-20?
4. Как определить пригодность к эксплуатации полупроводниковых
диодов?
5. Как определить целостность нити накала электронной лампы и лампы
накаливания?
6. Можно ли определить мощность лампы накаливания, измерив сопро­
тнвление ее спирали в холодном состоянии?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕ РИАЛ
1. Техническне параметры приборов и оборудования, использованных
в работе.
2. Схема включения ампервольтомметра для измерения силы тока в цепи.
3. Принципиальная электрическзя схема прибора АВО-63.
4. Таблиuы с результатами измерений.
5. Вывод из проделанной работы.
Литература: [5], с. 23-38 .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 25
Измерение мощности в трехфазной цепи
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе.
1. Источник трехфазного тока напряжением 220 В
с коммутационной аппаратурой
2. Разъединитель однополюсный на 250 В, 10 А
3. Ваттметр однофазный ферродинамический мно­
гопредельный типа Д-539 . . . . .
4. Ваттметр трехфазный двухэлементный индук­
ционной системы типа Д-50 .
5. Амперметр многопредельный типа Э-59
6. Вольтметр многопредельный типа Э-59
143
шт.
3 шт.
1 шт.
4 шт.
1 шт.

7. Трехфазный ламповый реостат с лампами на
220В..
l шт.
8. Трехфазный асинхронный электродвигатель
с короткозамкнутым заторможенным ротором
типа A02-l2-6 на 220/127 В, мощностью 0,6 кВт
шт.
9. Провода соединительные многожильные сече-
нием 2,5 мм2, длиной 1,5-2 м
15 шт.
Цель работы
Ознакомление с приборами, применяемыми для измерения
мощности, потребляемой в цепях переменного тока. Изучение
схем включения однофазных и трехфазных двухэлементных ватт­
метров при измерении мощности в трехфазной цепи.
Задание
l. Собрать электрическую схему, изображенную на рис. 25.6,
и измерить активную мощность в трехфазной цепи при симмет­
ричной нагрузке.
2. Собрать электрическую схему, изображенную на рис. 25.7,
и измерить активную мощность в трехфазной цепи при несим­
метричной активной нагрузке.
3. Собрать электрическую схему, изображенную на рис. 25.8,
и измерить активную мощность в трехфазной цепи при смешан­
ной нагрузке.
4. Результаты измерений и вычислений записать в таблицы.
5. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Мощность представляет собой скорость преобразования од­
ного вида энергии в любой другой. Мощность электрического
тока можно определить косвенным методом, измерив напряже­
ние И и силу тока /. В этом случае
P=UI.
Измерение мощности электрического тока можно произво­
дить непосредственно прибором, который называется ваттметром
(рис. 25.l а).
Ваттметр снабжен двумя катушками: токовой, включенной
последовательно с потребителем, по ней проходит весь измеряе­
мый ток (точно так же, как по катушке амперметра), и катуш­
кой напряжения с добавочным сопротивлением, которая вклю­
чается так же, как вольтметр.
Показание ваттметра, включенного в цепь переменного
тока,- это произведение трех величин: напряжения И, силы тока
/ и коэффициента мощности cos <р:
P=Ulcosf.
144

При подключении зажимов ваттметра к измеряемой цепи не­
обходимо соединять начала и концы его обмоток в соответствии
с направлением передачи электрической энергии: от источника
тока к потребителю. На рис. 25. l 6 приведена схема включения
однофазного ваттметра.
Начала катушек (генераторные зажимы) ваттметров обозна­
чаются звездочкой (*). Если нарушить порядок включения,
стрелка ваттметра будет отклоняться в левую сторону от нуля
шкалы.
Рис. 25.1 . Схема включения однофазного ваттметра.
Активную мощность трехфазного тока можно измерять не­
сколькими способами.
Если мощности всех трех фаз равны между собой, то, изме­
рив мощность одной фазы РФ и умножив показание ваттметра на
три, получим мощность Р трехфазной цепи: Р = ЗРФ = ЗUФ/ФХ
xcos qJ.
На рис. 25.2 показаны схемы для измерения мощности в трех­
фазной цепи при равномерной нагрузке.
Если мощности отдельных фаз неодинаковы (четырехпровод­
ная линия при неравномерной нагрузке), то пользуются тремя
однофазными ваттметрами, которые включают по схеме, изобра­
женной на рис. 25.3. Мощность трехфазной цепи в этом случае
представляет собой алгебраическую сумму показаний всех трех
ваттметров:
При неравномерной или равномерной нагрузке в трехфаз­
ной цепи при отсутствии нулевой точки полную мощность можно
10 Заказ N, 17
145

измерить двумя однофазными ваттметрами или одним трехфаз­
ным двухэлементным ваттметром по схемам, изображенным на
рис. 25.4.
р
в
~в'Z2о'
с
~с'Zз
8)
р
о
.Д
А~
*
А' z,
-'-'-С>*
w
б)
в !д.,,,
в' l2
А~А:
с~
с' lэ
в !4.
в1
RfР2RЗ
с~
Рис. 25.2 . Схемы для измерения активной мощности трехфазного
тока при симметричной нагрузке.
а - лри соедннеинн звездой с выводом нулевой точки, б - при соединении
треугольником, в - прн соединении звездой без вывода нулевой точки.
о
Включение ваттметров по схемам, изображенным па рис. 25.4,
не зависит от схемы соединения потребителей (в звезду или
с
о
треугольник). В этом случае
суммарная мощность трехфаз­
ной цепи определяется как ал­
гебраическая сумма показаний
двух однофазных ваттметров,
РА и Рв, которая должна быть
равна показанию трехфаз-
1юго двухэлементного ваттмет­
ра Р:
Рис. 25.3 . Схема для измерения мощ­
ности трехфазной цепи тремя одно­
фазными ваттметрами.
На рис. 25.5 дана вектор­
ная диаграмма напряжений и
токов трехфазной цепи для слу­
чая включения ваттМ€тров по схеме, изображенной на рис. 25.4 а.
Из векторной диаграммы можно определить мощности:
РА =!АиАс cos (30° -ер),
Р8=!8Uвсcos(ЗО
0
+ср).
146

Следовательно, одинаковые показания ваттметров РА и Рв
возможны только при равномерной и чисто активной нагрузке.
а)
А~
в Iв-=-с-*
,,_
Рис. 25.4 . Схемы для измерения а~<тнвной мощности трехфазной
цепи двумя однофазными (а) и одним трехфазным двухэлемент­
ным (6) ваттметрами.
При равномерной, но смешанной нагрузке показания ваттмет­
ров будут различны. В зависимости от значения угла <р показа­
ния ваттметра могут быть положительными, отрицательными
или равными нулю.
Рис. 25.5 . Векторная диаграмма токов и напряжений
трехфазной цепи при соединении потребителей в тре­
угольник.
Разность показаний ваттметров РА и Рв, увеличенная
в i,'3 раз, представляет собой реактивную мощность трехфазной
цепи:
Q=V3(Рл-Рв).
Порядок выполнения работы и указания
l. Ознакомиться с устройством однофазного ферродинами­
ческого и трехфазного двухэлементного индукционного ваттмет­
ров. Записать их технические данные.
10*
147

2. Определить цену деления ваттметров при различных пре­
делах
3. Собрать схему, изображенную на рис. 25.6, в качестве на­
грузки использовать ламповые реостаты. Представить схему ру­
ководителю для проверки.
4. Включить цепь при замкнутом рубильнике в цепи нуле­
вого провода. Установить симметричную нагрузку на каждую
фазу (показания амперметра в цепи нулевого провода должны
с
0-------0
о
Вк
о'
Рис. 25.6 . Схема для
измерения мощности
в трехфазной цепи
одним одноэлемеит-
иым ваттметром.
быть равны нулю). Пользуясь вольтметром, измерить фазные
и линейные напряжения.
5. Пользуясь показаниями приборов, определить мощность
трехфазной цепи двумя методами: непосредственным - исполь­
зуя показания ваттметра, и косвенным - используя показания
амперметров и вольтметра.
6. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 25.1.
.Ni па.
Таблица 25./
Измерение мощности в трехфазной цепи однофазным ваттметром
при равномерной нагрузке
Измеренные величины
Вычисленные величины
/Аlвtc
иф ил РФ РФ Р=ЗРФ Р=ЗUф I фсоs 'i' cos 'f'
-- -- -------- --
А
А
А
в
в
Вт
Вт
Вт
Вт
1
7. Собрать схему, изображенную на рис. 25. 7. Представить
схему руководителю для проверки.
148

8. Измерить фазные и линейные напряжения, линейные токи
и фазные мощности. Пользуясь показаниями приборов, опреде­
лить фазные и общую мощности трехфазной цепи при симмет­
ричной и несимметричной нагрузках.
Рис. 25. 7 . Схема включения приборов при измерении
мощности трехфазной цепи тремя однофазными ватт­
метрами.
9. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 25.2
и сравнить с данными предыдущих измерений и вычислений по
табл. 25. l .
Рис. 25.8 . Схема для измерения мощности трехфазной
цепи двумя одноэлементными и одннм двухэлементным
трехфазным ваттметрами.
10. Сравнить результаты измерений и расчетов и убедиться,
что в случае несимметричной нагрузки при отключенном нуле­
вом проводе мощность трехфазной цепи не равна сумме показа­
ний трех ваттметров.
11. Собрать схему трехфазной цепи с двумя одноэлемент­
ными и двухэлементным ваттметрами (рис. 25.8). В качестве
нагрузки использовать ламповые реостаты (активная нагрузка)
и заторможенный асинхронный двигатель (смешанная нагрузка
с переменным значением угла 'Р).
149

Таблица 25.2
Измерение мощности в трехфазной цепи тремя одноэлементными ваттметрами
Измеренные величины
Вычисленные величины
+
.No пп.
~
lл'в'е{,ИлИвUcИлвИвеИелРлРвРе+
Рл
Рв
Ре
Нагрузка
с.. -
cos t;J
11"-
с..+
g
1
1
1
1
1
!
Симметричная, ну-
1
1
левой провод
1
1
включен
i
1
1
2
Симметричная, ну-
1
левой провод вы-
ключен
3
1
Несимметричная,
1
нулевой провод
включен
1
4
Несимметричная,
нулевой провод
1
выключен

12. После проверки схемы руководителем установить сим­
метричный режим активной нагрузки фаз. Измерить линейные
напряжения, присоединяя свободные концы вольтметра к соот­
ветствующим зажимам цепи. Показания измерительных прибо­
ров: ваттметров, вольтметра и амперметров записать в табл. 25.3.
13. Установить несимметричную активную нагрузку. Изме­
рить токи, напряжения и мощности, результаты измерений запи­
сать в табл. 25.3.
Таблица 25.3
Измерение мощности в трехфазной цепи трехфазным двухэлементным
ваттметром при смешанной нагрузке
Измеренные ве:1и•шны
.No nn.
lв
Vлв
Ис,\
р1
р
2
3
4
5
б
Нычнслсн11ые вели•1ины
.No nn.
1Рв 1Ре
1
1
1
1ros,1
Нагрузка
РА
р
Q
s
1
Симметричная, ак-
тнвная
2
1
Несимметричная,
3
Зl(ТИВНЗЯ
4
Симметричная,
5
б
смешанная
На основании измерений и вычислений убедиться, что пока­
зание двухэлементного трехфазного ваттметра равно сумме по­
казаний одноэлементных ваттметров и что расчетная мощность
трехфазной цепи равна показанию двухэлементного ваттметра.
14. Установить в цепи симметричный режим смешанной на­
грузки.
151

Изменяя с помощью рычага, связанного с ротором дви­
гателя, уrол <р, произвести соответствующие измерения при слу­
чаях:
а) <р<60° -
показания ваттметров положительны, но раз-
личны;
б)<р=60°-
показания одного из ваттметров равны нулю;
в)rp>60°-
показания одного ваттметра отрицательны.
15. Пользуясь показаниями ваттметров, вычислит~ активную
мощность Р = Р1 + Р11 , реактивную мощность Q = )13 (Р1 - Рп),
полную (кажущуюся) мощность S = )1P2 +Q2 , коэффициент
мощности cos rp = PJS, угол сдвига фаз <р.
Результаты измерений и вычислений записать в табл. 25.3.
16. По данным табл. 25.3 построить векторную диаграмму
для случая <р = 60° и объяснить, почему показания одного из
ваттметров равны нулю.
17. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое мощность электрического тока?
2. Каким прибором измеряется мощность электрического тока?
3. Ка1( устроен однофазный ваттметр?
4. Как определить цену деления ваттметра?
5. Как устроен трехфазный двухэлементный ваттметр?
6. Как определяют а!(тивную, реактивную и полную мощности в трех­
фазной цепи?
7. Какие схемы ВI(Лючения ваттметров применяют для измерения актив­
ной мощности в трехфазной цепи при симметричной нагрузке во всех трех
фазах?
8. Какие схемы включения ваттметров применяются для нзмерения ак­
п1в11ой мощностн в трехфазной цепи при несимметричной нагрузке?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕ РИАЛ
1. Технические параметры электроизмерительных приборов и оборудо­
вания, используемых в работе.
2. Схемы включения приборов для определения активной мощности
в трехфазной цепи при симметричных и несимметричных нагрузках.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Расчетные формулы для определения активной, реактивной и полной
мощностей в трехфазной цепи.
5. Векторная диаграмма то1юв и 11апряжений в трехфазной цепи для
случая ip=60° (см. п. 16).
6. Выводы из 11родела1111ой работы.
Литература: (3], с. 208-213; (5], с. 244-251.

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 26
Изучение генератора постоянного тока
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник трехфазного тока 220 В
2. Двигатель короткозамкнутый трехфазного
тока типа АОЛ22-4 на 220/380 В, мощностью
0,6 кВт
3. Генератор постоянного тока параллельного
возбуждения на 11 О В, 0,6 кВт .
4. Амперметр щитовой магнитоэлектрический
постоянного тока на 10 А .
5. Амперметр щитовой магнитоэлектрический
постоянного тока на 1 А .
6. Вольтметр щитовой магнитоэлектрический
постоянного тока на 150 В
7. Реостат нагрузочный на 10 А, 50 Ом .
8. Реостат возбужедния на 1 А, 50 Ом .
9. Разъединитель двухполюсный на 250 В, 60 А
10. Разъединитель однополюсный на 250 В, 30 А
11. Автомат (магнитный пускатель ПМЕ)
.
12. Тахометр типа ИО-10 на 2000 об/мин .
13. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм2, длиной 2 м
Цель работы
шт.
шт.
шт.
шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
15 шт.
Ознакомление с устройством и основными характеристиками
генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.
Задание
1. Ознакомиться с порядком включения генератора постоян­
ного тока и первичного двигателя.
153

2. Снять характеристику холостого хода, внешнюю и регу­
лировочную характеристики генератора постоянного тока с па­
раллельным возбуждением.
3. Построить характеристики генератора с параллельным
возбуждением.
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Генератор постоянного тока преобразует механическую энер­
гию в электрическую. Состоит генератор из двух основных ча­
стей: якоря с коллектором и станины. Якорь - подвижная часть
генератора, к нему подводится механическая энергия. В якоре
индуктируется переменная э. д. с. Коллектор со щетками пре­
образует переменную э. д. с. в постоянную.
Станина представляет собой полый цилиндрический магнито­
провод с полюсами, на которых закреплены катушки возбуж­
дения. Катушки соединены между собой (последовательно или
параллельно) и в совокупности образуют обмотку возбуждения
генератора, по которой проходит постоянный ток. Таким обра­
зом, станину можно рассматривать как индуктор, создающий
постоянное магнитное поле, в котором вращается якорь генера­
тора. Наводимая в якоре э. д. с. снимается щетками с коллек­
тора и уже постоянной по величине и направлению передается
во внешнюю цепь.
Электродвижущая сила генератора постоянного тока пропор­
циональна скорости вращения якоря и магнитному потоку воз­
буждения:
где Ф - магнитный поток машины, п- скорость вращения
якоря, К= 2
pN - постоянная машины постоянного тока, р -
.тса
число пар полюсов, N - число активных проводников обмотки
якоря, а - число пар параллельных ветвей.
Свойства генератора постоянного тока существенно зависят
от способа питания обмотки возбуждения. В связи с этим разли­
чают генераторы независимого, параллельного, последователь­
ного и смешанного возбуждений.
Генераторы обычного назначения имеют параллельное воз­
буждение. Схема генератора параллельного возбуждения при­
ведена на рис. 26.1 .
На схеме видно, что цепь возбуждения генератора подклю­
чена параллельно якорю и питается, таким образом, от того же
генератора, как и другие потребители.
Так как э. д. с. генератора пропорциональна магнитному
потоку возбуждения, то, меняя поток возбуждения, можно регу­
лировать э. д. с. генератора. С этой целью в цепь возбуждения
включен реостат Rв.
154

Зависимость э. д. с. генератора Е от тока возбуждения / в,
полученная при отсутствии тока нагрузки (/н = О), т. е. при
разомкнутой внешней цепи и неизменной номинальной скорости
вращения, называется характеристикой холостого хода. Обычно
эта зависимость выражается в виде графи-
ка. Примерный вид характеристики холос-
того хода изображен на рис. 26.2 а. Прак-t
тически характеристика холостого хода ге­
нератора совпадает с кривой намагничива­
ния магнитопровода машины. Она дает
возможно:ть судить о степени насыщения 1
магнитнои системы генератора.
~
Снятие характеристики холостого хода
Rf
Шf
/
f/2
Ш2
начинается при разомкнутой обмотке воз- Рис. 26 _1
_
Cxe;,ia гене­
буждения, т. е. при /в= О. В этом слу­
чае вольтметр покажет значение э. д. с. ге­
нератора, наведенной в обмотке якоря маг­
нитным потоком остаточного магнетизма.
ратора
постоянного
тока с параллельным
возбуждением.
Затем замыкают цепь обмотки возбуждения, при этом сопро­
тивление регулировочного реостата наибольшее. Постепенно
уменьшая сопротивление Rв, т. е. увеличивая ток возбуждения,
[а)
ио)
Ео-.---'~~~~~~~
fв
~
Рис. 26.2.
1, .,
Характеристики генератора
ным возбуждением.
При
R6~const
n~const 11
/'/ 1
;'1
,;
1
,,.,,,
1
....,
1
с параллель-
снимают восходящую ветвь характеристики холостого хода. До­
ведя напряжение на выходе генератора до 1,2Ин, начинают
уменьшать ток возбуждения. При этом снимают нисходящую
ветвь характеристики холостого хода.
Обмотка якоря генератора обладает некоторым сопротив­
лением Rя, поэтому напряжение на внешних зажимах генера­
тора (Я 1 и Я2) под нагрузкой меньше его э. д. с. на величину
внутреннего падения напряжения. Применяя второй закон Кирх­
гофа для контура якорной цепи, получим уравнение внешней
характеристики генератора
V=E-!J~я•
Внешняя характеристика генератора параллельного возбуж­
дения - это зависимость напряжения U на зажимах генератора
155

от силы тока нагрузки lн при неизменном сопротивлении рео­
стата R0 , включенного в обмотку возбуждения генератора, и
неизменной скорости вращения якоря. Примерный вид внешней
характеристики генератора с параллельным возбуждением изо­
бражен на рис. 26.2 6.
Из графика внешней характеристики видно, что с ростом
тока нагрузки напряжение на выходе генератора уменьшается.
Происходит это за счет увеличения внутреннего падения на­
пряжения.
Так как ток возбуждения генератора является функцией вы­
ходного напряжения, т. е. уменьшение напряжения вызывает
уменьшение тока возбуждения, то это в свою очередь приводит
L
к уменьшению э. д. с. генератора. Кроме
8
того, ток якоря создает в машине собст­
венное магнитное поле, которое также
уменьшает э. д. с. генератора (реакция
,____•
якоря). У машин большой мощности по­
ле реакции якоря уничтожается с помо­
щью дополнительных полюсов и компен­
сационных обмоток. В машинах малой
мощности реакция якоря полностью не
О
lн
Рис. 26.3 . Регулировоч­
ная характеристика ге­
нератора с параллель-
ным возбуждением.
уничтожается, и это тоже является при­
ч1шой уменьшения напряжения на вы­
ходе генератора.
При уменьшении сопротивления по­
требителя (чем в реальных установках
и достигается увеличение тока нагрузки)
внешняя характеристика при некотором
критическом токе нагрузки (/маис) резко идет вниз (рис. 26.2 6),
при этом напряжение на выходе генератора падает до нуля,
а ток уменьшается до значения /я. и. 3 (ток короткого замыка­
ния). Это происходит из-за размагничивания магнитной системы
машины вследствие уменьшения тока возбуждения / 0 и за счет
влияния реакции якоря.
При выполнении лабораторной работы следует учесть, что
у генератора с параллельным возбуждением часть тока якоря
(до 5% номинального) идет в цепь возбуждения, поэтому
fя=fн+fв,
где lн-ток нагрузки (ток потребителя), /я-ток в якоре.
На практике, если генератор работает с полной нагрузкой,
этим явлением можно пренебречь и считать
fя=fн.
Для более полного представления о работе генератора необ­
ходимо знать его регулировочную характеристику, которая пред­
ставляет собой зависимость тока возбуждения /в от тока на­
грузки lн при неизменном напряжении на зажимах генератора
156

и неизменной скорости вращения. Измерив ток возбуждения при
различных значениях тока нагрузки, строят график регулировоч­
ной характеристики, который показывает, как надо регулиро­
вать ток возбуждения генератора д.rrя поддержания неизменного
напряжения на его зажимах при различных нагрузках.
На рис. 26.3 показан примерный вид графика регулировочной
характеристики генератора постоянного тока.
При снятии характеристик генератора постоянного тока не­
обходимо следить за стабильностью скорости вращения его
якоря. Измерение скорости производят тахометром.
Порядок выполнения работы и указания
l. Ознакомиться со схемой установки, найти в натуре все
элементы схемы (генератор, двигатель, реостаты, измеритель­
ные приборы и т. д.). Записать паспортные данные исследуе­
мого генератора, первичного
двигателя и измерительных
приборов.
2. Ознакомиться с поряд­
ком включения агрегата в ра­
боту.
3. Для определения харак­
теристики холостого хода со­
брать схему пуска первичного
двигателя и схему генера­
тора (рис. 26.4). Предста­
впть их руководителю для про­
верки.
4. Снять характеристику
холостого хода, для чего ра-
Рис. 26.4 . Схема установки дпя иссле­
дования генератора постоянного тока
с паралпепьным возбуждением.
замкнуть рубильники Р11 и Рв и запустить первичный двигатель.
Начинать замеры следует при /в= О, затем надо полностью вве­
сти реостат возбуждения Rв и включить рубильник Рв. Посте­
пенно выводя Rв, увеличивать ток возбуждения. При этом сле­
дить за стабильностью скорости.
5. Записать показания приборов (получить 7-8 точек харак­
теристики холостого хода).
6. Снять обратную ветвь характеристики, уменьшая ток воз­
буждения от максимального значения до нуля. Результаты из­
мерений записать в табл. 26. l .
157

No пп.
Таблица 26.1
Характеристика холостого хода генератора постоянного тока
при параллельном возбуждении
/в
~п
о
Uu!Uн
Примечание
А
00/МИН
рад/с
%
7. По данным табл. 26.1 построить обе ветви характеристики
холостого хода Е = f (/в).
8. Снять внешнюю характеристику генератора, т. е. зависи­
мость напряжения генератора от тока нагрузки при п = const,
Rв = const. Для этого необходимо:
а) при холостом ходе генератора реостатом Rв поднять на­
пряжение генератора до номинального значения;
б) нагрузочный реостат Rн ввести полностью и замкнуть ру­
бильник Р8 ;
в) постепенно выводя реостат Rн, увеличить ток нагрузки
до номинального значения. При этом следить за стабильностью
скорости.
9. Записать показания приборов (при 7-8 положениях рео­
стата нагрузки) в табл. 26.2.
Таблица 26.2
Внешняя характеристика генератора постоянного тока при параллельном
возбуждении
Иэмсренные нели 1 11t11ы
Вы•1ислен11ые вели•1и11ы
'"
и
/н
п
"
дU
'я
,,
No пп.
Примечание
---- --- --- -- ------
А
в
А
о6/мин рад/с
%
А
Вт
1
U0 -U
Примечание.ЛU=~• 100%,гдеU- напряжение назажимах
якоря, Ио- напряжение холостого хода, Р= Ulв - мощность, отдаваемая ге­
нератором потребителю.
10. По данным табл. 26.2 построить внешнюю характери­
стику генератора.
11. Снять регулировочную характеристику генератора, т. е.
зависимость тока возбуждения /в от тока нагрузки lн при п =
=
const. Для этого необходимо:
158

а) при холостом ходе генератора установить реостатом но­
минальное напряжение на якоре машины;
б) нагрузочный реостат Rн ввести полностью и замкнуть ру­
бильник Рн;
в) постепенно уменьшая сопротивление нагрузки Rн, одно­
временно увеличивать ток возбуждения /в, тем самым поддер­
живать постоянным напряжение на выходе генератора U. При
этом следить за стабильностью скорости генератора.
12. Записать показания приборов (получить 7-8 точек ре­
гулировочной характеристики). Результаты измерений записать
в табл. 26.3.
Таблица 26.3
Регулировочная характеристика генератора постоянного тока
при параллельном возбуждении
'"
'"
и
п
11
р
.No пп.
Приме-
11а11ие
А
А
в
об/мин
рц/с
IJr
13. По данным табл. 26.3 построить регулировочную харак­
теристику генератора.
14. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое генератор постоянного тока? Как он устроен?
2. Какие схемы возбуждения генераторов постоянного тока Вы знаете?
3. Каким образом можно регулировать напряжение на выходе генера­
тора постоянного тока?
4. Что такое характеристика холостого хода генератора? При каких усло­
виях она снимается?
5. Что такое внешняя характеристика генератора? При каких условиях
она снимается?
6. Что такое регулировочная характеристика генератора? При каких усло­
виях она снимается?
7. Как изменится напряжение на выходе генератора при увеличении его
нагрузки?
ОТЧЕТНЫИ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры первичного двигателя, исследуемого генера­
тора и измерительных приборов, использованных в работе.
2. Схема включения приборов для снятия характеристик генератора по­
стоянного тока с параллельным возбуждением.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
4. Характеристика холостого хода генератора постоянного тока, постро­
енная по данным табл. 26.1 .
5. Внешняя характеристика генератора постоянного тока, построенная по
данным табл. 26.2 .
159

6. Регулировочная характеристика, построенная по дан11ым табл. 26.3 .
7. Выводы из пfоделанной работы.
Литература: [6 , с. 78-86; [З], с. 245-246.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 27
Изучение двигателя постоянного тока.
Снятие механической и рабочей характеристик
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник постоянного тока напряжением
110 В
2. Электродвигатель постоянного тока парал­
лельного возбуждения на 110 В, 0,6 кВт
3. Генератор постоянного тока параллель-
ного возбуждения на 110 В, 0,6 кВт
4. Реостат нагрузочный на 10 А, 50 Ом
5. Реостат пусковой на 15 А, 8 Ом .
6. Реостат возбуждения на 2 А, 60 Ом .
7. Амперметр щитовой магнитоэлектр11ческий
постоянного тока на 10 А
8. Амперметр щитовой магнитоэлектрический по­
стоянного тока на 2 А
9. Вольтметр щитовой магнитоэлектрпческий по­
стоянного тока на 150 В
10. Разъединитель двухполюсный на 250 В,
60 А.
.
...
11. Тахометр типа ИО-1 О на 2000 об/мин .
12. Провода соединительные многожильные се­
чением 2,5 мм2, длиной 2 м
Цель работы
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
шт.
16 шт.
Практическое ознакомление с приемами запуска и регули­
рования скорости двигателей постоянного тока. Снятие и анализ
рабочих характеристик двигателя параллельного возбуждения.
Задание
1. Изучить последовательность запуска и остановки двига­
теля постоянного тока параллельного возбуждения.
2. Снять рабочие характеристики исследуемого двигателя.
3. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Все электрические машины, в том числе и машины постоян­
ного тока, обладают свойством обратимости, т. е. они могут
работать в качестве источника (генераторный режим) и в ка-
160

честве потребителя (двигательный режим). Режим электриче­
ской машины определяется знаком момента, приложенного из­
вне к валу машины: если внешний момент крутящий, машина
работает генератором, создавая на валу тормозной момент; если
внешний момент тормозной, машина работает двигателем, соз­
давая крутящий момент за счет энергии, поступающей из сети.
Рис. 27.1. Схема
двигателя посто-
яIшого тока С 11а­
раллст,иI,I~I
воз-
бужде1шем.
---.
---.
---.
Рис. 27.2. Схема установка для исследования дви­
гателя постоян11ого тока с параллельным возбуж­
дением.
Свойства двигателя постоянного тока в значительной сте­
пени зависят от способа питания обмоткн возбуждения. Раз­
личают двигатели независимого, параллельного, последователь­
ного и смешанного возбуждений.
Двигатели постоянного тока общего назначения и небольшой
мощности обычно выполняются с параллельным (шунтовым)
возбуждением (рпс. 27.1).
У двигателей с параллельным возбуждением обмотка воз­
буждения nнтается от той же сети постоянного тока, что и якорь,
поэтому все изменения напряжения в сети влияют на ток воз­
буждения. В цепь обмотки возбуждения двигателя включается
регулировочный реостат возбуждения Rв (рис. 27.2), служащий
для изменения скорости вращения двигателя.
В якорной цепи двигателя имеется якорный (пусковой) ре­
остат Rп, который используется для двух целей: для ограничения
11 Заказ Хе 17
161

тока якоря при пуске и регулирования скорости вращения дви­
гателя.
Необходимость ограничивать пусковой ток вытекает из сле­
дующего: при прямом включении двигателя постоянного тока
в сеть пусковой ток его во много раз превышает номинальный.
Это может вызвать нежелательные последствия и, в частности,
обгорание коллектора. Сила тока в обмотке якоря двигателя
параллельного возбуждения определяется по закону Ома:
I= U-E
_
U-KeФn
Rя+Rn -
Rя+Rn '
где И - напряжение сети, В; Е - противоэлектродвижущая
сила, развиваемая якорем при его вращении, В; Rя - электри­
ческое сопротивление обмотки якоря, Ом; Rп - электрическое
сопротивление пускового реостата, Ом; Ф - магнитный поток,
созданный обмоткой возбуждения, Вб; п - скорость вращения
якоря, об/мин; Ке =
2
pN - постоянная машины постоянного
ла
тока; N - число активных проводников обмотки якоря; а
-
число пар параллельных ветвей обмотки якоря.
В начальный период пуска, когда скорость п мала, числи­
тель уравнения велик и ток достигает недопустимо большого
значения. Кроме этого, возникающий ток при прямом включе­
нии двигателя вызывает колебание напряжения в сети, что от­
ражается на нормальной работе остальных токоприемников.
Учитывая вышеизложенные причины, можно сделать вывод,
что прямое включение двигателей на полное напряжение недо­
пустимо.
Пусковой реостат подбирают с таким расчетом, чтобы на­
чальный пусковой ток (при п = О) не был равен номинальному
току машины, а примерно в 2-2,5 раза превышал его. Увели­
ченный пусковой ток позволяет двигателю быстро развивать
номинальную скорость вращения.
Значение сопротивления пускового реостата Rп рассчитыва­
ется по закону Ома:
где И - напряжение сети, Iп - пусковой ток.
По мере разгона двигателя в процессе пуска ток якоря
уменьшается, поэтому пусковой реостат при пуске постепенно
выводят. После окончания пуска скорость вращения двигателя
минимальная. Для увеличения скорости вращения надо умень­
шить ток возбуждения / в•
Вращающий момент двигателя постоянного тока пропорцио­
нален потоку возбуждения якоря:
Мвр=КеФ/,
162

поэтому для обеспечения интенсивности запуска двигателя на
время пуска магнитный поток Ф машины увеличивают.
По окончании запуска двигателя устанавливается некоторая
скорость вращения n=const.
Работа двигателя с неизменной скоростью называется уста­
новившимся режимом; установившийся режим возможен только
при условии равенства вращающего момента двигателя и тор­
мозного момента, создаваемого нагрузкой двигателя.
В установившемся режиме скорость вращения двигателя оп­
ределяется уравнением скоростной характеристики
n= U-lя(Rn+R.) об/мин.
КеФ
Из уравнения следует, что чем меньше магнитный поток, тем
больше скорость вращения якоря двигателя.
С увеличением нагрузки Р2 на валу двигателя изменяются
потребляемая мощность Р1, скорость вращения п, вращающий
момент Мвр, ток якоря /я и коэффициент полезного действия rJ.
Зависимости, выражающие изменение этих величин с измене­
нием мощности на валу двигателя, называются рабочими ха­
рактеристиками. Необходимо иметь в виду, что к. п. д. 1'), Р1
и Р2 имеют следующие соотношения:
Р2
'fl=----К; Р2 =М 0Рп.
Основной характеристикой электродвигателя является ме­
ханическая: зависимость скорости вращения вала двигателя п
от вращающего момента Мвр- Эта зависимость для двигателей
параллельного возбуждения определяется уравнением
U
М (Rn+Rя)
n= КеФ - вр (КеФ)2
Учитывая, что Мвр = КеФI, уравнение механической характе­
ристики иногда записывается в виде
n= _!!_ _ I(Rn+Rя)
КеФ
КеФ
'
где И - напряжение сети, В; Мвр
-
вращающий момент, Н • м;
Ке - постоянная двигателя.
Для остановки двигателя снимают нагрузку, затем в цепи
параллельной обмотки возбуждения выводят реостат, что при­
водит к увеличению тока возбуждения, возрастанию магнитного
потока и снижению скорости вращения; затем вводят пусковой
реостат 11, наконец, при помощи разъединителя или автомата
отключают двигатель от сети. Чтобы изменить направление вра­
щения двигателя постоянного тока, нужно изменить направле­
ние тока либо только в обмотке якоря, либо только в обмотке
возбуждения. Обычно из-за того, что при размыкании цепи
11"
163

возбуждения возникает большая э. д. с. самоиндукции, вызываю­
щая искрение контактов, изменяют направление тока в об­
мотке якоря.
Основным преимуществом двигателей постоянного тока, бла­
годаря которому они имеют широкое применение несмотря на
большую стоимость и сложность конструкции, является их спо­
собность обеспечивать плавный пуск и плавное регулирование
скорости в широком диапазоне.
У двигателей постоянного тока возможны три способа ре­
гулирования скорости, вытекающие из уравнения скоростной ха­
рактеристики двигателя:
а) изменением сопротивления пускорегулировочного рео­
стата Rп- При этом с увеличением Rп скорость двигателя при
Мвр = coпst уменьшается. Недостатком этого способа является
его неэкономичность ( большие потери мощности в якорном рео­
стате), поэтому он применяется только для двигателя малой
мощности;
б) изменением тока возбуждения /в, т. е. изменением маг­
нитного потока Ф машины. При уменьшении тока возбуждения
скорость двигателя возрастает. Этот способ экономичен и удо­
бен, поэтому применяется чаще других;
в) изменением напряжения питающей сети. Это наиболее со­
вершенный способ, но применяется редко, так как требует для
двигателя отдельного источника регулируемого напряжения ( си­
стема Г-Д), что практически очень дорого.
При выполнении лабораторной работы следует помнить, что
пусковой реостат рассчитан на кратковременное (на период
пуска) протекание тока. Поэтому, если в конце пуска пусковой
реостат не будет выведен полностью, оставшаяся часть невыве­
денного сопротивления может перегореть.
В регулировочном реостате не должно быть холостых кон­
тактов и разрывов цепи возбуждения, так как при разрыве об­
мотки возбуждения в якоре двигателя пойдет большой ток, об­
мотка двигателя перегорит и двигатель выйдет из строя. Кроме
того, с разрывом цепи обмотки возбуждения скорость враще­
ния якоря резко увеличится, и в некоторых случаях двигатель
может «разнести».
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться со схемой установки (рис. 27.2) и конструк­
цией двигателя. Найти в натуре все элементы схемы (двигатель,
нагрузочный генератор, приборы и реостаты).
2. Изучить последовательность запуска и остановки двига­
теля постоянного тока параллельного возбуждения:
а) осмотреть установку, убедиться в ее исправности;
б) полностью ввести пусковой реостат Rп и вывести регули­
ровочный реостат возбуждения Rв;
164

в) нагрузку генератора, соединенного с валом двигателя, от­
ключить;
г) готовую к пуску установку показать руководителю для
ее проверки. С разрешения руководителя подать питание в об­
мотку возбуждения и обмотку якоря двигателя. Проверить по
амперметру наличие тока возбуждения двигателя;
Внимание/
Запрещается включать в работу двигатель при отсутствии
тока возбуждения, так как это может привести к аварии -
разрушению двигатеllЯ центробежными силами («разнос»).
д) постепенно выводить реостат в якорной цепи Rп. При
этом следить по амперметру за током якоря и по звуку за ско­
ростью вращения якоря. К концу запуска пусковой реостат вы­
вести полностью;
е) установить реостатом Rв нужный ток возбуждения.
Внимание/
При регулировании тока возбуждения надо следить за ско­
ростью двигателя. Нелъая, чтобы его скорость превышала
указанную на табличке лабораторного стенда. Скорость дви­
гате11Я контролируется тахометром.
Последовательность остановки двигателя:
а) отключить нагрузку генератора, соединенного с валом
двигателя;
б) отключить рубильник питания двигателя;
в) поставить реостат Rп и Rв в положение «Пуск».
3. Снять рабочие характеристики двигателя. Все характе­
ристики снимаются два раза: один раз при полностью выведен­
ном якорном реостате, второй раз - при введенном наполовину.
Характеристики п = f (/); Р1 = f (/); Мор= f (/); Р2 = f (/) сни­
маются при неизменных И, Rп и Rв- Изменяя нагрузку генера­
тора Rн, записать в табл. 27.1 показания приборов.
Таблица 27.1
Рабочие характеристики двигателя постоянного тока с параллельным
возбуждением
Измеренные величины
Вычисленные величины
М nп.
и
/
/"
п
Ur /и
Р,
Р,
мвр '!Jдв
Приме-
--------- -- -- --- --
---
---
чание
в
А
А оО/мин в
А
Вт
Вт Н•м
%
165

4. Повторить опыт при наполовину введенном реостате. Для
вычисления пользоваться формулами:
а) Р1 = VI - мощность, потребляемая двигателем от сети;
б) Р2 = Р1'У)дв - мощность на валу двигателя;
в) мвр -- 9,55Р2
----
вращающий момент на валу двигателя;
п
К. п. д. двигателя 'У)дв для режима с полностью выведенным
пусковым реостатом взять из графика (рис. 27.3).
При работе двигателя с введенным пусковым реостатом гра­
фик к. п. д. (рис. 27.3) непригоден, поэтому пользоваться фор­
мулами п. б) и в) для определения моментов в этом случае
0,2
o~~-: :-::--'~~ _, _--,,._ ., __ .. ..,_ _ -.. 1. ._ _ J~=I.
0.2
О.4 О,б
0,8
1,0 !,н
Рис. 27.3 . График изменения к. п. д. дви­
гателя в зависимости от нагрузки.
нельзя. Однако из формулы
Мвр = КеФI следует, что
момент на валу двигателя
не зависит от значения со­
противления Rп, а определя­
ется только током возбужде­
ния и током якоря. Поэтому
график Мвр = f (/), постро­
енный для опытов без рео­
стата, аналогичен графику
Мвр = f(/) для опытов с рео­
статом. Зная момент для
каждого значения тока из
графика Мвр = f (/), по­
строенного для опытов без
реостата, можно найти зна­
чения Р2:
5. По данным табл. 27.l построить графики: Р1 = f(/); Р2 =
= f(/}; п = f(/); М= f(/} для обоих опытов попарно в одних
осях координат.
6. Сделать вывод о влиянии якорного реостата на скорость
двигателя и его к. п. д.
7. Снять скоростную характеристику двигателя п = f (/в}­
Для этого полностью вывести якорный реостат двигателя и, из­
меняя реостатом Rв ток возбуждения, следить за изменением
скорости вращения. Показания приборов (для 6-7 положений
реостата Rв} записать в табл. 27.1.
8. Повторить опыты при наполовину введенном пусковом
реостате.
9. Построить график п = f (/ в) для обоих случаев в одной
системе координат.
1О. Снять характеристику / в = f (!я). Для этого полностью
вывести пусковой реостат двигателя Rп и, изменяя нагрузку
166

генератора, изменять ток возбуждения так, чтобы скорость при
всех положениях реостата Rн оставалась неизменной.
11. Показания приборов (при 6-7 положениях реостата Rн)
записать в табл. 27.1.
12. По данным опыта построить график зависимости /в=
= f(/я) при п= const.
13. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое двигатель постоянного тока?
2. Каково назначение реостатов Rп, R. и Rв в схеме на рис. 27.2?
3. Какие способы регулирования скорости двигателя постоянного тока
параллельного возбуждения Вы знаете?
4. Какова последовательность запуска двигателя постоянного тока?
5. Что такое «разнос» двигателя, когда он возникает?
6. Как следует поступить, если во время опыта из-за неисправности
схемы скорость двигателя начинает превышать допустимую?
7. Какими способами можно изменить направление вращения электро­
двигателя постоянного тока?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры двигателя постоянного тока, нагрузочного ге­
нератора, приборов и вспомоrателыюrо оборудования.
2. Схема включения двигателя постоянного тока для снятия характери­
стик.
3. Таблица 27.1 с результатами испытаний двигателя параллельного воз­
буждения.
4. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока параллельного
возбуждения.
5. Выводы из пfоделанной работы.
Литература: [6 , с. 43-48; [З], с. 245-246.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 28
Изучение однофазного трансформатора
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник переменного тока напряжением
220В,50Гц
2. Трансформатор однофазный понижающий на
220/127 В, мощностью 0,3 кВт .
шт.
3. Лабораторный автотрансформатор ЛАТР-1
на220В.
шт.
4. Вольтметр щитовой электромагнитный пере-
менного тока на 250 В
шт.
5. Вольтметр щитовой электромагнитный пере-
менноготокана150В.........
шт.
6. Амперметр щитовой электромагнитный пере-
менноготокана3А......
.
.
шт.
167

7. Амперметр щитовой электромагнитный пере•
менного тока на 5 А
8. Ваттметр однофазный на 220 В, 5 А, 50 Гц
9. Миллиамперметр электромагнитный перемен-
ного тока на 500 мА
10. Панель с пятью ламповыми патронами
.
11. Лампа накаливания на 220 В, 150 Вт .
12. Переключатель однополюсный на 25 А .
13. Разъединитель двухполюсный на 40 А
14. Разъединитель однополюсный на 40 А .
15. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм2, длиной 1,5 м
Цель работы
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
5 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
16 шт.
Практическое ознакомление с устройством и свойствами од­
нофазного трансформатора. Опытное определение параметров
трансформатора.
Задание
1. Провести опыт холостого хода трансформатора.
2. Измерить коэффициент трансформации по напряжению
однофазного трансформатора.
3. Определить потери в стали трансформатора.
4. Построить характеристику холостого хода.
5. Провести опыт короткого замыкания трансформатора.
6. Определить потери в меди трансформатора.
7. Построить характеристику короткого замыкания.
8. Исследовать работу трансформатора под нагрузкой.
9. Построить внешнюю характеристику однофазного транс­
форматора.
10. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Трансформатором называется электромагнитный аппарат,
предназначенный для преобразования переменного тока одного
напряжения в переменный ток другого напряжения той же ча­
стоты.
Конструктивно однофазный трансформатор представляет со­
бой две обмотки (первичную и вторичную), помещенные на об­
щем замкнутом магнитопроводе (рис. 28.1). Начало первичной
обмотки высшего напряжения -А, конец- Х. Начало вторич­
ной обмотки низшего напряжения - а, конец - х.
Принцип действия трансформаторов основан на явлении вза­
имной электромагнитной индукции.
Первичная обмотка подключается к питающей сети перемен­
ного напряжения, при этом по ней протекает переменный ток /1,
168

магнитный поток которого замыкается в основном по магнито­
проводу (сердечнику), при этом, пересекая витки вторичной об­
мотки w2, наводит в них переменную э. д. с. Е2 той же частоты,
что и ток в первичной обмотке:
Е2=4,44ФмаксW2/-
Этот же магнитный поток наводит э. д. с. самоиндукции Е1
в первичной обмотке:
х
11\~3
..._.._Jl) 1
''-----• - -- -- /
....._ ____ ...., ____ _.
Рис. 28.1 . Принципиальная • схема однофазного
трансформатора.
Отношение э. д. с. первичной и вторичной обмоток определя­
ется следующей зависимостью:
Е1
w1
Е2 = w;--•
где Е1 и Е2 - э. д. с. первичной и вторичной обмоток; w1 и w2 -
число витков.
Отношение первичной э. д. с. Е1 ко вторичной э. д. с. Е2 при
разомкнутой цепи вторичной обмотки называется коэффициен­
том трансформации трансформатора:
k=_§ _=~
Е2
w2•
Учитывая незначительную разницу между наводимой э. д. с.
и напряжением на зажимах обмотки, практически коэффициент
трансформации можно выразить через первичное и вторичное
напряжения:
Трансформатор передает потребптелю, питающемуся от вто­
ричной обмотки, всю энергию, получаемую первичной обмоткой
из сети, за исключением энергии, теряемой в самом трансфор­
маторе. При этом
S1=S2, Р1 =Р2,
169

где S1 и S2 - полная мощность первичной и вторичной обмоток
трансформатора; Р1 и Р2- активная мощность.
Отношение активной мощности Р2 на выходе трансформатора
к активной мощности Р1 на его входе называется коэффициен­
том полезного действия трансформатора:
Р2
Р2
"f/=-= ---= -
P1
Р2+ ~Рп '
где 1: Рп - сумма потерь в трансформаторе.
К. п. д. трансформатора выше, чем у электрических машин,
что объясняется отсутствием в них механических потерь, а по­
тери мощности в обмотках и сердечнике трансформатора неве­
лики, поэтому его к. п. д. при номинальной нагрузке прибли­
жается к единице.
Потери в трансформаторе подразделяются на два вида: маг­
нитные и электрические.
Магнитные - это потери в магнитопроводе (в стали) тран­
сформатора. Они складываются из потерь на перемагничивание
сердечника (гистерезис) и потерь на вихревые токи. Для умень­
шения потерь на вихревые тЬки сердечник трансформатора на­
бирают из изолированных листов трансформаторной стали тол­
щиной 0,35-0,5 мм.
Величина потерь в стали ЛРст пропорциональна квадрату на­
пряжения И1 на зажимах первичной обмотки и зависит от зна­
чен11я магнитной индукции трансформатора, а также от частоты
ее изменения:
дРст=а.ИТ,
где а - коэффициент пропорциональности.
Электрические потери (потери в меди) - это потери на на­
грев обмоток трансформатора протекающими по ним токами.
Величина потерь в меди ЛРм пропорциональна квадрату тока
/ 1 в первичной обмотке и зависит от нагрузки трансформатора,
т. е. от значения первичного и вторичного токов:
2
2/2
2
ЛP,,_=RJ1=~ Rк н,=~ ЛР,... нам,
11
где ~ = --- - коэффициент нагрузки трансформатора; Rн -
f1ном
активное сопротивление первичной обмотки трансформатора;
ЛРм. нам= Rкl2н,- потери в меди при нормальном режиме ра-
боты трансформатора.
Параметры трансформатора (Rн, Хн, Zн, k, ЛРст, ЛРм) могут
быть определены из опытов холостого хода и короткого замы­
кания.
При опыте холостого хода вторичная обмотка трансфор­
матора разомкнута, а на зажимы первичной подается номи­
нальное напряжение. При этом измеряются:
170

а) первичное и вторичное напряжения, U1 и U2;
б} ток холостого хода / о в первичной обмотке;
в) потребляемая трансформатором активная мощность Ро.
Можно считать, что активная мощность Ро, потребляемая
трансформатором при холостом ходе, равна мощности потерь
в стали ЛРст, так как потери в меди ЛРм = Rн/71 из-за малого
значения тока холостого хода очень незначительны. Зависимость
тока холостого хода / 0 от напряжения U1 на первичной обмотке
называется характеристикой холостого хода. Опыт холостого
хода позволяет определить коэффициент трансформации,
а также состояние стали трансформатора.
При опыте короткого замыкания вторичная обмотка транс­
форматора замыкается накоротко, а на зажимы первичной об­
мотки подается пониженное напряжение (примерно 0,05-
0,06 Ином). Это напряжение, называемое напряжением короткого
замыкания Ин, подбирается так, чтобы в опыте короткого за­
мыкания по обмоткам протекали номинальные токи. Значение
U.н в процентах от номинального напряжения первичной обмотки
указывается в заводском паспорте каждого трансформатора.
В опыте короткого замыкания измеряются:
а) напряжение короткого замыкания Ин на первичной об-
мотке;
б) ток короткого замыкания fн в первичной обмотке;
в) активная мощность Рн, потребляемая трансформатором.
Можно считать, что активная мощность Рн, потребляемая
трансформатором при коротком замыкании, равна мощности по­
терь в меди ЛРм, так как в этом опыте потери в стали ЛРст =
= aU~ из-за малого значения приложенного напряжения незна-
чительны.
Зависимость тока короткого замыкания / н1 от значения на­
пряжения U1, подведенного к первичной обмотке при коротко­
замкнутой вторичной, называется характеристикой короткого
замыкания трансформатора. Опыт короткого замыкания позво­
ляет определить состояние обмоток трансформатора, а также их
параметры:
х=112 R2
кVZк-к,
где Rн, Хн и Zн - активное, индуктивное и полное сопротивления
обмоток трансформатора; fн1, Ин и Рн - ток, напряжение и мощ­
ность трансформатора при коротком замыкании.
Если опыт короткого замыкания проводится при ином на­
пряжении, чем стандартное Ин для данного трансформатора, и
при температуре обмоток не 75°С, то вычисленные параметры
приводятся к этим значениям.
При подключении сопротивления нагрузки к зажимам вто­
ричной обмотки трансформатора в ее витках появляется ток
/2, значение которого зависит от нагрузки.
171

С увеличением нагрузки от холостого хода до номинальной
напряжение на зажимах вторичной обмотки понижается. Зави­
симость напряжения U2 от тока нагрузки /2 при неизменном пер­
вичном напряжении U1 и частоте f называется внешней характе­
ристикой трансформатора. На рис. 28.2 представлены внеш-
u2
05
<t(емкJ ние характеристики для раз-
u20 ~Е::::::======[с q,
2
личных по характеру на-
соs rp2~ 1
грузок.
cos 1Р2<1(и11д.J
Наклон внешней характери-
OL--------~-
12,,, 12
стики зависит от коэффициен-
та мощности. При чисто ак­
тивной и активно-индуктивной
нагрузках внешняя характери­
стика имеет нисходящий вид,
а при активно-емкостной на­
Рис. 28.2. Внешние характеристики грузке - восходящий, т. е. при
однофазного трансформатора.
работе с опережающим то-
дается увеличением
форматора.
ком рост нагрузки сопровож­
напряжения на вторичной обмотке транс-
Трансформаторы разделяются по назначению на силовые и
специальные. К специальным относятся измерительные, свароч­
ные, автотрансформаторы и трансформаторы местного освеще­
ния. Силовые трансформаторы используются для передачи элек­
трической энергии от электростанций и подстанций к приемни­
кам электрической энергии.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с конструкцией и техническими данными
трансформатора: номинальным первичным напряжением Ином и
полной номинальной мощностью трансформатора Sном- Записать
х
Рис. 28.3 . Схема для исследования однофазного трансформатора.
основные технические данные оборудования и приборов, необхо­
димых для выполнения работы.
2. Собрать схему (рис. 28.3) для снятия характеристик одно­
фазного трансформатора и показать ее руководителю для про.
верки.
]72

3. Включить приборы для снятия характеристики холостого
хода. Для этого нагрузку трансформатора отключить (рубиль­
ник Вк2 разомкнуть), переключатели П 1 и П2 установить в по­
ложение « 1».
4. Меняя напряжение И1 на входе трансформатора, изме­
рять: напряжение И2 на вторичной обмотке, потребляемую
трансформатором в режиме холостого хода активную мощность
Ро, ток холостого хода /о.
5. Результаты измерений записать в табл. 28.1 .
Таблица 28.1
Характеристика холостого хода трансформатора
Sном и,
и,
Ро
/.
w,
w,
k
N, пп.
--------
--------
Примечание
Вт
в
в
Вт
А
1
6. При номинальном напряжении на первичной обмотке оп­
ределить коэффициент трансформации трансформатора
k =..!!.L
U2•
7. По результатам опыта холостого хода построить характе­
ристику холостого хода трансформатора.
8. Включить приборы для снятия характеристики короткого
замыкания. Для этого переключатели П1 и П2 установить в по­
ложение «2».
9. Меняя напряжение И1 на входе трансформатора, изме­
рять ток короткого замыкания / и и активную мощность Ри, по­
требляемую трансформатором в режиме короткого замыкания.
Внимание/
При опыте короткого замыкания на первичную обмотку транс­
форматора можно подавать только пониженное напряжение
Uи=0,05Uв.
10. Результаты измерений записать в табл. 28.2.
11. По результатам опыта построить характеристику корот­
кого замыкания трансформатора.
12. Определить расчетом:
а) активное сопротивление трансформатора в схеме корот­
Ри
кого замыкания Rи = /2 Ом;
и
б) полное сопротивление короткого замыкания zи = ~к Ом;
173

в) индуктивное сопротивление короткого замыкания Хк =
= -yz~- R
2
n Ом.
13. Результаты вычислений записать в табл. 28.2.
No пn.
Таблица 28.2
Характеристика короткого замыкания трансформатора
и,
/к
/Jк
Nк
ZK
.rl{
Приме-
ча11и12
в
.\
!Jт
Ом
Ом
Ом
1
1
1
1
14. Включить приборы для снятия внешней характеристики
трансформатора. Для этого переключатель П2 установить в по­
ложение «/», переключатель П 1 - в положение
~<2>>, рубильник
Вк2 замкнуть.
15. Установить входное напряжение И1 равным номинальному
и, меняя нагрузку, измерять ток в первичной обмотке /1, напря­
жение на вторичной обмотке И2, ток во вторичной обмотке /2
и потребляемую трансформатором мощность Р. Результаты из­
мерений записать в табл. 28.3 .
N1 пп.
Таблица 28.3
Внешняя характеристика однофазного трансформатора
и,
и,
/1
J,
р
---
Приме 1 1а1-1ие
в
в
А
А
Вт
1
16. По результатам опыта построить внешнюю характерис­
тику однофазного трансформатора.
17. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каково устройство и принцип действия однофазного силового транс­
форматора?
2. Что такое коэффициент транформацин по напряжению н как его опре-
делнть?
З. Что такое потери в стали и потери в меди и как они определяются?
4. Какая последовательность выполнения опыта холостого хода?
5. Какая последовательность выполнения опыта короткого замыкания?
Какое при этом подается напряжение на первичную обмотку?
174

6. Что ,·акое номинальный ток, номинальное напряжение, номинальная
мощность трансформатора?
7. Что такое коэффициент полезного действия трансформатора и от чего
он зависит?
8. Как опытным путем определить число витков обмоток трансформа­
тора?
ОТЧЕТНЫЙ МА ТЕ РИАЛ
1. Технические параметры исследуемого трансформатора, оборудования
и приборов, используемых в работе.
2. Схема включения однофазного трансформатора и измерительных при­
боров для снятия характеристик.
3. Таблицы с результатами испытаний однофазного трансформатора.
4. Характеристики исследуемого трансформатора, построенные в мас­
штабе.
5. Выводы из проделанной работы.
Литература: [6J, с. 105-130; [7], с. 168-191, 203-223; [3], с. 267-284.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 29
Изучение асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник трехфазного переменного тока напря­
жением 220 В с коммутационной аппаратурой
2. Трехфазный асинхронный двигатель с коротко­
замкнутым ротором типа АО-2-12-6 мощностью
0,6 кВт, 220/127 В .
3. Вольтметр щитовой электромагнитный пере­
менного тока на 250 В .
4. Ваттметр однофазный 220 В, 5 А .
5. Амперметр щитовой электромагнитный пере-
менного тока на 5 А.
6. Автотрансформатор трехфазный
.
7. Тормозное устройство до 25 Н. м (до 3 кг. м)
8. Тахометр до 1500 об/мин .
9. Провода соединительные многожильные се­
чением 2,5 мм 2, длиной 1,5 м.
Цель работы
шт.
1 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
20 шт.
Ознакомление с конструкцией асинхронного двигателя с ко­
роткозамкнутым ротором и его исследование. Снятие рабочих
и механических характеристик электродвигателя.
Задание
1. Собрать электрическую схему для исследования асинхрон­
ного двигателя с короткозамкнутым ротором.
2. Исследовать двигатель в режиме холостого хода.
175

3. Провести опыт короткого замыкания и определить экви­
валентное сопротивление двигателя.
4. Исследовать работу двигателя при изменении нагрузки на
валу.
5. При номинальном напряжении на обмотках статора снять
рабочие характеристики двигателя: li=f (Р2); P,=f(P2);
Мвр=f (Р2); S=f (Р2); ri=f (Р2); n2=f (Р2); n2=f (Мвр).
6. Построить графики рабочих и механической характери­
стик двигателя.
7. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Асинхронным двигателем называется электрический двига­
тель переменного тока, у которого скорость вращения ротора
всегда меньше скорости вращения магнитного поля, образован­
ного переменным током, протекающим по обмотке статора.
Асинхронные двигатели в настоящее время являются самыми
распространенными электрическими машинами, как наиболее
дешевые, простые в изготовлении и надежные в эксплуатации.
Они широко используются в схемах автоматики и телемеханики,
в радиолокационных установках и устройствах звукозаписи,
в бытовых приборах и т. п. На гидрометеорологических стан­
циях наибольшее распространение получили трехфазные асин­
хронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкну­
тым ротором основан на взаимодействии тока ротора с вращаю­
щимся магнитным полем статора, подключенного к трехфазной
сети. Ток в роторе возникает благодаря э. д. с., наводимой
в проводниках его обмотки вращающимся полем статора. Так
как обмотка ротора замкнута накоротко, то по ней протекает
ток, который, взаимодействуя с вращающимся магнитным по­
лем статора, создает электромагнитный момент, приводящий
ротор во вра'щение. Таким образом, происходит преобразование
электрической энергии, поступающей из сети в обмотку ста­
тора, в механическую энергию вращения ротора.
Скорость вращения ротора всегда меньше скорости враще­
ния поля статора. Отличие скоростей, т. е. асинхронность вра­
щения, является обязательным условием для наведения э. д. с.
в обмотке ротора и создания тока в ней. В противном спучае
при равенстве скоростей ротора и вращающегося магнитного
поля поле пе будет пересекать проводники обмотки ротора, стало
быть, э. д. с. в обмотке ротора наводиться не будет, ток в ро­
торе будет равен нулю и вращающий момент на валу ротора
тоже будет равен нулю.
Таким образом, асинхронность скоростей вращения ротора
и магнитного поля является принципиальным условием работы
двигателя.
176

Скорость, с которой поле пересекает проводники обмотки
ротора, называется скоростью скольжения п8 , она равна
ns=n1 -n2.
Отношение скорости скольжения к скорости вращен11я маг­
нитного поля называется скольжением:
S= n1-п2.
n1
Из этого выражения следует, что скольжение асинхронного дви­
гателя может изменяться в диапазоне от нуля (режим идеаль­
ного холостого хода) до единицы (пуск двигателя). На практике
скольжение чаще всего измеряют в процентах, тогда в формулу
вводят множитель 100:
У асинхронных двигателей общего применения при номи­
нальной нагрузке скольжение равно 1-8% (меньшее значение
относится к более мощным двигателям).
В техническую характеристику асинхронных двигателей вхо­
дят следующие параметры: Рном - номинальная мощность на
валу, кВт; nном - номинальная скорость вращения ротора,
об/мин (обычно она на 3-5% ниже синхронной скорости, т. е.
скорости вращения поля); Ист - номинальное напряжение ста­
тора, В (обычно в паспорте в виде дроби дается номинальное
линейное напряжение статора при соединении в звезду и тре­
угольник, например 380/220 В); 1Jном - номинальный коэффи­
циент полезного действия, %; /1 - номинальный линейный ток
статора, А; cos ер - номинальный коэффициент мощности.
Эти данные обычно приводятся на паспортной табличке дви­
гателя. Более подробные данные (кратность начального пуско­
вого тока, кратность начального пускового момента и др.) при­
водятся в каталогах на электродвигатели.
Кроме номинальных данных электродвигателей, важно знать
их рабочие и механические характеристики, которые могут
быть построены, если известны отдельные составляющие мощ­
ности из общего уравнения энергетического баланса:
Р1 =Р2+Ртр+Рстl +Рст2+Рм1+Рм2,
где Р1 - мощность, поступающая в двигатель из сети; Р2- по­
лезная механическая мощность на валу двигателя; Ртр - мощ­
ность потерь на трение в подшипниках и вентиляционные по­
тери трения о воздух; Рст1 и Рст2 - мощность потерь в стали
статора и ротора; Рм1 и Рм2- мощность потерь в меди статора
и ротора.
Из этого уравнения видно, что вся подводимая к двигателю
мощность подразделяется на полезную и мощность потерь.
12 Заказ N, 17
171

Мощность потерь может быть определена из опытов при работе
двигателя в режимах холостого хода и короткого замыкания.
Сущность режима холостого хода заключается в том, что двига­
тель пускается в ход при номинальном напряжении и номиналь­
ной частоте без нагрузки. В этом режиме мощность Ро, потреб­
ляемая из сети, идет на потери в стали Рст1 и Р ст2, на механиче­
ские потери трения Ртр и на нагревание обмоток статора при
протекании по ним тока холостого хода:
Потери холостого хода считаются постоянными, т. е. не за­
висящими от нагрузки двигателя.
Режим короткого замыкания исследуется при заторможен­
ном роторе и пониженном напряжении на статоре. Фазное на­
пряжение выбирается таким, чтобы в обмотках двигателя ус­
тановились токи, равные номинальным.
Полезная мощность и мощность потерь на трение при затор­
моженном роторе равны нулю, мощность потерь в стали нич­
тожна ввиду малого значения приложенного напряжения. По­
этому можно считать, что вся подводимая к двигателю мощность
при этом режиме работы расходуется на потери в меди Рм1 и
Рм2:
Рк=312rк Вт,
где / - ток в одной фазе статора при работе двигателя в ре­
жиме короткого замыкания, А; rи - сопротивление короткого за­
мыкания, приведенное к одной фазе двигателя, Ом.
Эквивалентное сопротивление двигателя определяется из
формулы
Рк
Гэкв= 3/2 •
Потери в двигателе при его номинальной нагрузке представ­
ляют собой сумму потерь при холостом ходе (Ро) и коротком
замыкании (Рн):
Если измерить с помощью ваттметров мощность Р 1 , потреб­
ляемую двигателем из сети, то можно вычислить, чему равна
полезная мощность на валу двигателя Р2:
Р2=Р1-Рпот=Р1-Ро -Рк.
Полезную мощность на валу двигателя Р2 можно определит~,
также по формуле

Здесь Мвр - вращающий момент, измеренный на валу двигателя,
Н • м; Q2-уrловая скорость вращения ротора, рад/с:
,.. .,
21tn2
15
~2=~=0, О n2,
где n2 - скорость вращения вала двигателя, измеренная при по­
мощи тахометра, об/мин.
При пользовании ленточным тормозом момент нагрузки на
валу может быть определен как произведение уравновешиваю­
щего груза (в ньютонах) на длину рычага тормозного устрой­
ства:
M=FlН•м.
При пользовании электромагнитным тормозом момент на
валу отсчитывается неиосредственно. В обоих случаях значение
момента должно примерно совпадать с вычисленным по формуле
р
М=9,55-.
n2
Если мощность выражена в ваттах, то размерность момента
будет в ньютон-метрах:
р
M=Q°" Н •м.
Очевидно, что вращающий момент больше момента на валу
двигателя на величину момента холостого хода, обусловленного
трением:
где
При определении скольжения S для всех нагрузок нужно
знать скорость вращающегося поля
60/
n1=-P-,
где f- частота сети, Гц; р - число пар иолюсов.
Скольжение S в режиме холостого хода будет очень мало и
определение его с помощью тахометра дает большую погреш­
ность. Для более точного определения скольжения рекоменду­
ется пользоваться стробоскопич-еским методом измерения.
Коэффициент мощности cos qJ при любой нагрузке определя·
ется из уравнения
12*
COS!fJ= ЗU ! ,
1ф 1ф
179

где U1 Ф и /1 Ф - напряжение и ток фазы статора, Р1
-
потреб­
ляемая двигателем мощность.
К:оэффициент полезного действия fJ двигателя для каждой
нагрузки определяется как отношение полезной мощности Р2
к подводимой Р1 и вычисляется по формуле
=Р2=MQ
'У/Р1 Р1'
Результаты, полученные из опытов и расчетов, позволяют
построить рабочие характеристики двигателя, которые выра­
жают зависимости скорости n2, тока статора /1, подводимой
n,ц,~, М, СО$(f),1j
Тj
Р2 Вт
Рис. 29.1. Рабочие характеристики
трехфазного асинхронного двига­
теля с короткозамкнутым рото-
ром.
s
D
5~р
п об/мин
74
\
-
-
1
2
з~
Мв~ ма•;
,,,,,,,,
,,,.,
/
/
/
/
/
/
о
//
15
M/if, Н·и
м
м
1
о
Рис. 29.2 . Механическая характе­
ристика короткозамкнутого асин­
хронного двигателя.
4
мощности Р1, момента на валу двигателя М, коэффициента мощ­
ности cos qi и к. п. д. двигателя fJ от полезной мощности на валу
двигателя Р2.
Примерный вид рабочих характеристик для асинхронного
двигателя средней мощности показан на рис. 29. l. Из графиков
рабочих характеристик двигателя можно сделать следующие вы­
воды: характеристика скорости двигателя является жесткой,
т. е. при изменении нагрузки двигателя в широких пределах
скорость его мало изменяется: ток двигателя зависит от меха­
нической нагрузки на валу, увеличиваясь при ее возрастании;
·коэффициент мощности cos q, двигателя с увеличением нагрузки
растет; коэффициент полезного действия fJ с увеличением на­
грузки возрастает и при некоторой нагрузке достигает макси­
мума, а затем постепенно снижается вследствие увеличения теп­
ловых потерь на нагрев обмоток двигателя.
Одной из основных характеристик электрического двигателя
является его механическая характеристика, представляющая за­
висимость скорости вращения вала двигателя n2 или скольже­
ния S от вращающего момента Мвр-
18О

Для опытного построения механических характеристик до­
статочно измерять скорость вращения вала двигателя n2 и вра­
щающий момент Мвр- Скорость вращения вала может быть из­
мерена при помощи тахометра, а вращающий момент - при по­
мощи электромагнитного или ленточного тормоза.
Примерный вид механической характеристики асинхронного
короткозамкнутого двигателя показан на рис. 29.2. Из механи­
ческой характеристики видно, что в режиме холостого хода ско­
рость вращения вала асинхронного электродвигателя равна ско­
рости вращения магнитного поля. При увеличении нагрузки на
двигатель его С]{Орость вращения уменьшается на величину
скольжения. Чем больше нагрузка, тем больше скольжение и
тем меньше скорость вращения двигателя. Положение точки 5
механической характеристики в работе не определяется, а пунк­
тирная часть кривой вычерчивается ориентировочно. Она соот­
ветствует неустойчивой части характеристики двигателя.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с установкой, записать паспортные данные
электродвигателя, измерительных приборов и определить их
назначение в схеме.
Рис. 29.3. Электричес­
кая схеыа исследования
асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ро-
тором.
2. Собрать схему для проведения опыта холостого хода
(рис. 29.3) и показать ее руководителю для проверки.
3. Проделать опыт холостого хода двигателя при понижен­
ном (20-30% номинального) и номинальном напряжениях.
181

Напряжение устанавливается при помощи трехфазного авто­
трансформатора. Результаты замеров Ро, Io, Ио, n2, cos <р и S
записать в табл. 29. l .
Таблица 29.1
Испытание асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором
в режиме холостого хода
Ио
'"
Ро
,,,
s
(OS ''(
N!! пп. --- -----
Примечание
в
А
Вт
об/мин
О'
ю
об/м1111
1
При пониженном
напряжении
2
1
При номинальном
напряжении
4. Проделать опыт короткого замыкания при пониженном
напряжении (20-30 %Ином). По результатам опыта короткого
замыкания определить эквивалентное активное сопротивление
двигателя Rэнв- Результаты измерений и вычислений записать
в табл. 29.2.
Таблица 29.2
Испытание асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором
в режиме короткого замыкания
U1к
~
Рк
fIк
П,кв =
---
f'Jк
Приме-
No пп.
ча11ие
в
А
Ом
т
5. При пониженном напряжении (20-30 % Инам) включить
двигатель. После достижения установившейся скорости посте­
пенно увеличивать механическую нагрузку до значения, при ко­
тором наступает «опрокидывание», т. е. уменьшение скорости
до остановки двигателя. Записать для момента опрокидывания
по показанию тахометра скорость nкр и критическое скольжение
Sнр, соответствующее максимальному моменту.
Проделать опыт три раза, чтобы точнее зафиксировать гра­
ницу устойчивого режима работы двигателя.
182

Значение скольжения Sнр можно определить по формуле
S_ n1-nкр
кр-
n1
'
где n1 - скорость вращающегося магнитного поля статора,
об/мин.
6. Включить двигатель при номинальном напряжении. После
достижения установившейся скорости повторить опыты п. 5.
При пониженном и номинальном напряжении Sнр должно
быть одним и тем же.
7. Полностью снять нагрузку на валу двигателя и вклю­
чить его на номинальное напряжение.
8. После достижения установившейся скорости, постепенно
нагружая двигатель, довести механическую нагрузку по пока­
занию ваттметров примерно до 150 % номинальной.
Для 7-8 случаев возрастающей нагрузки, включая режим
холостого хода, измерить: скорость ротора n2, ток фазы статора
/1, напряжение на фазе статора U1Ф, подводимую к двигателю
мощность Р1 и скольжение S.
Для всех нагрузок рассчитать вращающий момент на валу
двигателя Мвр, полезную мощность двигателя Р2, коэффициент
мощности cos ер и коэффициент полезного действия двигателя 1'] .
Результаты измерений и расчетов записать в табл. 29.3.
Таблица 29.З
Рабочие характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым
ротором
Измеренные вел~1чины
Вычисленные величины
.No пп.
U1ф
/'
Р,
,,,
s
Мвр Р,
cos f
~
Приме-
-- -------------- --
чавие
в
А
Вт
об·мин % Н-м Вт
%
9. По данным табл. 29.3 построить рабочие II механическую
характеристики двигателя.
При пользовании ленточным тормозом и отсутствии дина­
мометра или уравновешивающих грузов механическая характе­
ристика может быть построена в зависимости от мощности Р1,
потребляемой двигателем (по показанию ваттметров).
1О. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какой электродвигатель называется асинхронным?
2. Из каких частей состоит асинхронный двигатель с коротко.замкнутым
ротором?
•
183

3. Каков принцип работы асинхронного двигателя?
4. Что такое номинальные параметры двигателя?
5. Что такое скольжение асинхронного двигателя? Каким методом оно
может быть измерено?
6. Что такое холостой ход асинхронного двигателя?
7. Как проводится режим короткого замыкания двигателя?
8. Какие составляющие входят в уравнение энергетического баланса
электродвигателя?
9. Как определить мощность на валу электродвигателя, если известны
мощность, подводимая к двигателю из сети, и мощность потерь в электро­
двигателе?
10. Как определить мощность двигателя нз валу, если известен вращаю­
щий момент двигателя на валу Мар II скорость его вращения n?
11. Куда затрачивается мощность, получаемая двигателем из сети в ре­
жимах холостого хода и короткого за'-fыкания?
12. Что такое рабочие и механическая характеристики электродвигателя?
Какой пр_имерный вид их графиков?
13. Какую информацию содержат рабочие характеристики двигателя?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические данные электродвигателя, измерительной аппаратуры и
вспомогательного оборудования.
2. Электрическая схема для исследования асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором.
3. Таблицы с результатами опытов и вычислений.
4. Графики рабочих и механической характеристик исследуемого дви­
гателя.
5. Выводы из пf одел ан ной работы.
Литература: [3 , с. 293-320; [6], с. 136-176, 337-354.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 16 30
Сборка и проверка работы схем релейно-контакторноrо
управления трехфазным асинхронным двигателем
с короткозамкнутым ротором
Приборы, оборудование и принадлежности,
в работе:
используемые
1. Источник трехфазного переменного тока напря­
жением 220 В, 50 Гц с коммутационной аппа­
ратурой
2. Электродвигатель асинхронный короткозамкну­
тый трехфазный типа ДТ- 75М
3. Магнитный пускатель типа П-221М
.
4. Магнитный пускатель типа ПМЕ-211 с катуш­
кой на 220 В.
5. Кнопочная станция с кнопками «Пуск» и
«Стоп»
6. Кнопочная станция с кнопками «Вперед» и
«Назад» .
7. Провода соединительные многожильные типа
ШРПС сечением 2,5 \М2, длиной 1,5-2 м
184
1 шт.
1 шт.
2 шт.
шт.
1 шт.
20 шт.

Цель работы
Практическое озна1юмление с устройством и принципом
действия магнитных пускателей различных типов. Пуск асин­
хронного короткозамкнутого двигателя и изменение направле­
ния его вращения при использовании магнитных пускателей.
Приобретение практических навыков в сборке электрических
схем с элементами автоматического действия.
Задание
1. Пустить в ход асинхронный двигатель с помощью магнит­
ного пускателя типа П-221М.
2. Пустить в ход асинхронный двигатель с помощью магнит­
ного пускателя типа ПМЕ-221.
3. Собрать схему реверса двигателя, используя магнитные
пускатели ПМЕ-221 и кнопочную станцию с кнопками «Вперед»
и «Назад».
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Для пуска в ход асинхронного короткозамкнутого двигателя
на его фазные обмотки статора должно быть подано напряже­
ние. Включение асинхронного двигателя под напряжение на
практике чаще всего осуществляется при помощи магнитного
пускателя, позволяющего с помощью кнопочной станции дистан­
ционно управлять пуском и остановкой двигателя.
Магнитный пускатель является удобным пусковым приспо­
соблением автоматического типа. Принцип действия магнитного
пускателя основан на свойстве электромагнита (соленоида) втя­
гивать подвижный стальной сердечник магнитопровода, к кото­
рому прикреплены перемычки силовых токоведущих контактов
и блок-контантов магнитного пускателя.
Схема включения асинхронного короткозамкнутого двигателя
с помощью магнитного пускателя типа ПМЕ-211 изображена на
рис. 30.1 .
Катушка электромагнита К включается последовательно
с кнопочной станцией «Пуск» и «Стоп», образуя вместе с блок­
контактами БК и контактами тепловых реле 1РТ и 2РТ цепь
управления.
Пуск электродвигателя осуществляется следующим образом:
при нажатии кнопки «Пуск» цепь управления замыкается и по
катушке К электромагнита проходит ток. При этом якорь втя­
гивается и контакты К силовой цепи питания электродвигателя
замыкаются - двигатель начинает вращаться.
Кнопку «Пуск» можно отпустить - это не приведет к размы­
канию цепи управления, так как при втянутом положении якоря
185

вместе с силовыми контактами К замыкается и блок-контакт,
включенный параллельно кнопке «Пуск».
Для останов1':и электродвигателя необходимо нажать кнопку
«Стоп». При этом цепь управления размыкается, катушка элек­
тромагнита обесточивается и сердечник под действием пружины
размыкает контакт силовой цепи электродвигателя - двигатель
останавливается.
В силовую цепь электродвигателя включают два тепловых
реле-/ РТ и 2РТ, нормально закрытые контакты которых вклю­
чены в цепи управления последовательно с катушкой электро­
магнита. Тепловые реле защищают электродвигатель от дли­
тельной перегрузки, а для защиты двигателя от токов короткого
Рис. 30.1. Схема включения асинхронного коротко­
замкнутого двигателя.
замыкания в силовой цепи устанавливают плавкие предохрани­
тели или автомат.
Для изменения направления вращения ротора асинхронного
короткозамкнутого двигателя необходимо изменить направле­
ние вращения вращающегося магнитного поля статора. Это мо­
жет быть достигнуто путем изменения чередования фаз под­
водимого напряжения, т. е. достаточно поменять местами два
произвольно выбранных вывода фазных обмоток электродвига­
теля.
На практике изменение порядка чередования фаз осуществ­
ляется при помощи двух магнитных пускателей и кнопочной
станции с кнопками «Вперед» и «Назад». Кнопки в конструктив­
ном исполнении одинаковы и имеют по две пары зажимов. Верх­
няя пара зажимов нормально закрыта, а нижняя - нормально
открыта. При нажатии кнопки верхняя пара размыкается,
а нижняя замыкается.
Схема реверса электродвигателя соединена таким образом,
что при замыкании силовых контактов одного магнитного пус­
кателя подводимое к двигателю напряжение имеет чередование
186

фаз, например А,ВС, что соответствует направлению вращения
ротора «Вперед», а при замыкании силовых контактов другого
магнитного пускателя подводимое напряжение будет иметь че­
редование фаз ВАС, что соответствует направлению вращения
ротора «Назад».
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с конструкцией магнитного пускателя, с тех­
ническими данными, устройством и принципом действия отдель­
ных частей схемы (кнопочные станции, тепловые реле и т. д.).
АВС
Рис. 30.2 . Схема включения асинхронного короткозамкнутого двигателя с ре­
версивным магнитным пускателем.
Записать основные технические параметры электродвигателя и
оборудования, необходимых для выполнения работы.
2. Собрать схему для пуска асинхронного короткозамкнутого
электродвигателя (рис. 30.1), используя магнитный пускатель
типа П-221М.
3. После проверки схемы руководителем пустить двигатель
в ход.
4. Отключить двигатель, нажав кнопку «Стоп».
5. Отсоединить блок-контакт БК от кнопки «Пуск».
6. Замкнуть, а затем отпустить кнопку «Пуск», убедиться,
что двигатель будет работать только при замкнутой кнопке.
Объяснить назначение блок-контакта БК, шунтирующего кнопку
«Пуск», и разобрать схему.
7. Собрать схему для пуска двигателя (рис. 30.1), исполь­
зуя магнитный пускатель типа ПМЕ-211.
8. После проверки схемы руководителем пустить двига­
тель в ход.
9. Отключить двигатель, нажав кнопку «Стоп».
187

10. При нажатой кнопке «Стоп» нажать кнопку «Пуск».
Объяснить устройство и работу кнопочной станции и разобрать
схему.
11. Собрать схему для пуска асинхронного электродвигателя
и изменения направления его вращения (рис. 30.2). используя
два магнитных пускателя типа ПМЕ-211 и кнопочную станцию
с кнопками «Вперед», «Назад» и «Стоп».
12. После проверки схемы руководителем пустить двигатель
в ход, нажав кнопку «Вперед». Зафиксировать направление вра­
щения ротора электродвигателя.
13. Отключить двигатель, нажав кнопку «Стоп».
14. Пустить двигатель в ход, нажав кнопку «Назад». Убе­
диться в том, что ротор двигателя изменил направление вра­
щения.
15. Остановить двигатель и объяснить работу схемы реверса
двигателя. Разобрать схему.
16. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каково устройство и назначение магнитного пускателя типа ПМЕ-211?
2. Каково устройство кнопок «Пуск:., «Стоп:., «Вперед» и «Назад»?
3. Каково назначение блок-контакта магнитного пускателя?
4. Каково назначение и устройство теплового реле?
5. Как осуществляется реверс двигателя?
6. От чего зависит направление вращения ротора асинхронного электро­
двигателя?
7. Сработает ли тепловое реле, если двигатель нагреется не рабочим
током, а посторонним нагревателем?
8. Где еще можно практически применить магнитный пускатель в каче­
стве элемента автоматики?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические данные асинхронного электродвигателя и магнитных пу­
скателей, использованных в работе.
2. Схемы пуска и реверса электродвигателя с помощью магнитных пу­
скателей.
3. Объяснить (в письменной форме) работу схемы реверса (рис. 30.2)
электродвигателя.
4. Вывод из проделанной работы.
Литература: (3], с. 422-440; (6], с. 145-151 .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 31
Изучение однофазного синхронного генератора
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник постоянного тока напряжением
110 В
188

2. Двигатель постоянного тока с параллельным
возбуждением на l l О В, мощностью 0,6 кВт
3. Однофазный синхронный генератор на 220 В,
мощностью 0,4 кВт
4. Вольтметр щитовой постоянного тока на
150 В
5. Амперметр щитовой постоянного тока на l А
6. Вольтметр щитовой переменного тока на
250 В
7. Амперметр щитовой переменного тока на 5 А
8. Реостат нагрузочный на 10 А, 50 Ом
9. Дроссель с переменной индуктивностью на
5А
10. Реостат возбуждения на 2 А, 60 Ом .
11. Реостат пусковой на 15 А, 8 Ом .
12. Разъединитель двухполюсный на 200 В, 30 А
13. Разъединитель однополюсный на 200 В, 30 А
14. Тахометр типа ИО-10 на 2000 об/мин .
15. Провода соединительные многожильные сече­
нием 2,5 мм2, длиной 2 м .
Цель работы
шт.
шт.
2 шт.
2 шт.
l шт.
2 шт.
1 шт.
l шт.
2 шт.
l шт.
3 шт.
2 шт.
l шт.
22 шт.
Ознакомление с устройством однофазного синхронного ге­
нератора и снятие его основных характеристик.
Задание
1. Ознакомиться с порядком включения первичного двига­
теля и синхронного генератора.
2. Снять характеристику холостого хода, внешнюю и регу­
лировочные характеристики однофазного синхронного генера­
тора.
3. Построить в масштабе характеристики генератора.
4. Составить. отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Синхронные машины представляют собой электрические ма­
шины переменного тока, у которых ротор вращается с той же
скоростью, что и магнитное поле статора, т. е. синхронно.
Синхронные генераторы в зависимости от типа обмотки ста­
тора могут быть однофазными, двухфазными и трехфазными.
Синхронный генератор состоит из двух основных частей: не­
подвижного статора и подвижного ротора. Статор синхронной
машины по устройству не отличается от статора асинхронной
машины. Роторы синхронных машин бывают с явно выражен­
ными и неявно выраженными полюсами.
189

В синхронных машинах применяют два способа возбужде­
ния: электромагнитное и возбуждение постоянными магнитами.
Особо перспективным является второй способ, так как отсутст­
вие контактных колец повышает к. п. д. машины и ее надеж­
ность в работе.
Принцип действия синхронного генератора заключается
в следующем: ротор генератора приводится во вращение первич­
ным двигателем. Магнитное поле ротора, вращаясь, пересекает
обмотку статора и наводит в ней э. д. с. Частота наведенной
э. д. с. пропорциональна скорости вращения ротора:
f рп1
1=60'
где р - число пар полюсов;
n1 - скорость вращения ротора,
об/мин.
Значение наводимой э. д. с. определяется выражением
Е1 =4.44f1 ,ш1 kФ,
где Ф - вращающийся магнитный поток ротора, w1 - число вит­
ков обмотки статора, k - обмоточный коэффициент обмотки
статора, f, - частота наводимой э. д. с.
Если синхронный генератор работает в режиме холостого
хода, то ток в обмотке статора отсутствует и напряжение на за­
жимах генератора равно э. д. с.
Зависимость индуктированной в статоре э. д. с. от тока воз­
буждения (тока в роторе) при постоянной скорости вращения и
разомкнутой внешней цепи генератора называется характерис­
тикой холостого хода:
Ео=/(/ 0) при n=const, fн=О.
Примерный вид характеристики холостого хода показан на
рис. 31.1 .
При работе синхронного генератора под нагрузкой в нем
действуют две намагничивающие силы, которые создают два
магнитных поля: магнитное поле возбуждения и магнитное поле
статора.
Воздействие поля статора на магнитное поле машины назы­
вается реакцией якоря.
Влияние реакции якоря на рабочие свойства синхронного ге­
нератора зависят не только от тока нагрузки, но и от характера
нагрузки, т. е. от угла сдвига между э. д. с. машины и током
статора. При увеличении нагрузки напряжение на зажимах ге­
нератора меняется.
Зависимость напряжения на выходе генератора от тока на­
грузки называется внешней характеристикой. Внешняя харак­
теристика снимается при постоянных значениях тока возбужде­
ния, скорости вращения ротора и коэффициента мощности:
И= f (/8 ) при / 0 =const, n=const, cosr.p=const.
190

Примерный вид внешних характеристик синхронного генера­
тора показан на рис. 31.2 .
Понижение напряжения на выходе синхронного генератора
при активной нагрузке (кривая 1) происходит за счет падения
напряжения на сопротивлении обмотки статора.
Рис. 31.\. Характеристи­
ка холостого хода одно­
фазного синхронного ге-
нератора.
3
lн
Рис. 31.2. Внешние харак­
теристики синхронного ге­
нератора.
При индуктивной нагрузке (кривая 2) увеличение тока на­
грузки вызывает более резкое уменьшение напряжения, это объ­
ясняется главным образом размагничивающим действием ре­
акции якоря.
Рис. 31.3. Регулировоч­
ные характеристики од­
нофазного синхронного
генератора.
1 - при индуктивной на-
грузке, 2 - при активной
нагрузке, З - при емкостной
нагрузке.
lв
При емкостной нагрузке (кривая 3) реакция якоря носит
продольный намагничивающий характер, вследствие этого с уве­
личением нагрузки генератора результирующий магнитный по­
ток в машине увеличивается и, следовательно, увеличивается
напряжение на зажимах генератора.
На практике обычно требуется постоянное напряжение. Для
того чтобы напряжение на выходе генератора было постоянным
при уменьшении тока нагрузки, необходимо изменюгь величину
магнитного потока, т. е. величину тока возбуждения.
191

Зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при посто­
янных значениях скорости вращения, напряжения на зажимах
генератора и коэффициента мощности называется регулировоч­
ной характеристикой:
la= f Uн) при n=const, И =const, cosqi=const.
Примерный вид регулировочных характеристик синхронного
генератора показан на рис. 31.3.
При увеличении тока нагрузки Iп для поддержания напря­
жения постоянным в случае активно-индуктпвной нагрузки не­
обходимо увеличивать ток возбуждения / 0 , а в случае емкост­
ной нагрузки -уменьшать.
При снятии характеристик синхронного генератора необхо­
димо следнть за стабильностью скорости вращения его ротора.
Измерение скорости вращения производят тахометром.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться со схемой установки: найти в натуре все
элементы схемы (генератор, двигатель, нагрузочные и регули­
ровочные реостаты, измерительные приборы и т. д.). Записать
паспортные данные исследуемого генератора, первичного дви­
гателя и измерительных приборов.
2. Для снятия характеристик однофазного синхронного ге-
нератора собрать схему установки~ (рис. 31.4). Представит~,
схему руководителю для проверки.
3. Снять характеристику холостого хода синхронного гене­
ратора:
Ео= f (/0 ) при n=coпst, fн=const, / =const.
Записать показания приборов (получить 7-8 точек харак­
теристики холостого хода генератора). Отсчет следует произ­
водить начиная с максимального значения э. д. с., постепенно
снижая ток возбуждения /в до нуля. Прп этом СJ1едить за ста­
бильностью скорости вращения.
Результаты измерений записать в табл. 31.1.
.No пп.
Таблица 31.1
Характеристика холостого хода синхронного генератора
1
/8
Ео
п
!
1
Примечание
А
в
об/мин
Гп
1
192

4. По данным табл. 31.1 построить в масштабе характерис­
тику холостого хода синхронного генератора Ео = f (/в).
5. Снять внешние характеристики генератора при активной,
активно-индуктивной и индуктивной нагрузках:
И=/(/ 11) при n=coпst, /=const, IR=coпst, COStfJ=COnst.
Для этого необходимо:
а) при холостом ходе генератора и номинальной скорости
вращения установить номннальны1~ напряжения на зажимах ге­
нератора;
"-
\c====== ~ Pf
jР2
____:r~
Рис. 31.4. Схема установки для исследования
однофазного синхронного генератора.
б) увеличивая ток нагрузки до номинального значения при
заданном коэффициенте мощности, необходимо поддерживать
неизменными скорость вращения и ток возбуждения генератора.
Активно-индуктивную нагрузку генератора cos <р = 0,8 сле­
дует установить по соотношению показаний амперметров в цепи
активной и общей нагрузок: cos qJ = la/Iн = 0,8.
6. Результаты измерений записать в табл. 31.2
7. По данным табл. 31.2 построить в масштабе внешние ха­
рактеристики синхронного генератора: И= f (/н).
8. Снять регулировочные характеристики генератора при ак­
тивной, индуктивной и активно-индуктивной нагрузках:
/8 =/(/и) при U=const, n=const, / =const, COS(f)=Const.
13 Заказ No 17
193

Таблица 31.2
Внешние характеристики синхронного генератора
/н
и
/в
п
f
Характеристика
---
нагрузки
Примечание
А
в
А
об/мин
Гц
Активная, cos <р= 1\
Индуктивная,
cos <р=О
Активно-индуктив-
ная, cos <р=О,8
Для этого необходимо:
а) при холостом ходе генератора установить номинальное
напряжение на выходе генератора;
б) увеличивая ток нагрузки до номинального значения при
заданном коэффициенте мощности, необходимо поддерживать
неизменными напряжение на зажимах генератора и скорость
вращения его ротора.
9. Результаты измерений записать в табл. 31.3.
Таблица 31.3
Регулировочные характеристики синхронного генератора
/н
,
и
f
'в
п
Характеристика
---
нагрузки
Примечание
А
А
в
об/мни
Гц
Активная, cos <р= 1\
Индуктивная,
cos <р=О
Активно-индуктив-
ная, cos <р=О,8
10. По данным табл. 31.3 построить регулировочные характе­
ристпки синхронного генератора: lв = f (/н) .
. l l. Составить отчет о выполненной работе.
194

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что та1юе синхронный генератор? Как он устроен?
2. Принцип действия синхронного генератора?
3. От чего зависит частота навРденной э. д. с. синхронного генератора?
4. Как определяется значение наведенной э. д. с.?
5. Что представляет собой характеристю{а холостого хода генератора?
Как она снимается?
6. Каково влияние реакции якоря на работу синхронного генератора?
7. Как снимаются внешние характеристюш синхронного генератора?
8. Что такое регулировочная характеристика генератора, при каких усло­
виях она снимается?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические параметры первичного двигателя, исследуемого синхрон­
ного генератора и измерительных приборов, используемых в работе.
2. Схема В!{Лючения приборов для снятия характеристик синхронного
генератора.
З. Таблицы с результатами измерений.
4. Характеристюш синхронного генератора, построенные в масштабе.
5. Выводы из проделанной работы.
Литература: [6J, с. 243-258.
13*

ГЛАВА 5. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ РАДИОУСТРОйСТВ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 32
Изучение однофазной и двухфазной схем выпрямления
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник однофазного переменного тока
220В,50Гц
2. Выпрямитель переменного тока, собранный по
простой однополупериодной схеме .
3. Выпрямитель переменного тока, собранный по
схеме двухполупериодного выпрямления с ну­
левым выводом .
4. Выпрямитель переменного тока, собранный по
мостовой схеме выпрямления .
5. Выпрямитель переменного тока, собранный по
схеме удвоения напряжения
6. Амперметр постоянного тока на 100 мА .
7. Амперметр переменного тока на 100 мА .
8. Вольтметр переменного тока на 250 В
9. Вольтметр постоянного тока на 150 В
10. Вольтметр ламповый типа ВК-7-3
.
11. Реостат на 10000 Ом, 0,1 А
12. Реостат на 1000 Ом, 0,4 А
13. Вольтметр постоянного тока на 300 В
14. Осциллограф электронный типа С 1-5 .
15. Провода соединительные сечением 1,5 мм2 , дли­
ной 1-2 м
Цель работы
1 шт.
шт.
шт.
1 шт.
1 шт.
l шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
12 шт.
Ознакомление с работой различных схем выпрямления од­
нофазного переменного тока и схем умножения напряжения.
Экспериментальная проверка основных соотношений между то­
ками и напряжениями и ознакомление с формой графиков на­
пряжения и тока в различных звеньях этих схем.
196

Задание
1. Исследовать однофазные схемы одно- и двухrюлупериод­
ного выпрямления.
2. Исследовать однофазную двухтактную мостовую схему
выпрямления и схему выпрямления с удвоением напряжения.
3. Снять внешние характеристики исследуемых схем выпрям­
ления.
4. Зарисовать осциллограммы напряжений на входе и вы­
ходе исследуемых схем выпрямления.
Краткая теория и пояснения к работе
Выпрямители, используемые в радиотехнике, применяются
главным образом для питания анодных цепей радпоаппаратуры.
В качестве вентилей в них используют кенотроны или полупро­
водниковые диоды, а иногда и ионные приборы.
Все выпрямительные схемы подразделяются по следующим
основным признакам:
а) 110 числу фаз первичной обмотю1 трансформатора - на
однофазные и трехфазные;
б) по числу фаз вторичной обмотки трансформатора - на
однофазные, двухфазные, трехфазные II шестифазные;
в) по числу импульсов тока во вторичной обмотке трансфор­
матора за период - на однотактные и двухтактные;
г) по схеме соединения вентилей - на схемы с пос.1едова­
тельным включением вентиля II вторичной обмотки трансфор­
матора, мостовые и каскадные схемы;
д) по форме выпрю1ле11ного напряжения - на одно- и двух­
по.~упериодные.
Для правильного выбора схемы выпрямителя, трансформа­
тора н вентилей необходимо знать параметры, которыми харак­
теризуется работа каждого из элементов выпрям11тельной схемы.
Заданными всегда являются параметры нагрузки: средние
значения выпрямленного напряжения Ио и тока 10 и допустимый
коэфф1щиент пульсации Krr, представляющий собой отношение
амплитуды переменной составляющей основной частоты (основ­
ной гармоники) к среднему значению выпрямленного напря­
жения.
Одноnолуnе\Jиодная схема выпрямления (рис.. 32. l) яв­
ляетсн наиболее простой, она состоит из трансформатора Тр и
вент11.~я В. Так как полупроводниковый диод обладает вентиль­
ными свойствами, т. е. односторонней проводимостью, то ток i
в цепи нагрузки проходит в течение то ..1ько одного полупернода
вторичного напряжения трансформатора, когда анод имеет по­
ложительный потенциал относ11тельно катода.
Схема является однотактной, так как ток через вторичную
обмотку трансформатора протекает только в течение половины
периода.
197

Основным преимуществом однополупериодной однотактной
схемы выпрямления является ее простота. Недостатками схемы
являются:
а) большие размеры п вес трансформатора вследствие не­
полного использования обмоток;
б) большая величина и низкая частота пульсаций тока.
Рис. 32. l. Однополупериодная схема выпрямления переменного тока.
Вследствие перечисленных недостатков однополупериодная
схема при работе на активную нагрузку практического приме­
нения не имеет.
82
Рис. 32.2 . Двухполупериодная схема выпрямления пере­
менного тока.
Двухполупериодная схема с нулевым выводом (рис_ 32.2)
представляет собой сочетание двух однополупериодных выпря­
мителей, работающих на общую нагрузку R. Схема состоит из
трансформатора Тр с выводом средней точки вторичной об­
мотки и двух вентилей, В1 и В2.
В первый иолуиериод, когда потенциал точки а является по­
.rюжительным, а потенциа.1 точки 6 - отрицательным относи­
тельно средней точки О, ток протекает через вентиль В1 и на-
198

грузку R в направлении, показанном сплошными стрелками.
Вентиль В2 в это время находится под обратным напряжением
и тока не пропускает.
В следующий полупериод, когда потенциал точки б стано­
вится положительным, а потенциал точки а - отрицательным,
ток течет через вентиль В2 и нагрузку R в направлении, пока­
занном пунктирными стрелками. Вентиль Bl в это время за­
крыт, так как находится под обратным напряжением.
Таким образом, ток через нагрузку протекает в одном и том
же направлении как при по.rюжительной, так и при отрицатель­
ной полуволне питающего напряжения. В сравнении с однопо­
.ТJупериодной схемой двухполупериодная схема с нулевым вы­
водом имеет следующие преимущества:
а) размеры и вес трансформатора значительно меньше вслед­
ствие лучшего использования обмоток;
б} амплитудное значение тока через вентиль уменьшается
в два раза;
в) размеры н вес сглаживающего фильтра уменьшаются, так
как основная частота пульсации увеличивается вдвое, а коэф­
фициент пульсации уменьшается более чем в два раза.
tt
Рис. 32.3 . Однофазная мостовая схема выпрямления переменного тока.
По величине обратного напряжения, приходящегося на один
вентиль, обе схемы равноценны. Недостатками схемы яв-
ляются:
а) необходимость вывода средней точки вторичной обмотки
трансформатора;
б) наличие в схеме двух вентилей вместо одного.
Однофазная мостовая схема выпрямления. Для выпрямле­
ния по двухполупериодной мостовой схеме (рис. 32.3) нужны
четыре вентиля, Bl, В2, ВЗ, 1В4, и трансформатор Тр. В первый
полупериод, когда потенциал точкн а положительный, а потен­
циал точки 6 отрицательный, ток проходит через вентиль В 1,
нагрузку R и вентиль В2 в направлении, указанном сплошными
стрелками. Вентили ВЗ и В4 в это время закрыты, так как на­
ходятся под обратным напряжением. В следующий полупериод,
199

когда потенциал точки 6 становится положительным, а потен­
циал точки а - отрицательным, ток проходит через вентиль ,В3,
нагрузку R и вентиль В4 в направ.1ени11, указанном пунктир­
ными стрелками. В это время вентили 81 и В2 находятся под
обратным напряжением II ток не пропускают. Таким образом,
ток через нагрузку протекает в одном и том же направлении
в течение обоих полупериодов. Поэтому, как и в схеме с нуле­
вым выводом, в данной схеме имеет место двухполупериодное
выпрямление. В отличие от ранее рассмотренных схем, мосто­
вая схема является двухтактной, так как ток во вторичной об­
мотке протекает в течение всего периода.
Однофазная мостовая схема имеет следующие преимущества
перед двухполупериодной схемой с нулевым выводом:
а) размеры и вес трансформатора меньше вследствие луч­
шего использования обмоток;
6) не требуется специального вывода от средней точки вто­
ричной обмотки;
в) напряжение на зажимах вторичной обмотки меньше
в два раза;
г) вентили могут включаться в сеть переменного тока без
трансформатора, если напряжение этой сети обеспечивает полу­
чение необходимого выпрямленного напряжения;
д) обратное напряжение, приходящееся на один вентиль,
меньше в два раза.
Однофазная мостовая схема выпрямления широко распрост­
ранена для зарядки аккумуляторов и в измерительной технике;
при этом целесообразно нспользовать полупроводниковые вен­
т11т1. В случаях, если требуется получить выпрямитель с ма­
лым коэффициентом пульсации, применяются трехфазные схемы
выпрямления, например «звезда-зигзаг» или мостовая схема
проф. Ларионова.
Схемы умножения напряжения - выпрямительные схемы,
которые одновременно с двухпо,1упер11одным выпрямлением вы­
ходного напряжения умножают его в два раза и более по срав­
нению с амплитудным значением напряжения вторичной об­
моткн трансформатора.
В качестве дополнительных источников э. д. с., предназна­
ченных для увеличения выходного напряжения, в этих схемах
применяются конденсаторы, периодически заряжаемые при по­
мощи вентилей. На рис. 32.4 а приведена схема, позволяющан
получить двухполупериодное вы11рямление при удвоенной ве­
личине выпрямленного напряжения.
Схема состоит из двух однополупериодных выпрямителей,
соединенных между собой последовательно и работающих на
одну общую нагрузку. Первый выпрямитель состоит из вентиля
В1 и конденсатора Cl, второй - из вентиля В2 и конденсатора
С2. Нагрузка R включена параллельно двум последовательно
соединенным конденсаторам С 1 11 С2. Питаются оба выпрями-
200

теля, входящие в схему удвоения, от одной и той же обмотки
трансформатора.
В первый полу период через вентиль В!, анод которого имеет
поJiожительный поте1щнал, заряжается конденсатор С 1 при-
Рис. 32.4. Схе~1а выпрям­
ления с удвосш1ем 11а-
11ряжеш1н.
б) 1---
И::
1\
1 yU1
1\.
\'LBt
\
О)а
Тр ~-- ----w - ---~
--
EI
б
В2
мерно до амплитудного напряжения вторичной обмотки транс­
форматора. Во второй поJ1унер11од по.1ожите.1ы1ыii I10тснщ1ал бу­
дет на аноде вент11J1я В2 и через него точно так же заряжается
конденсатор С2. Так как конденсаторы С 1 н С2 соедннены по­
следовательно, то суммарное напряже1111е на шIх пр11мерно равно
201

.
двойному амплитудному напряжению вторичной обмотки транс­
форматора. Таково же максимальное обратное напряжение на
каждом вентиле:
Ио=Ис1+Ис2 ~ 2U2 макс·
Одновременно с зарядом конденсаторов CI и С2 происходит
их разряд через сопротивление нагрузки R, вследствие чего
напряжение на нпх понижается. Поэтому практически удвоен­
ное напряжение получить невозможно. При емкости конденса­
торов не менее 10 мкФ и токе нагрузки не более 100 мА можно
получить напряжение, которое больше выходного напряжения
4U2макс
Рис. 32.5. Схема вы­
прямителя
перемен­
ного тока с умноже-
нием напряжения.
трансформатора в 1,7-1,9 раза. На рис. 32.4 6 приведены гра­
фики напряжений и токов для реальной схемы удвоения, в ко­
торой учтены прямое сопротивление вентилей и сопротивление
обмоток трансформатора.
Достоинством схемы удвоения является:
а) возможность получения выпрямленного напряжения, вдвое
большего, чем в мостовой схеме, и вчетверо большего, чем
в схеме с нулевым выводом, при одинаковом значении напря­
жения на зажимах вторичной обмотки трансформатора;
б) пульсация выпрямленного тока несколько меньше, так
как конденсаторы С 1 и С2 одновременно выполняют роль сг ла­
живающеrо фильтра.
Недостатком схемы удвоения является большое внутреннее
сопротивление, обусловленное тем, что два входящих в схему
выпрямителя соединены между собой последовательно.
На основе рассмотренной схемы удвоения могут быть соз­
даны схемы многократного умножения напряжения. На рис. 32.5
представлена схема, дающая утроение и учетверение напря­
жения.
В нечетные полупериоды, для которых показана полярность
напряжения на вторичной обмотке трансформатора, конденса­
тор С 1 заряжается через вентиль В1 почти до амплитудного зна-
202

чения напряжения трансформатора И2 маис- В четные полупери­
оды, для которых полярность напряжения трансформатора бу­
дет обратной, конденсатор С2 заряжается через вентиль В2 при­
мерно до удвоенного напряжения 2И2 манс, т. е. до суммарного
напряжения последовательно соединенных вторичной обмотки
трансформатора и заряженного конденсатора С 1, который те­
перь сам является источником. Аналогично конденсатор СЗ
заряжается в нечетные полупериоды через вентиль ВЗ также до
напряжения 2И2 манс, которое является суммарным напряжением
последовательно соединенных вторичной обмотки трансформа­
тора и С2 (при суммировании надо учесть, что напряжения на
Cl и С2 действуют встречно). Аналогично конденсатор С4 бу­
дет заряжаться в четные полупериоды через вентиль В4 также
до напряжения 2И2маис, которое является суммой напряжений
на CJ и СЗ, вторичной обмотке трансформатора и С2. Заряд
конденсаторов до указанных напряжений происходит постепенно
в течение нескольких полупериодов после включения схемы,
в результате с конденсаторов Cl и СЗ можно получить утроен­
ное напряжение, равное ЗИ2 манс- Одновременно с конденсаторов
С2 и С4 можно получить учетверенное напряжение, равное
4U2 маис.
Практически такие схемы дают эффективное умножение на­
пряжения только при нагрузочных токах не более 10-20 мА.
Для получения больших токов необходимо увеличивать емкость
конденсаторов. Достоинством схемы выпрямления с умножением
напряжения является возможность получения высоких напря­
жений без высоковольтного трансформатора. При этом конден­
саторы должны иметь рабочее напряжение лишь 2И2маис- При
таком же обратном напряжении работают все вентили схемы,
независимо от того, во сколько раз увеличивается напряжение.
Недостатком схем умножения является то, что если в каче­
стве вентилей используются кенотроны, то для каждого из них
нужна отдельная обмотка накала, поэтому целесообразнее в по­
добных схемах применять полупроводниковые вентили.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с измерительными приборами и порядком
их включения в схеме. Записать технические данные нсточника
питания, нагрузочного реостата и измерительной аппаратуры.
2. Собрать схему (рис. 32. l) однополупериодноrо выпрям­
J1ения переменного тока и показать ее руководителю для про­
верки.
3. При разомкнутом выключателе Р2 включить схему и за­
писать показания приборов в табл. 32.1.
4. Замкнуть выключатеJiь Р2 11 снять внешнюю характери­
стику выпрямителя Ио= f (/о), изменяя ток выпрямителя от О
до 100 мА через 20 мА. Показания приборов записать
в табл. 32.1.
203

5. Подключая осциллограф (У-пластины) поочередно ко вто­
ричной обмотке трансформатора и параллельно нагрузке, за­
рисовать осциллограммы напряжений.
Таблица 32.1
Внешние характеристики выпрямителей
Измеренные величины
Вычис.'!енные величины
--~-·---- --
U1
и,
и,
и,
!о
!2
k"
1,
и,
Приме-
JI!, пп.
1о
и,
чание
-- -- -- ----
----
--
--
в
в
в
в
А
А
%
6. Собрать схему двухполупериодного выпрямления (рис.
32.2) и показать ее руководителю для проверки.
7. Снять внешнюю характеристику выпрямителя. Показания
приборов записать в табл. 32.1.
8. Подключить осциллограф на выходе выпрямителя и за­
рисовать осциллограмму напряжения.
9. Собрать однофазную мостовую схему выпрямления пе­
ременного тока (рис. 32.3) и показать ее руководителю для
проверки.
10. Включить схему II снять внешнюю характеристику выпря­
мителя Ио= f (/o). Показания приборов записать в табл. 32.1 .
11. Зарисовать осциллограмму напряжения на выходе вы­
прямителя.
12. Собрать схему выпрямителя с удвоением напряжения
(рис. 32.4) и показать ее руководнтелю для проверки.
13. Включить схему при разомкнутом выключателе Р2 и с по­
мощью автотрансформатора установить И2 = 100 В.
14. Замкнуть выключатель нагрузки Р2 и снять внешнюю ха­
рактеристику Ио= f (/о) выпрямителя, изменяя ток нагрузки от
О до 100 мА. Результаты измерений записать в табл. 32.1.
15. Зарисовать осциллограмму напряжения на выходе вы­
прямителя.
16. По показаниям приборов вычислить коэффициент пуль­
сации для всех исследуемых схем выпрямления
17. По результатам табл. 32.1 построить внешние характе­
ристики для всех исследуемых схем выпрямителей.
18. Составить отчет о выполненной работе.
204

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. По каким признакам классифицируются Аыnрямительные схемы?
2. Какие преимущества и недостаТl(И имеет мостовая схема выпрями­
теля по сравнению с обычной двухполупериодной с выводом средней точки?
3. Что называется обратным напряжением вентиля, работающего в вы-
11рямитслыю11 схеме?
4. Что называется коэффицие11том пульсации?
5. Как работает схема выпрямителя с удвоением напряжения?
6. Почему при уменьшении сопротивления нагрузки, т. е. при увеличении
выпрямленного ток11, напряжение 11;1 выходе выпрямнтеля уменьшается?
7. Ка!( изменить нолярность на выходе выпрямителя?
8. Можно ли электромагнитным вольтметром измерить постоянную со­
ставляющую напряжения на выходе выврямителя?
ОТЧЕТНЫИ МАТЕРИАЛ
1. Технические данные измерительной аппаратуры, вентилей и паrрузоч-
ных сопротивлений, используемых при работе.
2. Электрические схемы исс.~едуемых выпрямителей.
3. Таблица 32.1 с результатами измерений и вычис.1ений.
4. Внешние характеристики выпрямителей, построенные по результатам
опытов.
5. Осциллограммы напряжений, зарисованные с экрана осциллографа.
6. Выводы из проделанной работы.
Литература: [10], с. 54-79, 85-89.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА No 33
Изучение работы выпрямителя на различные виды нагрузки
Приборы, оборудование II принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник однофазного переменного тока
220В,50Гц
2. Выпрямитель переменного тока, собранный
по мостовой схеме
3. Реостат нагрузочный 5000 Ом, 0,4 А
4. Дроссель индуктивностью 3-5 Г
5. Конденсатор электролитический 10 мкФ,
450 В
6. Переключатель однополюсный на 5 А .
7. Выключатель однополюсный на 5 А .
8. Вольтметр переменного тока на 250 В
9. Вольтметр постоянного тока на 150 В
10. Вольтметр ламповый типа ВК-7-3
11. Осциллограф электронный типа С 1-5
12. Провода соединительные сечением 1,5 мм 2 ,
длиной 1-2 м
Цель работы
шт.
шт.
шт.
1 шт.
1 шт.
4 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
12 шт.
Практическая проверка свойств выпрямителя, работающего
на активную, индуктивную и емкостную нагрузки.
205

Задание
1. Исследовать мостовую схему выпрямителя при различ­
ных по характеру нагрузках.
2. Снять внешнюю характеристику выпрямителя, собранного
по мостовой схеме.
3. Исследовать однополупериодную схему выпрямителя при
различных нагрузках. Снять внешнюю характеристику выпря­
мителя.
4. Снять осциллограммы напряжений на нагрузке выпря­
мителя.
5. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
В любой выпрямительной схеме цепи переменного и выпрям­
ленного напряжений имеют непосредственную электрическую
связь, н поэтому характер нагрузки оказывает существенное
б
влияние на физические про­
цессы при выпрямлении.
В реальных условиях выпря­
мители сравнительно редко
работают на чисто активную
нагрузку, так как обычно
они снабжаются электри­
ческими фильтрами, содер­
жащими емкости и индук­
тивности. Кроме того, часто
сама нагрузка содержит эле-
Рис. 33.1. Схема выпрямителя, работаю- мент с емкостью, индуктив-
щего на противоэдс.
ностью и внешней э. д. с. Та-
ким образом, выпрямитель
может работать на нагрузку, состоящую из:
а) активного сопротивления и емкости - нагрузка с емкост­
ной реакцией;
б) активного сопротивления и индуктивности - нагрузка
с индуктивной реакцией;
в) активного сопротивления II источника внешней э. д. с.­
нагрузка на встречную э. д. с.
Также возможна работа выпрямителя на смешанную на­
грузку.
Работа выпрямителя на встречную э. д. с. Работой выпря­
мителя на встречную э. д. с. называется такой режим, при ко­
тором параллельно зажимам выпрямителя включен источник
постоянной э. д. с. Примером может служить схема выпрями­
теля, применяемая для зарядки аккумуляторов (рис. 33.1). Если
пренебречь внутренним сопротивлением аккумулятора, то напря­
жение на его зажимах равно э. д. с. заряжаемого аккумуiштора.
206

На рис. 33.2 а показан график напряжения на вторичной об­
мотке трансформатора и2. На рис. 33.2 6 приведены графики:
и; выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя при
отсутствии нагрузки (аккумулятора), Ео - э. д. с. аккумулятора
и
ио - действительная
форма кривой выпрям­
ленного напряжения при
наличии
аю<умулятора.
Из рис. 33.2 6 видно, что
при наличии встречной
э. д. с. пульсации выпрям­
ленного напряжения зна­
чительно уменьшаются.
На рис. 33.2 в изобра­
жен график выпрямлен­
ного тока, а на рис. 33.2 г
и д- графики токов вен­
тилей. Из первого графи­
ка видно, что токи через
вентили
протекают не
в течение одной половины
периода, как в однофаз­
ной мостовой схеме, рабо­
тающей на активную на­
грузку, а в течение мень­
шего промежутка време­
ни. Длительность прохож­
дения тока через вентиль
зависит
от
величины
встречной э. д. с. Она мо­
жет быть охарактеризова­
на так называемым углом
отсечки 0 (рис. 33.2 г, д).
Углом отсечки называ­
ется выраженная в угло­
вом измерении половина
того промежутка време­
ни, в течение которого ток
протекает через вентиль.
На рис. 33.2 е показан
г)
iJ)
жJI
\
1
1\u,1 11
1'(о/
1\/
1\/
1\
1\
UобР
\
\
\
Рис. 33.2 . Графики напряжений и токов
в однофазной мостовой схеме, рабо­
тающей на противоэдс.
график тока во вторичной обмотке трансформатора i2.
На рис. 33.2 ж приведен график напряжения между электро­
дами вентилей ВЗ и В4. Из графика видно, что обратное напря­
жение, приходящееся на один вентиль, равно амплитудному зна­
чению напряжения на зажимах вторичной обмотки трансфор­
матора.
Из схемы
вентилей (ВЗ
(рис. 33.1) видно, что к электродам каждого из
и В4) приложено обратное напряжение: в интер-
207

валах lo -
t1 и i2 - tз равное 1⁄2(Ео+И2), в интервалах tз- /4 и
t,, - t6 равное 1⁄2(Ео - и~) и в интервалах ti - t2 равное U2.
В интервале t4 - t" напряжение на вентилях В3 и В4 равно
нулю.
Аналогичный график со сдвигом по времени на 180° имеет
обратное напряжение между электродами вентилей В 1 и В2.
Рис. 33.3. Однофазная мосто­
вая схема выпрямителя, ра­
ботающего на нагрузку с ем-
костной реакцией.
Рис. 33.4. Графики напряжений
и токов в однофазной мосто­
вой схеме, работающей на на-
грузку с емкостной реакцией.
Таким образом, при работе
i 83 =i8"
однофазной мостовой схемы
выпрямления
на нагрузку
с противоэдс имеются момен­
ты, когда все четыре вентиля
одновременно находятся под
цu_ш..и.и..u.и..u.,:и..,..u.....и..:,.............u .uu ..u -e.u ..L ._ .t
обратным напряжением.
Работа однофазных выпрямителей на встречную э. д. с.
имеет следующие особенности:
а) зарядный ток аккумулятора всегда имеет прерывистый
характер, т. е. имеет место работа с отсечкой;
б) уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения,
причем пульсации тем меньше, чем больше встречная э. д. с.
Работа выпрямителя на нагрузку с емкостной реакцией.
Работой выпрямителя на нагрузку с емкостной реакцией на­
зывается такой режим, когда параллельно нагрузке включена
емкость. Этот режим имеет место при использовании конденса­
торов в качестве первого элемента сглаживающего фильтра.
На рис. 33.3 приведена однофазная мостовая схема выпря­
мителя, работающего на нагрузку с емкостной реакцией.
208

По мере роста напряжения на зажимах вторичной обмотки
трансформатора U2 (рис. 33.4 а) конденсатор заряжается и на­
пряжение на его зажимах повышается (промежуток времени
t 1-t2 ). С момента времени t 1 напряжение И2 становится меньше
напряжения на конденсаторе. В промежутке времени t2 - / 3 кон­
денсатор разряжается через сопротивление нагрузки Rн, под­
держивая в нем ток прежнего направления. При этом напря­
жение на его зажимах по мере разряда постепенно падает.
Степень уменьшения напряжения Ис зависит от соотношения ем­
кости конденсатора С и сопротивления нагрузки R. Чем меньше
R и С, тем быстрее разряжается конденсатор и, наоборот, чем
больше R и С, тем медленнее идет процесс разряда. Разряд
конденсатора продолжается до момента tз, когда увеличиваю­
щееся напряжение И2 становится равным напряжению на кон­
денсаторе. С этого момента конденсатор начинает вновь заря­
жаться. В дальнейшем этот процесс повторяется.
К:онденсатор, включенный параллельно нагрузке, находится
в заряженном состоянии, и поэтому его влияние на выпрями­
тель аналогично влиянию встречной э. д. с. Разница между ре­
жимами работы выпрямителей в том, что напряжение на зажи­
мах конденсатора в процессе его разрядки не может оставаться
постоянным, как это имеет место у аккумулятора.
На рис. 33.4 в приведен график тока в цепи нагрузки, ко­
торый повторяет форму кривой напряжения на зажимах конден­
сатора, так как нагрузка включена параллельно его зажимам.
При работе выпрямителя на нагрузку с емкостной реакцией
имеют место те же особенности, что и при работе на встречную
э. д. с. Наряду с этим следует отметить, что амплитудное зна­
чение тока вентилей и трансформатора при работе на емкост­
ную нагрузку увеличивается, так как к току нагрузки добавля­
ется зарядный ток конденсатора. Поэтому при нагрузке с емко­
стной реакцией обмотки трансформатора работают с неполной
нагрузкой. Это объясняется тем, что при увеличении ампли­
тудного значения тока возрастает и его действующее значение,
что приводит к увеличению расчетной мощности обмоток транс­
форматора.
В выпрямителях, работающих на нагрузку с емкостной реак­
цией, наблюдается значительная зависимость выпрямленного
напряжения от тока нагрузки. Эта зависимость тем больше,
чем меньше емкость конденсатора.
Работа выпрямителя на индуктивную нагрузку. Работой
выпрямителя на нагрузку с индуктивной реакцией называется
такой режим, когда последовательно с нагрузкой включено ин­
дуктивное сопротивление. Этот режим имеет место при исполь­
зовании сглаживающих дросселей в качестве первого элемента
фильтра. На рис. 33.5 изображена однополупериодная схема
выпрямления, работающая на нагрузку с индуктивной реак­
цией.
14 Заказ No 17
209

На рис. 33.6 приведены: Uz - напряжение на зажимах вто­
ричной обмотки трансформатора; eL - э. д. с. на зажимах дрос­
селя; iв - сила тока вентиля, который имеет такую же форму,
как и ток вторичной обмотки трансформатора; u0 - постоянная
составляющая напряжения.
Во время положительного полупериода по мере роста напря­
жения и2 ток в цепи нагрузки возрастает и магнитный поток
дросселя увеличивается. При этом в обмотке дросселя возникает
б
Рис. 33.5. Схема однополу­
периодного
выпрямителя,
работающего на нагрузку
с индуктивной реакцией.
Рис. 33.6. Графики напря­
жений и токов в однополу­
периодной схеме, работаю­
щей на нагрузку с индук-
тивной реакцией.
э. д. с. самоиндукции, которая, согласно закону Ленца, проти­
водействует возрастанию тока, т. е. направлена противоположно
приложенному напряжению. До тех пор пока ток возрастает,
что соответствует накоплению энергии магнитного поля в сер­
дечнике дросселя, э. д. с. самоиндукции имеет отрицательный
знак. Однако, когда ток начинает уменьшаться, э. д. с. самоин­
дукции eL становится положительной, совпадая по направлению
с приложенным напряжением, и поддерживает ток в цепи на­
грузки. За счет энергии магнитного поля, которая запасена
в сердечнике дросселя, ток в цепи нагрузки будет проте­
кать в течение отрицательной части периода. При уменьше­
нии тока до нуля э. д. с. самоиндукции eL становится равной
нулю.
Длительность протекания тока через вентиль В1 зависит от
отношения индуктивного сопротивления к активному и может
изменяться в пределах от половины периода до целого пе­
риода.
210

На рис. 33.6 6 приведен график выпрямленного напряжения,
которое представляет собой алгебраическую сумму напряжения
и 2 и э. д. с. самоиндукции eL. Форма графика выпрямлен­
ного напряжения повторяет форму графика тока нагрузки.
На рис. 33.6 в показан график обратного напряжения, которое
возрастает скачком; наибольшее его значение может достигать
амплитуды напряжения и2 маис-
Сравнивая однополупериодную схему, работающую на на­
грузку с индуктивной реакцией, со схемой, работающей на чисто
активную нагрузку, можно отметить следующие особенности:
а) длительность работы вентиля увеличивается;
6) амплитудное, а следовательно, 11 действующее значения
тока уменьшаются;
в) среднее значение выпрямленного напряжения уменьша­
ется при заданной его величине; это прпводит к увеличению на­
пряжения на вторичной обмотке трансформатора и возрастанию
обратного напряжения на вентиле.
Вышеперечисленные недостатки ограничивают практическое
применение схемы однополупериодноrо выпрямления с индуктив­
ной реакцией.
Порядок выполнения работы и указания
l. Ознакомиться с измерительными приборами и порядком
их включения в схеме. Записать технические данные источника
питания, нагрузочного реостата и измерительной аппаратуры.
Рис. 33.7 . Схема исследования выпрямителя при различных
характерах нагрузк~
2. Собрать схему (рис. 33.7) для исследования выпрямителя
при различных характерах нагрузки.
3. После проверки схемы руководителем включить ее при
разомкнутом выключателе ВкЗ и нейтральном положении пере­
ключателя П 1.
4. Замкнуть выключатели Вкl и Вк2, получив таким обра­
зом однофазную мостовую схему выпрямления, установить с по­
мощью автотрансформатора напряжение на выходе выпрями­
теля 200 В.
5. Замкнуть выключатель Вк3 и, плавно изменяя ток на­
грузки, снять внешнюю характеристику выпрямителя при чисто
14*
211

активной нагрузке. Результаты измерений записать в табл. 33. l .
Таблица 33.1
Внешние характеристики выпрямителя при работе на активную
нагрузку и нагрузку с емкостноА реакцией
Характер нагрузки
чисто активная
с емкостной реакцией
Параметры
.No пп.
fo
1
и,
-н и,
вентилей
А
в
в
6. Подключая осциллограф (У-пластины) параллельно на­
грузке, зарисовать осциллограмму напряжения.
7. Включить емкость С2 и снять внешнюю характеристику
выпрямителя, собранного по мостовой схеме, при работе его
на нагрузку с емкостной реакцией. Результаты измерений запи­
сать в табл. 33.l.
8. Разомкнуть выключатели Вкl и Вк2, получив таким об­
разом схему однополупериодного выпрямления, отключить ем­
кость С2 и при разомкнутом ВкЗ установить напряжение на вы­
ходе выпрямителя 200 В.
9. Снять внешнюю характеристику однополупериодного вы­
прямителя при чисто активной нагрузке. Результаты измерений
записать в табл. 33.2 .
Таблица 33.2
Внешние характеристики однополупериодноrо выпрямителя
при работе на активную нагрузку и нагрузку с индуктивной
реакцией
Характер нагрузки
чисто активная
с нндуктнаной реакцией
,N, пп.
/о
1
и,
I,
1
и,
Примечание
А
в
А
в
1
10. Зарисовать осциллограмму напряжения на активной на­
грузке.
11. Разомкнуть перемычку, шунтирующую дроссель LJ,
и замкнуть выключатель Вк5, установив предварительно напря­
жение на выходе выпрямителя 200 В при выключенном Вк3.
212

12. Замкнуть выключатель ~ВкЗ и, изменяя ток нагрузки с по­
мощью реостата нагрузки Rн, снять внешнюю характеристику
однополупериодного выпрямителя при нагрузке с индуктивной
реакцией. Результаты измерений записать в табл. 33.2.
13. Подключая осциллограф (У-пластины) параллельно на­
грузочному сопротивлению Rп, зарисовать осциллограмму напря­
жения.
14. По результатам табл. 33.1 и 33.2 построить внешние ха­
рактеристики выпрямителей при различных характерах на­
грузки. Для удобства сравнения характеристик строить их ре­
комендуется попарно в одной системе координат.
15. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как влияет включение емкости на выпрямленное напряжение в двух­
полупериодной схеме выпрямления?
2. Что называется углом отсечки? При каких видах нагрузки имеет место
режим отсечки?
3. Как влияет включение индуктивности на выпрямленное напряжение
в однополупериодной схеме выпрямления?
4. Какой режим работы называется работой на встречную э. д. с.?
5. Как влияет характер нагрузки на форму внешней характеристики вы­
прямителя?
6. Как влияет характер нагрузки на форму кривой выпрямленного на­
пряжения?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические данные измерительной аппаратуры, вентилей, конденсатора,
дросселя и нагрузочного реостата.
2. Электрическая схема исследования выпрямителя при различных харак­
терах нагрузки (рис. 33.6).
3. Таблицы 33.1 и 33.2 с результатами измерений.
4. Внешние характеристики выпрямителей, построенные по результатам
опытов.
5. Осциллограммы напряжений, зарисованные с экрана осциллографа.
6. Выводы из проделанной работы.
Литература: [\О], с. 79-85, 89-94.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 34
Изучение работы фильтров
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник однофазного переменного тока на
220 В, 50 Гц с коммутационной аппаратурой
2. Лабораторный
автотрансформатор типа
ЛАТР-2
1 шт.
3. Выпрямитель переменного тока, собранный
на полупроводниках по однофазной мостовой
схеме .
213
1 шт.

4. Вольтметр ламповый ВК-7-3
.
5. Вольтметр щитовой постоянного тока типа
М340 или Ml107 на 250 В .
6. Вольтметр щитовой переменного тока на
250 А
7. Миллиамперметр постоянного тока типа
Ml107 на 150 мА .
8. Электронный осциллограф типа С 1-5
.
9. Нагрузочное сопротивление 5000 Ом, 0,2 А
10. Дроссель индуктивностью 3-5 Г
11. Конденсатор электролитический типа КЭ-2Н
10мкФ,450В.
12. Резистор типа МЛТ-2-510 Ом±5%
13. Выключатель однополюсный на 5 А .
14. Переключатель однополюсный на 5 А
15. Провода соединительные многожильные сече­
нием 1,5 мм2, длиной 1 м .
Цель работы
шт.
2 шт.
шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
6 шт.
2 шт.
9 шт.
2 шт.
20 шт.
Ознакомление с работой различных схем сглаживающих
фильтров типа LC и RC. Практическая проверка качества сгла­
живания при различных комбинациях элементов фильтра.
Задание
1. Исследовать работу сглаживающих фильтров типа LC
и RC.
2. Определить коэффициенты сглаживания фильтров, собран­
ных по схемам, изображенным на рис. 34.1 .
3. Снять осциллограммы напряжений на выходе выпрями­
теля и выходе фильтра.
4. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
При рассмотрении различных схем выпрямления перемен­
ного тока было показано, что на выходе всех выпрямителей по­
лучаются пульсирующие (с той или иной частотой) напряже­
ния, в которых, помимо постоянной составляющей, содержатся
переменные составляющие. Наличие переменных составляющих
в выпрямленном напряжении значительно ухудшает работу ра­
диотехнических установок, питающихся от выпрямителя.
Для ослабления переменной составляющей выпрямленного
напряжения между выпрямителем и нагрузкой включается сгла­
живающий фильтр.
Основным требованием, предъявляемым к сглаживающему
фильтру, является максимально возможное уменьшение пере-
214

менной составляющей при минимальном уменьшении постоян­
ной составляющей выпрямленного напряжения.
Для выполнения этих требований фильтр содержит различ­
ные комбинации реактивных элементов (индуктивностей и ем­
костей), имеющих очень малые активные потери. При малых
мощностях нагрузки, когда активные потери по абсолютной ве­
личине невелики, фильтр может о)
содержать также и резиста-
б)_
ры. Некоторые схемы сглажи- ~ +
~
вающих фильтров показаны на ~
рис. 34.1 .
{
сФ 11•
Р,
Основным параметром, по ~ 0
- -_ ..~ ....1
~ '- -____
.. .,!
которому оценивается сглажи- .____~
вающий фильтр, является его 8)
пульсаций, показывающий, во+ L(f)
коэффициент
сглаживания :JJ
сколько раз фильтр уменьшает
с.
R.
•
(fJ
к
коэффициент пульсации вы-
прямленного напряжения. Оп- -
ределяется коэффициент сгла- а)__ __
жива ни я как отношение коэф- +
YV', -
фициента пульсаций на выходе
выпрямителя (на входе фильт­
ра) kп к коэффициенту пульса-_
с
17:n
~1 1.
В)_ -
+
и,.,
ций на выходе фильтра k' :
1/J--........--➔__,
"
~.. ·:~
Кроме высокого качества~ OI---+ - ---. .. . ___ ,
фильтрации, к фильтру предъ-
являют ряд других треба- Рис. 34.1. Схемы сглаживающих
ваний:
фильтров.
а) фильтр не должен заметно искажать формы тока на­
грузки при изменении ее сопротивления;
б) собственная частота колебаний фильтра, представляю­
щего собой колебательную систему, должна быть меньше самой
низкой частоты переменной составляющей выпрямленного на­
пряжения и тока;
в) переходные процессы в фильтре, возникающие при вклю­
чении и выключении выпрямителя, не должны вызывать чрез­
мерного повышения напряжения или бросков тока;
г) фильтр должен быть экономичен, т. е. иметь небольшую
стоимость, малые размеры и вес.
Простейшими сглаживающими фильтрами являются фильтры,
состоящие либо из одной индуктивности, включенной последо­
вательно с нагрузкой (рис. 34.1 6), либо из одной емкости,
включенной параллельно нагрузке (рис. 34.1 а).
215

Достоинством индуктивного и емкостного фильтров явля­
ются их простота и малые потери мощности. Но простые схемы
не могут обеспечивать получение больших коэффициентов сгла­
живания и поэтому их применяют сравнительно редко. На прак­
тике применяют схемы фильтров, в которых индуктивности и
емкости используются совместно.
Примером такого фильтра служит простая схема индуктивно­
емкостного Г-образного фильтра (рис. 34.l в), который состоит
из дросселя и конденсатора, причем первым (входным) элемен­
том является индуктивность. Однако на практике наибольшее
распространение получил П-образный индуктивно-емкостный
фильтр (рис. 34. l г), входным элементом которого является
емкость.
Принцип действия индуктивно-емкостного П-образного филь­
тра заключается в следующем: переменные составляющие вы­
прямленного тока, имеющие частоты 50, 100 Гц и более высо­
кие, проходят через конденсатор С JФ, обладающий небольшим
сопротивлением для этих частот
1
Хе= 21tfC •
В отлIIчие от емкости, дроссель LФ почти не пропускает пе­
ременные составляющие тока, так как представляет для них
большое сопротивление XL = 2лf L. Прохождению постоянной со­
ставляющей тока дроссель LФ сопротивления почти не оказы­
вает. Та часть переменной составляющей тока, которая все же
проходит через дроссель, на нагрузку не поступает, а замыка­
ется через конденсатор С2Ф; сопротивление последнего гораздо
меньше сопротивления нагрузки Rн, параллельно которой он
включен.
К:онденсаторы фильтра обычно электролитические и имеют
емкость порядка единиц или десятков микрофарад. Обмотка
дросселя состоит из нескольких тысяч витков медного провода
и для получения индуктивности в несколько единиц или де­
сятков генри она накладывается на стальной сердечник.
Чем меньше емкостное сопротивление конденсаторов С 1 и
С2 и чем больше индуктивное сопротивление дросселя LФ, тем
лучше сглаживаются пульсации.
Учитывая, что индуктивное и емкостное сопротивления зави­
сят от частоты, можно сделать еще и такой вывод: сглаживаю­
щий фильтр действует тем лучше, чем выше частота пульсаций.
В этом можно убедиться, исследуя один и тот же фильтр при
одно- и двухполупериодном выпрямлении.
В тех случаях, когда необходимо получить хорошее сг лажи­
вание пульсаций, применяются сложные многозвенные фильтры,
состоящие из нескольких последовательно соединенных звеньев.
Входным элементом таких фильтров может быть либо индук­
тивность (рис. 34.1 д), либо емкость ( рис. 34. l е). Использо-
216

ванне в этих случаях однозвенных Г-образных или П-образных
фильтров привело бы к необходимости применения громоздк11х
дросселей и конденсаторов.
Коэффициент сг лаживан11я многозвенных фильтров равен
произведению коэффициентов сглаживания всех звеньев:
kc=k~k~k:· . . . ki.
В случае, если выпрямленный ток мал и допустима некото­
рая потеря постоянного напряжения, вместо дросселя вкJ1ючают
активное сопротивление RФ (рис. 34.1 ж и з) порядка несколь­
ких десятков килоом. Фильтры с использованием резисторов
и емкости выполняются по тем же схемам, что и индуктивно­
емкостные.
Преимуществами RС-фильтров являются меньшие размеры,
вес и стоимость по сравнению с LС-фильтрамн. Их основной не­
достаток - относительно большие потери
-
не имеют существен­
ного значения при использовании их в выпрямителях малой
мощности. Кроме того, в случаях, когда один выпрямитель пи­
тает несколько на.грузок, напряжения которых различны, RС­
ф:ильтр можно использовать как делитель напряжения. Следует
отметить, что иногда RС-фильтр используется так же, как раз­
вязывающий фильтр, устраняющий ннзкочастотную генерацию
усилителей.
Порядок выполнения работы и указан11я
\. Ознакомиться с измерительнымн приборами и порядком
их включення в схеме. Записать технические данные источника
питания, нагрузочного реостата, измерительной аппаратуры и
элементов фильтра.
Рис. 34.2 . Схема для исследования работы сглаживающих фильтров.
2. Собрать схему (рис. 34.2) для исследования сг:1аживаю­
щих фильтров.
3. После проверки схемы руководителем включить ее при
замкнутых выключателях Вк7 и Вк.8.
4. Включить нагрузку выпрямителя Rн и установить с по­
мощью автотрансформатора выпрямленное напряжение Ио=
=220В.
217

5. Изменяя нагрузочное сопротивление Rн, установить вы­
прямленный ток /о порядка 100 мА.
6. Включить емкость Cl. Установить с помощью автотранс­
форматора величину постоянной составляющей выпрямленного
напряжения на входе фильтра Ио= 200 В (показания вольт­
метра V2).
7. Подключить ламповый вольтметр V4 к точкам 1-2 и
определить напряжение пульсаций Ии.
8. Определить коэффициент пульсаций на входе фильтра
kп = U'lJ:c : Так как шкала лампового вольтметра програ­
дуирована в действующих значениях переменного напряжения,
а в формулу для определения kп входит амплитудное значение
напряжения пульсаций Иманс, то для определения коэффициента
пульсации нужно пользоваться формулой
k_У2Uп
п- Ио
9. Определить по показанию вольтметра V3 величину посто­
янной составляющей выпрямленного напряжения на выходе
фильтра U~ ,'
а с помощью лампового вольтметра, подключен-
ного к точкам 3-4, напряжение пульсаций Uп.
10. Определить коэффициент пульсаций на выходе фильтра
.
V2U~
kп= Ио
11. Определить коэффициент сглаживания фильтра, состая­
щеrо из емкости С1,
12. Подключая поочередно осциллограф (У-пластины) к. точ­
кам 1-2 и 3-4, зарисовать осциллограммы напряжении на
входе и выходе фильтра.
13. Результаты измерений и вычислений записать
в табл. 34.1 .
14. Манипулируя выключателями Вк1-Вк2 и переключа­
телями Пl и П2, произвести аналогичные п. 6-12 измерения
и вычисления для всех указанных в табл. 34. l схем фильтров.
Внимание!
При исследовании схем фильтров типа RC выпрямленный ток
lo не должен превышать 10-20 мА.
15. Составить отчет о выполненной работе.
218

Таблица 34.1
Исследование сглаживающих фильтров
Измеренные ве;шчины
Вычис.,енные величины
и,
lo
и,
ип Ио' И' И"аксV":?ип И~tТ l<п
'
kc
Тип фи.1ьтра
п
kn
Примечание
--- --- --- --- ---
--- ---
--
в
мА
в
в
в
13
в
в
C/=lO мкФ
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 Пр(~~тс~\ii~)льтр
Cl+C2=20мкФ1111111 I__l
_ __ l~I- \Тоже
~L1
_
1__,_ J_I_
111
1
1 1 _ J I П~~~:~йзfiФб)льтр
~ LJCЗ
1
1
1
1l
1
1
1
1
1
1 1 Г-(i~i.зi~.1 ;{•фильтр
С2L/СЗ
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 П-(;Jc~з;rr гf С-фильтр
LJCЗL2C5 111-l
-1
1
1
1
1
1
1 1 д(Vи~~е:4~r~/С-фильтр
C2LJCЗL2C5 1 1
_,
-
_J
-
_\_
1
1
1
1-
~'
_I
I Дв(~:~~е;4~r=)LС-фильтр
RФСЗ
1
1
1
1
\___1
1
1
1
1
1 1 Г-(~~i.зir.1 ~f•фильтр
ClRtCЗ 1 1 1 1 1 1 1 1 1- 1 1 1П-(:~:.э;:.rз~С-фильтр

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каково назначение сглаживающих фильтров?
2. В чем за!(лючается физический процесс сглаживания выпрямленного
наттряження?
3. Что такое I<оэффициент сглаживания пульсаций фильтра?
4. Когда в фильтрах выпрямителей можно вместо дросселя включать ре­
зистор?
5. Каковы основные недостатки RС-фильтров по сравнению с LС-фильт­
рами?
6. Какая деталь выпрямителя может выйти из строя в случае пробоя
первого (входного) конденсатора фильтра?
7. Какие требования предъявляются к сглаживающим фильтрам?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические данные измерительной аппаратуры, выпрямителя и эле-
ментов сглаживающих фильтров.
2. Электрическая схема исследования сглаживающих фильтров (рис. 34.2).
3. Таблица 34.1 с результатами измерений и вычислений.
4. Осциллограммы напряжений, зарисованные с экрана осциллографа.
5. Выводы из проделанной работы.
Литература: [10], с. 101-114.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .Ni 35
Изучение работы преобразователя на транзисторах
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник постоянного тока напряжением 12 В
2. Трансформатор четырехобмоточный, выпол­
ненный на кольцевом сердечнике из окси­
фера (М-2000) диаметром 18 мм; обмотки:
первичная (wк) 2 Х 20 витков и обратной
связи (w~ и w~) по 6 витков, провода ПЭЛ-1
0,2 мм; вторичная (w2) 180 витков, провода
ПЭЛ-1 0,1 мм .
3. Транзистор типа МП39 (П 13) .
4. Резистор типа МЛТ-0,25, 150 Ом
5. Резистор пша МЛТ-0,25, 3900 Ом
6. Конденсатор типа МБМ-160, 0,25 мкФ
7. Переключатель двухполюсный на l А
8. Диод типа Д7Е
9. Конденсатор фильтра типа КЭ-1,5 мкФ,
200 В
10. Дроссель фильтра
11. Реостат нагрузочный 15 кОм
12. Вольтметр постоянного тока типа MI 107 на
15В.
220
1 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
4 шт.
l шт.
1 шт.
l шт.
шт.

13. Миллиамперметр постоянного тока типа
Ml107 на 100 мА
2 шт.
14. Осциллограф типа Cl-5
l шт.
15. Вольтметр ламповый ВК-7-3
1 шт.
16. Вольтметр постоянного тока типа MI 107 на
150 В.
шт.
17. Миллиамперметр постоянного тока типа
MI107 на 30 мА
1 шт.
18. Провода соединительные
15 шт.
Цель работы
Исследование схемы двухтактного магнитно-транзисторного
преобразователя напряжения с самовозбуждением. Определе­
ние выходной мощности и к. п. д. преобразователя.
Задание
1. Исследовать работу магнитно-транзисторного преобразо­
вателя напряжения при различной нагрузке.
2. Снять осциллограммы напряжений на выходе преобразо­
вателя и на нагрузке.
3. Снять зависимости напряжения U2, выходной мощности
Рвых и к. п. д. преобразователя rJ от сопротивления нагрузки.
4. Построить графики зависимостей U2 = f (Rн); Рвых =
= f (Rн); У\= f (Rн).
5. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Для питания радиоэлектронных схем и аппаратуры, при­
меняемой на станциях Гидрометслужбы, часто требуется доста­
точно высокое напряжение постоянного тока (от десятков до
тысяч вольт), в то время как напряжение источника питания,
например аккумуляторных или гальванических батарей, явля­
ется низким (от 1-2 до 25-50 В). Необходимость преобразо­
вания постоянного напряжения обычно возникает при эксплуа­
тации переносной аппаратуры. К преобразователям этого рода
предъявляются следующие требования: высокий к. п. д., малые
габариты, большой срок службы, простота и надежность в экс­
плуатации. Этим требованиям в значительной мере отвечают
статические преобразователи напряжения. Простейшим статиче­
ским преобразователем напряжения является магнитно-транзи­
сторный автогенератор, схема которого приведена на рис. 35.1.
Преобразователь состоит из двух транзисторов, Т1 и Т2,
и трансформатора Тр. Для магнитопровода трансформатора
применяют материал с прямоугольной формой гистерезисной
петли перемагничивания (рис. 35.2 6). Транзисторы Т 1 и Т2
221

поочередно подключают входное напряжение низковольтного ис­
точника питания Ивх к первичным обмоткам w; и w;, вызывая
Н+
Tt <+!-
(+)-
Рис. 35.1 . Схема магнитно-транзисторного преобразователя.
в' а)
в
+В
I,
б) 4'1'
r2
з
г
8-
н
!к.макс
о
I, .•
б
А
д
-Bs
jf
о
~
Uэ.к
Uб
65
2Uб
Uкн
Рис. 35.2 . Дннам11ческне хараl{тернстшш элементов преобразо-
вателя.
изменение магнитной индукции в магнитопроводе трансформа­
тора от одного предельного значения (-Bs) до другого ( + Bs).
К базам транзисторов Т 1 и Т2 подключена цепь положительной
обратной связи от обмоток трансформатора w~ и w;. Нагрузка
222

Rн подключается ко вторичной обмотке трансформатора W2 че­
рез выпрямитель В с фильтром LФСФ.
Процесс формирования выходного периодического прямо­
угольной формы напряжения на вторичной обмотке трансфор­
матора w2 определяется насыщенным и ненасыщенным состоя­
ниями элементов схемы - транзисторов и сердечника трансфор­
матора. Этот процесс можно разбить на два этапа: а) медленный,
когда формируется вершина прямоугольного напряжения;
в это время один из транзисторов находится в полностью откры­
том состоянии, а второй - в полностью закрытом; б) быстрый,
когда формируются фронты напряжения; при этом происходит
переключение транзисторов: ранее открытый - закрывается,
а ранее закрытый - открывается.
Работа схемы преобразования происходит следующим об­
разом. Перед включением входного напряжения Ивх сердечник
трансформатора находится в одном из крайних состояний на­
сыщения, допустим отрицательного,- точка 1 (рис. 35.2 6).
При включении напряжения питания в силу неидентичности ха­
рактеристик транзисторов Т 1 и Т2 ток коллектора одного из них
(допустим Т1) будет больше другого (Т2). В этом случае по
первичной обмотке трансформатора w;( протекает результирую-
щий ток /' (на рис. 35.1 показан сплошной линией), который
1(
индуктирует во всех остальных обмотках э. д. с.; мгновенная по­
лярность последних показана на этом же рисунке. Из рисунка
видно, что на базу транзистора Т1 подается напряжение отри­
цательной полярности, а на базу Т2 - напряжение положитель­
ной полярности. В результате этого транзистор Т 1 начинает еще
больше открываться. Его рабочая точка по динамической харак­
теристике (рис. 35.2 а) перемещается из положения А в поло­
жение Б. Коллекторный ток при этом возрастает, а напряжение
эмиттер-коллектор падает, транзистор Т1 полностью открывается
и в точке В входит в режим насыщения. Транзистор Т2 при этом
полностью закрывается. С этого момента начинается этап фор­
мирования вершины импульса выходного напряжения И2. Со­
стояние магнитного материала сердечника трансформатора при
этом изменяется по кривой намагничивания (рис. 35.2 6) от
точки 1 к точке 2. За время перехода по кривой намагничива­
ния из точки 2 в точку 3 сердечник трансформатора насыща­
ется.
При достижении сердечником насыщения магнитная прони­
цаемость его резко уменьшается, что способствует увеличению
тока намагничивания трансформатора и, как следствие этого,
некоторому увеличению тока коллектора транзистора (см. точку
В' на рис. 35.2 а). Однако при насыщенном состоянии сердеч­
ника трансформатора процесс изменения магнитного потока пре­
кращается, стало быть э. д. с., наведенная во всех обмотках,
падает до нуля, что в свою очередь способствует уменьшению
223

тока коллектора транзистора Т 1. Транзистор Т 1 выходит из ре­
жима насыщения. При этом происходит небольшое уменьшение
магнитного потока трансформатора, что вызывает во всех его
обмотках наведение э. д. с. обратной полярности (знаки, ука­
занные в скобках на рис. 35.1). Теперь на базу Т 1 подается по­
ложительный потенциал и транзистор Т1 полностью закрывается,
а на базу Т2 подается отрицательный потенциал и транзистор
Т2 открывается. Цикл перемагничивания сердечника происхо­
дит по гистерезисной кривой (точки 3-2-4 -5 -6).
Фронты прямоугольных импульсов напряжения U2 формиру­
ются в период перехода из точки 4 в точку 5 по кривой перемаг­
ничивания сердечника и из точки 1 в точку 2. Величина мощ­
ности переменного тока, которую можно получить от инвертора,
определяется величиной напряжения питания и типом транзис­
торов, коммутирующих постоянный ток. Входная и выходная
мощности преобразователя определяются по формулам
Pвx=f1U1; Рвых=f2И2,
а к. п. д. его по формуле
Р2
'YJ=- • lOO°lo.
Р1
Для получения постоянного напряжения в статических пре­
обр·азователях применяют выпрямители, собранные по схемам,
не вызывающим постоянного подмагничивания сердечника транс­
форматора. Такими схемами являются: мостовая двухполупери­
одная схема с выводом нулевой точки обмотки трансформатора
и симметричные схемы умножения напряжения.
В качестве электрических вентилей в низковольтных выпря­
мителях статических преобразователей наиболее часто исполь­
зуются кремниевые или германиевые диоды, в высоковольтных­
селеновые выпрямительные столбы.
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения
применяют П-образные фильтры, начинающиеся с емкости, так
как емкостный фильтр обеспечивает лучшпе режимы работы
переключающих транзисторов и минимальное искажение фронта
выходного напряжения.
Порядок выполнения работы и указания
1. Ознакомиться с измерительными приборами и порядком
их включения. Запнсать технические данные источника питания,
нагрузочного реостата, измерительной аппаратуры и элементов
транзисторного преобразователя.
2. Собрать схему исследования двухтактного транзисторного
преобразователя напряжения с самовозбуждением (рис. 35.1).
Представить схему руководителю для проверки.
224

3. При нормальном значении нагрузки Rн= 10 кОм включить
схему. Признаком нормальной работы преобразователя явля­
ется появление напряжения на вторичной обмотке трансформа­
тора W2 (порядка 120 В}.
4. Подключая поочередно осциллограф (У-пластины} к точ­
кам 1-2, 3-4, 5-6, зарисовать осциллограммы напряжений.
5. Снять зависимость напряжения U2, выходной мощности
и к. п. д. преобразователя '1'] от сопротивления нагрузки Rн- Для
этого, уменьшая сопротивление реостата Rн до О, записать пока­
зания приборов (7-8 точек). Для каждого случая вычислить
значение нагрузочного сопротивления
R=Ивых
к/вых•
Значения входной и выходной мощности преобразователя и его
к. п. д.. следующие:
Результаты измерений и вычислений записать в табл. 35.1.
Таблица 35.1
Исследование преобразователя напряжения на транзисторах
Измерено
Вычислено
.Nii пп.
иих /их
и,
ивых 1 вых
R"
рвх рвых ,,
Приме-
------ --- ---------- -- ---
чание
в
А
в
в
А
Ом
Вт
Вт
%
1
6. По данным табл. 35. l построить графики зависимостей
U2= f(Rн}; Рвых = f(Rн}; '1'] = f(Rн}.
7. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие требования предъявляются к преобразователям напряжения?
2. В чем заключается прннцип действия транзисторного преобразователя
напряжения с самовозбуждением?
3. Какие требования предъявляются к материалу сердечника для транс­
форматора транзисторного преобразователя постоянного напряжения?
4. Чем определяется и как проходит процесс формирования выходного
напряжения преобразователя?
5. Как определить выходиую мощность и к. п. д. преобразователя?
6. Как выглядят графики зависимости выходной мощности и к. п. д.
преобразователя от сопротивления нагрузки?
15 Заказ No 17
225

7. Какие схемы выпрямления применяют в статических преобразова­
телях?
8. Какие требования предъявляют к транзисторам, входящим в схему
двухтактного преобразователя?
9. Какое влияние оказывает тип фильтра на процесс переключения
транзисторов преобразователя?
10. Какие основные преимущества преобразователей напряжения на тран­
зисторах по сравнению с вибропреобр$ователямн н умформерами?
ОТЧЕТНЬ!й МАТЕРИАЛ
1. Технические данные исследуемого преобразователя, выпрямителя,
фильтра, нагрузочного сопротивления, источника питания и измерительной
аппаратуры.
2. Электрическая схема исследования транзисторного преобразователя
(рис. 35.1).
3. Таблица 35.1 с результатами измерений и вычислений.
4. Графики зависимостей V2=/(Rв); Рвых=/(Rв): Т)=f(Rв), построен-
ные в одной системе координат.
5. Осциллограммы напряжений, зарисованные с экрана осциллографа.
6. Выводы иэ проделанной работы.
Литература: [10], с. 185-193.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .No 36
Изучение электронного стабилизатора напряжения
Приборы, оборудование и принадлежности, используемые
в работе:
1. Источник переменного 1ока напряжением
220 В
2. Выпрямитель полупроводниковый, собранный
по мостовой схеме
3. Электронная лампа типа 6П3С
4. Электронная лампа типа 6И2П
5. Стабилитрон типа СГlП
.
6. Реостат типа РПР-11, 5 кОм, 0,2 А
7. Резистор типа СП-11-2, 100 кОм
8. Резистор типа МЛТ-1, 100 кОм
9. Резистор типа ВС-5, 5, 1 кОм .
10. Конденсатор типа КЭ-2Н-300, 10 мкФ .
.
11. Транзистор силовой трехобмоточный, собран­
ный на сердечнике VIII 30Х40, первичная
обмотка имеет 700 витков, провода ПЭЛ 0,33,
вторичная - 2000 витков, ПЭЛ 0,2, обмотка
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
накала 39 витков, ПЭЛ 0,59
шт.
12. Вольтметр постоянного тока типа MI 107 на
600 В
шт.
13. Вольтметр постоянного тока типа Ml 107 на
300 В
шт.
226

14. Миллиамперметр постоянного тока типа
Ml107 на 150 мА
шт.
15. Провода соединительные многожильные сече-
нием 1,5 мм2, длиной 1,5 м
22 •11т.
Цель работы
Изучение принципа работы и определение коэффициента ста­
билизации электронного стабилизатора и его выходного сопро­
тивления по постоянному и переменному току.
Задание
1. Исследовать работу электронного стабилизатора напря­
жения компенсационного типа.
2. Снять зависимость выходного напряжения Иных от вход­
ного Инх при Rн = const.
3. Снять внешнюю характеристику исследуемого стабилиза­
тора Иных=f(Инх)-
4. Вычислить коэффициент стабилизации электронного ста­
билизатора и определить его выходное сопротивление по посто­
янному и переменному току.
5. Построить графики зависимостей Иных = f (Инх); Иных=
= f(/вых)•
6. Составить отчет о выполненной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Электронные стабилизаторы напряжения и тока относятся
к стабилизаторам компенсационного типа. Благодаря высокому
г----------,
м
I ВыnрR1,uтель
1
- =-L3/ ......,._ .._
Рис. 36.1. Схема исследования электронного стабилизатора напря­
жения.
коэффициенту стабилизации они получили широкое распростра­
нение для питания различной радиоэлектронной аппаратуры.
Стабилизаторы компенсационного типа могут быть построены
на электронных лампах или полупроводниковых приборах. Про­
стейшая схема электронного стабилизатора на лампах приве­
дена на рис. 36.1 .
15*
227

Принцип работы изображенного стабилизатора компенсаци­
онного типа заключается в том, что нестабильное постоянное
напряжение Ивх от источника питания (выпрямителя) на нагру­
зоч·юе сопротивление Rн подается через электронную регулирую­
I.I.;ую лампу Л 1, проводимость которой (ее внутреннее сопротив­
ление) регулируется с помощью управляющей электронной
лампы Л2 таким образом, чтобы на нагрузочном сопротивле­
нии Rн, включенном последовательно с лампой Л 1, напряжение
Ивых оставалось неизменным. Например, при увеличении Ивх
внутреннее сопротивление лампы Л 1 тоже увеличивается и на
нем падает почти все приращение ЛИвх таким образом, что Ивых
остается почти постоянным. При уменьшении Ивх картина изме­
нения внутреннего сопротивления лампы Л1 и выходного на­
пряжения Ивых изменяется на обратную.
Автоматическое регулирование внутреннего сопротивления
лампы Л 1 с помощью лампы Л2 возможно благодаря наличию
измерительного элемента в схеме стабилизатора.
Измерительный элемент рассматриваемого стабилизатора
состоит из резистора R2, являющегося делителем выходного на­
пряжения Ивых и резистора RЗ, образующих со стабилитроном
ЛЗ источник эталонного напряжения. Основным назначением
измерительного элемента являются сравнение части выходного
напряжения с эталонным и выделение сигнала отклонения Ивых
от заданного значения. Этот сигнал, представляющий собой раз­
ность напряжений, снимаемых с нижней части резистора R2 11
стабилитрона ЛЗ, подается на сетку усилительной и управляю­
щей лампы Л2, при этом изменяется падение напряжения на
сопротивлении ее анодной нагрузки Ra, поданное минусом на
сетку лампы Л1, следовательно, изменяется и внутреннее сопро­
тивление постоянному току регулирующей лампы.
Рассмотрим более подробно работу схемы стабилизатора
при колебаниях входного напряжения.
Допустим, напряжение на входе стабилизатора Ивх увели­
чилось, при этом возрастет напряжение на выходе стабилиза­
тора Ивых, что приведет к уменьшению отрицательного потенци­
ала на сетке усилительной лампы Л2, анодный ток которой воз­
растет, в результате чего увеличится падение напряжения на
резисторе Ra, а следовательно, и отрицательное смещение на
сетке лампы Л 1. Это вызовет увеличение падения напряжения
на ней настолько, насколько увеличилось входное напряжение
Ивх- В результате на выходе стабилизатора напряжение оста­
нется неизменным.
В качестве регулирующей лампы Л 1 обычно используют
лампы, допускающие большой ток нагрузки (6С 19П, 6Н5С,
6ПЗС, Г807, 6П7С и др). Для уменьшения потерь напряжения
на лампе Л 1 ее внутреннее сопротивление должно быть не­
большим. Поэтому лучевой тетрод или пентод, работающий в ка­
честве регулирующей лампы, целесообразно использовать в три-
228

одном включении. Для этого экранирующую сетку следует со­
единить с анодом.
В качестве усилительной лампы Л2 обычно применяют пен­
тоды или триоды с большим коэффициентом усиления (для по­
вышения чувствительности схемы к колебаниям выходного на­
пряжения), такими лампами являются триоды 6С2С, 6Н9С,
6Н2П и др.
Ионный стабилитрон, используемый в схеме для создания
опорного напряжения, является частным случаем стабилизатора
параметрического типа и представляет собой лампу с холодным
катодом, наполненную смесью инертных газов (аргон-rелпй и
др.) и работающую в режиме тлеющего разряда.
Характерной особенностью такой лампы ЯВJ1яется малая за­
висимость падения напряжения на лампе от проходящего через
нее тока, т. е. стабилитрон в рабочей области представляет со­
бой нелинейное сопротивление. Стабилитрон может быть типа
СГ4С, СГЗС, СГ2С, СГlП и т. п.-в зависимости от величины
опорного напряжения И,ш-
Вместо ионного стабилитрона можно применять кремниевый,
а электронные лампы могут быть заменены транзисторами. Кон­
денсатор Cl, включенный на выходе стабилизатора, предназна­
чен для повышения устойчивости работы схемы, т. е. для предот­
вращения самовозбуждения.
Благодаря применению электронных элементов в схеме ста­
билизатора он практически безынерционен и сглаживает не
только медленные, но и быстрые изменения входного напря­
жения. Наличие электронного усилителя делает стабили­
затор весьма чувствительным к изменениям входного напря­
жения.
Основным параметром стабилизатора напряжения является
коэффициент стабилизации. Он показывает, во сколько раз от­
носительное изменение напряжения на выходе стабилизатора
меньше относительного изменения напряжения на его входе:
k=дИвк .ЛИвык
ст Ивк • Uвык
Коэффициент стабилизации электронного стабилизатора мо­
жно подсчитать по приближенной формуле
где μ1 и μ2 - статические коэффициенты усиления ламп Л 1 и
Л2, R;<2J- внутреннее сопротивление лампы Л2. Коэффициент
стабилизации электронного стабилизатора может быть равным
от нескольких сотен до тысяч и десятков тысяч единиц.
229

Порядок выполнения работы и указания
J, Ознакомиться с измерительными приборами и порядком
их включения в схему исследования. Записать технические дан­
ные источника питания, нагрузочного реостата, измерительной
аппаратуры и элементов электронного стабилизатора.
2. Собрать схему исследования электронного стабилизатора
напряжения компенсационного типа (рис. 36.1). Собранную
схему представить руководителю для проверки.
3. Ввести полностью нагрузочный реостат Rн, а ползунок по­
тенциометра R2 установить примерно на середине.
4. Включить выпрямитель. Заметив по вольтметру V1 напря­
жение стабилизатора (порядка 250 В), при помощи потенцио­
метра R2 установить на нагрузочном сопротивлении напряже­
ние Ивых = 200 В.
5. Уменьшая нагрузочное сопротивление (увеличивая на-
грузку Rн), убедиться в том, что выходное напряжение при этом
меняется незначительно.
6. Снять зависимость Ивых = f (Ивх). Для этого при полно­
стью введенном реостате Rн включить схему и с помощью по­
тенциометра R1 установить входное напряжение Ивх = 300 В.
Затем, уменьшая Ивх от 300 до 100 В, через каждые 20 В за­
писывать показания приборов, учитывая при этом даже незна­
чительные изменения показаний. Результаты измерений занести
в табл. 36.1 .
м пп.
Таблица 36.1
Исследование электронного стабилизатора напряжения
Измеренные
Вычисленные величины
величины
1вых ивх иных А/ вых AUDX АUВЫХ
АUвх
"ст Rвых. пост Rвых. пер
ивх
------ -- ---- ----
мА
в
в
мА
в
в
Ом
Ом
1
1
7. Снять внешнюю характеристику электронного стабилиза­
тора Ивых = f (/вых). Для этого установить входное напряжение
Ивх = 200 В и, меняя ток нагрузки f вых от 20 до 100 мА, через
каждые 10 мА записывать показания приборов в табл. 36.1 .
8. Для всех случаев нагрузки определить коэффициент ста­
билизации стабилизатора kст и его выходное сопротивление по
постоянному (Rвых. пост) и переменному (Rвых. пер) току:
R
Иных
BhlX, ПОСТ = /ВЫХ •
R
ЛИвых
вых. пер= Л/ вых
230

9. По данным табл. 36.1 построить график зависимости
Ивых = f (Ивх) и график внешней характеристики электронного
стабилизатора Иных= f (/вых)-
10. Составить отчет о выполненной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем заключается сущность компенсационного метода стабилизации?
2. Какой принцип работы электронного стабилизатора компенсационного
типа?
3. Каково назначение каждого элемента схемы электронного стабилиза­
тора напряжения (рис. 36.1)?
4. Какие приборы используются в качестве регулирующих элементов
компенсационных стабилизаторов напряжения?
5. Каково назначение стабилитрона, включенного в цепь катода усили­
тельной лампы стабилизатора?
6. Что называется коэффициентом стабилизации электронного стабили­
затора напряжения?
7. Как зависит коэффициент стабилизации электронного стабилизатора
от коэффициента усиления ламп стабилизатора?
8. Зависит ли коэффициент стабилизации электронного стабилизатора
напряжения от сопротивления анодной нагрузки усилительной лампы?
9. Что называется выходным сопротивлением стабилизатора по посто­
янному и переменному току?
10. В каких приборах и установках, используемых в Гидрометслужбе,
применяются электронные стабилизаторы напряжения?
ОТЧЕТНЫЙ МАТЕРИАЛ
1. Технические данные источника питания, иаrрузочиоrо сопротивления,
выпрямителя, измерительной аппаратуры и элементов исследуемого стабили­
затора.
2. Электрическая схема исследования электронного стабилизатора ком-
пенсационного типа.
3. Таблица 36.1 с результатами измерений и вычислений.
4. Графики зависимостей Ивы-,,=f(U.,,); и.,,,,,=f(/вы-,,).
5. Вычисления и расчетные формулы для определения коэффициента ста­
билизации электронного стабилизатора и его выходного сопротивления по по­
стоянному и переменному току.
6. Выводы из проделанной работы.
Литература: [10], с. 219-226 .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА .М 37
Изучение полупроводникового стабилизатора напряжения
Приборы,
в работе:
оборудование и принадлежности, используемые
1. Источник регулируемого постоянного напря­
жения 20 В типа УИП-1 .
2. Источник постоянного напряжения на 8 В
или кремниевый стабилитрон типа Д808
3. Транзистор типа П4Б
231
шт.
1 шт.
1 шт.

4. Транзистор тнпа МП41
.
5. Реостат типа РСП-2, 20 Ом
6. Резистор типа МЛТ-0,25, 6,2 кОм
7. Резистор типа МЛТ-0,25, 510 кОм
8. Резистор типа МЛТ-0,25, 1 кОм .
9. Резистор типа ВС-5, 62 Ом .
10. Вольтметр многопредельный постоянного тока
типа Ml 107 с верхним пределом измерения
30В.
11. Амперметр многопредельный постоянного тока
типа Ml 107 с верхним пределом измерения
IA
12. Провода соединительные
Цель работы
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
1 шт.
2 шт.
1 шт.
24 шт.
Исследование схемы полупроводникового стабилизатора по­
стоянного напряжения компенсационного типа. Определение ос­
новных технических параметров стабилизатора.
Задание
1. Исследовать работу полупроводникового стабилизатора
постоянного тока.
2. Снять зависимость выходного напряжения Vвых от вход­
ного Vвх при постоянном сопротивлении нагрузки Rн.
3. Определить коэффициент стабилизации kст-
4. Составить отчет о проделанной работе.
Краткая теория и пояснения к работе
Для питания различной полупроводниковой аппаратуры в на­
стоящее время широко применяются транзисторные стабилиза­
торы компенсационного тппа, которые принципиально не отлича­
ются от электронных стабилизаторов. Основное различие между
ними заключается в том, что в полупроводниковых стабилизато­
рах вместо электронных ламп используются транзисторы.
Транзисторные стабилизаторы по сравнению с электронными
обладают более высоким к. п. д. благодаря меньшему падению
напряжения на регулирующем элементе и отсутствию накаль­
ных цепей, а также имеют более высокую надежность из-за
большего срока службы полупроводнюювых приборов по срав­
нению с электронными.
Полупроводниковые стабилизаторы напряжения и тока при­
меняются на токи от нескольких сотен миллиампер до десятков
ампер и на напряжения от нескольких вольт до сотен вольт.
Принцип работы элементов транзисторного стабилизатора и
электронного (исследуемого в предыдущей работе) одинаков.
232

Схема исследования полупроводникового стабилизатора ком­
пенсационного типа приведена на рис. 37.1 .
Регулирующий и усилительный элементы стабилизатора вы­
полнены на транзисторах Т 1 и Т2. В измерительном элементе
в качестве источника эталонного (опорного) напряжения ис­
пользуется батарея Иоп = 8 В. Таким источником могут слу­
жить также кремниевые стабилитроны тнпа Д808-Д813. Де­
литель напряжения выполнен на резисторах R2R3. Регулировка
входного напряжения стабилизатора осуществляется с помощью
-,
1,",=0,2 А
I
А
~
П45 i
~Р2
+
<>--
+ 51D кОм
r
>,J
fiд Рн
+
и"
I,2
РЗ
U0,=BB +
1к0м
Рис. 37.1. Схема для исследования 11олупроводн11-
кового стаб11л11затора напряжения.
потенциометра R. Для плавной регулировки входного напряже­
ния значение сопротивления потенциометра определяют по фор­
муле
R--E _
-
5fвых •
В качестве регулирующего элемента Т 1 используют мощные
транзисторы типа П20l, П202, П4, П209, П210. Подбирая тип
регулирующего транзистора Т 1, необходимо иметь в виду сле­
дующие соотношения:
Ик. з. макс ;:;;: И вх, макс - Ивых;
f к. макс;:;;: f вых. макс;
Рк. макс;:;;: (Uвх. макс - И вых) f вых. макс,
где Ин. э. макс - максимальное значение напряжения между эмит­
тером и коллектором; / к. манс - максимальное значение коллек­
торного тока; Рк. манс - максимальная мощность рассеяния кол­
лекторного перехода.
Если требуемые напряжения или токи превышают макси­
мально допустимые значения для транзистора данного типа, то
можно принять последовательное или параллельное включение
регулирующих транзисторов.
233

В качестве усилительного элемента Т2 используют маломощ­
ные транзисторы типа МП39-МП41. Усилительный транзистор
должен иметь возможно большие коэффициент усиления по току
~ и сопротивление коллектора Rн, а также возможно меньший
обратный ток коллектора Iк о-
После выбора типа усилительного транзистора необходимо
проверить величину рассеиваемой на его коллекторе мощности:
Рк. макс=/кИк. э < Рк. доп,
где lн - оптимальное значение коллекторного тока; Ин. э - на­
пряжение между эмиттером и коллектором транзистора.
Для маломощных транзисторов значение lн можно принять
равным 1-1,5 мА, а напряжение Ин. э для транзистора Т со­
ставляет
Uк.9=Uвых- Uоп•
Напряжение опорной батареи Иоп обычно выбирается в зависи­
мости от требуемого напряжения Ивых:
Uоп=(0,7 + 0,8)Uвых•
Резистор Rl в схеме транзисторного стабилизатора выпол­
няет двойную роль. С одной стороны, он является нагрузочным
сопротивлением усилительного транзистора Т2 и с целью по­
вышения усиления сопротивление его выбирается большим.
С другой стороны, резистор пропускает базовый ток регулирую­
щего транзистора Т 1 и поэтому его сопротивление должно быть
небольшим, чтобы не ограничивать ток базы при полном откры­
вании транзистора Т1, т. е. не ограничивать диапазон стаби­
лизации.
С учетом этих противоречивых требований сопротивление ре­
зистора R1 на практике выбирается в пределах от сотен ом до
нескольких килоом.
Ток, протекающий через делитель напряжения R2R3, следует
выбирать в несколько раз больше тока базы усилительного
транзистора Т2, а падение напряжения на резисторе RЗ - при­
мерно равным напряжению опорной батареи Иоп-
Уменьшение сопротивления резистора R2 вызывает увеличе­
ние коэффициента стабилизации. Однако сопротивление резис­
тора должно быть достаточным, чтобы ограничить ток базы уси­
лительного транзистора Т2. На практике выбирают R2~0,5 кОм.
Сопротивление резистора RЗ определяют из соотношения
Rз= Иоп
R
Ивых - Иоп
2"
Нагрузочное сопротивление Rн зависит от номинальных зна­
чений напряжения и тока на выходе стабилизатора:
R_Ивых
"-
lаых •
234

Порядок выполнения работы и указания
l. Ознакомиться с измерительными приборами, источниками
питания и порядком их включения в схему. Записать техниче­
ские данные элементов исследуемого полупроводникового ста­
билизатора.
2. Собрать схему исследования полупроводникового стабили­
затора компенсационного типа (рис. 37.1). Собранную схему
представить руководителю для проверки.
3. Подключить стабилизатор к источнику постоянного напря­
жения Е. (В качестве регулируемого источника постоянного на­
пряжения использовать выпрямитель типа УИП-1.)
4. Увеличивая с помощью потенциометра R входное напря­
жение Ивх, следить за изменениями тока и напряжения на на­
грузке R11 • В правильно собранном стабилизаторе выходное
напряжение Ивых и ток нагрузки lвых должны плавно увеличи­
ваться до своего номинального значения. При дальнейшем уве­
личении входного напряжения величины Ивых и fвых не должны
изменяться.
Если стабилизация отсутствует, следует проверить величину
падения напряжения на регулирующем транзисторе и величину
опорного напряжения, а также более точно подобрать величины
сопротивлений резисторов R 1, R2 и RЗ.
5. Снять характеристику Ивых = f (Ивх) при Rн = const. Для
снятия указанной характеристики стабилизатора следует изме­
нять напряжение на его входе и следить за изменениями напря­
жения на его выходе, учитывая даже незначительные изменения
показаний приборов. Сопротивление нагрузки Rн при этом ос­
тается неизменным.
6. Результаты измерений записать в табл. 37.1 .
Таблица 37.1
Исследование полупроводниковоrо стабилизатора
напряжения
ивых
.Nr пп.
в
в
7. По полученным данным построить график зависимости
Ивых = f (Ивх},
8. Определить коэффициент стабилизации транзисторного
стабилизатора. Для этого изменить входное напряжение на
235

величину ЛИвх = ± 10% от Иnых и произвести отсчет изменения
выходного напряжения ЛИnых:
k=дUвх .дUвых
ст
Ивх • Ивых
9. Составить отчет о выпо:шенной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
\. В чем заключается сущность компенсационного метода стабилизации?
2. Каков принцип работы транзисторного стабилизатора напряжения?
3. Каково назначение каждого элемента схемы транзисторного стабили­
затора напряжения (рис. 37.1).
4. Что называется l{Оэффициентом стабилизации стабилизатора напря-
жения?
5. Зависит ли l{ОЭффициент стабилизации от сопротивления нагрузки?
6. Какие достоинства полупроводниковых стабилизаторов?
7. В l{аких приборах и установках, используемых в Гидрометслужбе,
применяются полупроводниковые стабилизаторы напряжения?
ОТЧЕТНЫЙ МА ТЕ РИАЛ
1. Техничесl{ие данные источника питания, измерительной аппаратуры и
элементов исследуе~юrо стабилизатора.
2. Электрическая схема исследования транзисторного стабилизатора на-
пряжения.
3. Таблица с результатами измерений.
4. Графики зависимости Ипых=f(Uвх) при Rн=Coпst.
5. Расчет коэффициента стабилизации.
6. Выводы из проделанной работы.
Литература: [10], с. 229-235.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Поп о в В. С. Теоретическая электротехника. М., «Энергия», 1971. 608 с.
2. Е в до к и м о в Ф. Е. Теоретические основы электротехники. М., «Высшая
школа», 1971. 544 с.
3.Попов В. С., Николасв С. А. Общая электротехника с основами
электроники. М., «Энергия», 1972. 504 с.
4. П и с а р ев с к н й Э. А. Электрические измерения и приборы. М., «Энер­
гия», 1970. 432 с.
5. Попов В. С. Элеl{трические измерения. М., «Энергия», 1974. 400 с.
6. К а ц м ан М. М., Ю ф ер о в Ф. М. Электрические машины автоматиче-
ских систем. М., «Высшая школа», 1969. 328 с.
7. Пи от ров с кий Л. 1'v\. Электрические машины. М., «Энергия,,, 1972. 4!J8 с
8. Жеребцов И. П. Основы электроники. М., «Энергия», 1967. 416 с.
9. Терентьев Б. П. Электропитание радиоустройств. Свяэьиэдат, 1958.
10. Бел оп о ль с кий И. И. Электропитание радиоустройств. М., «Энергия».
1971. 312 с.
11.Илюкович А. М., Шульман Б. Р. Стабилизаторы и стабилизиро­
ванные источ11ию1 питания переменного тока. М.-Л., «Энергия», 1965.
120 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
П реднсловие
Глава 1. Методические указания к выполнению лабораторных работ
1.1. Техника безопасности при выполнении лабораторных работ
1.2. Описание рабочего места для выполнения лабораторных работ
1.3 . Предварительная подготовка учащихся к лабораторным ра-
ботам . . ......................... .
1.4 . Ознакомление с лабораторной работой на рабочем месте и ее
выполнение .
1.5 . Рекомендации по сборке электрических схем лабораторных
работ .
1.6. Включение схемы под напряжение и проведение эксперимен-
тальных исследований
1.7 . Составление отчета
.
Глава 2. Теоретические основы электротехники .
Лабораторная работа No 1. Ознакомление с поряд1<0м выполнения
лабораторных работ, аппаратурой и измерительными приборами
Лабораторная работа No 2. Источник э. л. с. в режимах источника
и приемника электрической энергии . . . . . . . . .
Лабораторная работа No 3. Измерение потери напряжения в про-
водах . . .................... .
Лабораторная работа No 4. Изучение за~<онов Кирхгофа в приме­
нениикмногоконтурнойцепи............
Лабораторная работа No 5. Последовательное и параллельное сое­
динениявсхемахнзрезисторов...............
Лабораторная работа No 6. Преобразование треугольника резисто­
роввэквивалентнуюзвезду.................
Лабораторная работа No 7. Изучение принципа наложения токов
Лабораторная работа No 8. Опытная проверка тока в диагонали
мостовой схемы по методу эквивалентного генератора . . . .
Лабораторная работа No 9. Снятие вольт-амперных характеристик
нелинейных элементов и проверка опытом расчета нелинейных
цепей . . ......................... .
Лабораторная работа No 10. Построение петли магнитного гисте­
резисаподаннымопыта..................
Лабораторная работа No 11. Встречная э. д. с. в электродвигателе
Лабораторная работа No 12. Последовательное соединение актив­
ного и реактивного элементов (резистора и конденсатора, рези­
стораикатушки)......................
Лабораторная работа No 13. Параллельное соединение активного
и реактивного элементов (резистора и конденсатора, резистора
и катушки) ................. .
Лабораторная работа No 14. Резонанс напряжений
.......
.
238
3
5
7
8
9
10
11
13
20
25
29
33
38
42
45
49
56
61
65
71
77

Лабораторная работа No 15. Резонанс токов
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
83
Лабораторная работа No 16. Измерение параметров индуктивно-
связанныхкатушек.....................
89
Лабораторная работа No 17. Трехфазная цепь при соединении при-
емника звездой. Роль нейтрального провода . . . . . . . . .
95
Лабораторная работа No 18. Трехфазная цепь при соединении при-
емникатреугольником.................... 102
Лабораторная работа No 19. Высшие гармоники в трехфазной цепи
изтреходнофазныхтрансформаторов............ 105
Лабораторная работа No 20. Измерение мощности потерь энергии
в ферромагнитном сердечнике катушки . . . . . . . . . .
113
Лабораторная работа No 21. Изучение переходных процессов за-
рядки и разрядки конденсатора
120
Глава 3. Электрические измерения
.
.
.
127
Лабораторная работа No 22. Измерение сопротивлений омметром
и методом амперметра и вольтметра. Измерение сопротивления
изоляцииспомощьюмегомметра..............
Лабораторная работа No 23. Измерение сопротивлений с помощью
одинарногомоста...................... 133
Лабораторная работа No 24. Измерение токов, напряжений и со-
противлений универсальным измерительным прибором . . . . 138
Лабораторная работа No 25. Измерение мощности в трехфазной
цепи..........
143
Глава 4. Электрические машины
.
.
.
.
.
.
153
Лабораторная работа No 26. Изучение генератора постоянного тока
Лабораторная работа No 27. Изучение двигателя постоянного тока.
Снятие механической и рабочей характеристик . . . . . . . . . . 160
Лабораторная работа No 28. Изучение однофазного трансформатора 167
Лабораторная работа No 29. Изучение асинхронного электродви-
гателяскороткозамкнутымротором............. 175
Лабораторная работа No 30. Сборка и проверка работы схем ре­
лейно-контакторного управления трехфазным асинхронным дви-
гателемскороткозамкнутымротором............ 184
Лабораторная работа No 31. Изучение однофазного синхронного
генератора..............
188
Глава 5. Источники питания радиоустроiiств
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
196
Лабораторная работа No 32. Изучение однофазной и двухфазной
схемвыпрямления......................
Лабораторная работа No 33. Изучение работы выпрямителя на раз-
личныевидынагрузки.................... 205
Лабораторная работа No 34. Изучение работы фильтров
.
.
.
.
.
213
Лабораторная работа No 35. Изучение работы преобразователя на
транзисторах ........................ 220
Лабораторная работа No 36. Изучение электронного стабилизатора
напряжения......................... 226
Лабораторная работа No 37. Изучение полупроводникового стаби-
лизатора напряжения
231
Списоклитературы....................... 237

Василий Григорьевич Секрет
ЛАБОРАТОРНЫЕ
РАБОТЫ
по
ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
Р,щактор Г. И. Слабкович. Художник Э. Д. Кузнецов. Худож. редактор В. А. Баканов
Техн. редактор М. И. БраАнина. Корректор Т. Н. Черненко
ИБNo518
Сдано в набор 24/XII 1976 r. Подписано к печати 25/IV 1977 r. М-20145. Формат бОХ90 1 / 16 •
Бум. тип. No 1. Печ. л. 15 . Уч.-изд. л. 14,5. Тираж 5000 экз. Индекс МЛ-235. Заказ 17.
Цена 84 коn.
Гидрометеоиздат. 199053. Ленинград, 2-я линия, д. 23.
Ленинградская типография No 8 Союзполнrрафпрома при Государственном комитете
Совеrа Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
190000, Ленинград, Прачечный пер., б.