Теоретичні основи електротехніки (стр. 4 из 7)
Так само, як і опори, провідності створюють трикутник провідностей (мал.6.6). На ділянці кола, яка складається з послідовно з’єднаних опорів r i
(індуктивного або ємнісного), існують слідуючі співвідношен ня між опорами та провідностями: 
(6.9)Процеси в колах синусоїдного струму з енергетичної сторони обумовлюються активною Р, реактивною Q, та повною S потужностями.
Активна потужність чисельно дорівнює середній за період швидкості надходження енергії в коло:
. (6.10)З врахуванням (6.6 – 6.8) отримаємо Р=І2r [Вт].
Реактивна потужність Q=UIsinφ [ВАр] . (6.11)
Повна потужність S=UI [ВА].
Звідси S2=P2+Q2.
Баланс потужностей заснований на законі збереження енергії. Суть його в тому, що сума активних потужностей джерел в колі дорівнює сумі активних потужностей приймачів, а сума реактивних потужностей джерел дорівнює сумі реактивних потужностей приймачів кола.
Синусоїдні функції часу можна зобразити векторами , що обертаються зі швидкістю ω проти годинникової стрілки, проекції яких на вертикальну вісь (при врахуванні кута від горизонталі) дорівнюють миттєвим значенням синусоїдних функцій.
Сукупність векторів напруг та струм в колі називають векторною діаграмою.
На мал.6.7 показана векторна діаграма послідовного r, L, С кола (мал.6.1), побудованого для діючих значень напруг і струмів для випадку
L> C . Вектор струму І розташований горизонтально, тобто його початкова фаза прийнята рівною нулю. З напрямком вектору струму співпадає напрямок вектору напруги Ur=Ir. Вектор напруги на індуктивності UL=I 
L випереджує вектор струму на кут 900, а на ємності відстає на кут 900. Сума векторів напруг Ur, UL, Uc дає вектор напруги на вході кола U, який випереджє вектор струму І на кут φ.Для розгалуженого кола (мал.6.8) за відомими в результаті розрахунку струмами i, i1, i2 побудову векторної діаграми краще починати з побудови променевої діаграми струмів (мал.6.9). Потім по напрямку вектора струму І відкладають вектор напруги Uаb=Irс , перпендикулярно до нього (в бік відставання)– вектор напруги Uвс=I
с . До отриманої суми векторів напруг Uаb і Ubс додаємо (намагаючись обійти контур а-b-с-d-е-а), направлений по вектору струму І2 вектор напруги Ucd=I2rL і перпендикулярного йому вектора напруги Udе= I2 L. Сума векторів напруг Uаb , Ubс , Ucd , Ude згідно другому закону Кірхгофа дає вектор вхідної напруги U.Порядок виконання роботи
1. Зібрати коло згідно мал.6.10 з послідовними з’єднаннями приймачів, де А-амперметр на 1-2А, V-вольтметр на 150В, W-ватметр на 150 Вт, ІА, r-активний опір (взяти на стенді r1), rс, C-конденсатор (взяти на стенді C=30мкФ), rL, L- котушка індуктивності (взяти котушку з розімкнутим сталевим осердям).
2. Встановити з допомогою ЛАТРа на вході зібраного кола напругу, вказану викладачем (в межах 70-100В), і виміряти струм, напруги та потужності всього кола і кожного приймача. Результати вимірів перевірити, побудувати векторну діаграму напруг та скласти рівняння балансу потужностей, після чого данні вимірів занести в табл.6.1.
3. Зібрати одну із схем з послідовно-паралельним з’єднанням тих самих приймачів згідно мал.6.11 – 6.13 (за вказівкою викладача).
4. Встановити з допомогою ЛАТРа на вході зібраного кола напругу, вказану викладачем (в межах 70 –100В), і виміряти напруги і струми в кожній вітці. Результати занести до табл 6.2.
Обробка результатів досліду
1. За данними вимірів досліду п.2 обчислити активні реактивніта повні опори і кути зсуву фаз для кожного приймача та всього кола, а також активну , реактивну і повну провідність всього кола. Результати обчислень занести в табл.6.3
2. Для схеми (мал.6.10) перевірити баланс потужностей.
3. Побудувати в масштабі векторну топографічну діаграму напруг для схеми мал.6.10, впевнитися у справедливості другого закону Кірхгофа.
4. Побудувати у масштабі для своєї схеми (мал.6.11 – 6.13) суміщені векторні діаграми напруг і струмів, впевнитися у справедливості першого і другого законів Кірхгофа. При побудові діаграми використати данні досліду табл.6.2 та розрахункові данні табл.6.3.
5. За даними табл.6.3 розрахувати для своєї схеми струми (мал.6.12 – 6.13) при тій самій напрузі, що і вдосліді п.4. Результати обчислень занести до табл.6.2.
6. Зробити висновки по роботі.
Контрольні питання
1. Що таке активний, реактивний і повний опір кола і як їх виміряти?
2. Як в колі з послідовним з’єднанням r,L,С визначити зсув фаз між вхідними напругою і струмом на частоті 50 Гц?
3. Як за відомою амплітудою напруги на вході кола з послідовним з’єднанням елементів r,L,С визначити амплітуду струму на частоті 50 Гц?
4. Три приймача з’єднані послідовно. Відомі діючі значення струму та напруги, а також кути зсуву фаз на кожному приймачеві. Як знайти діюче значення вхідної напруги і кут зсіву між цими напругою і струмом?
5. Як якісно (до розрахунку струмів) побудувати векторну діаграму розгалужених кіл, які досліджуються в роботі?
Література:[ 1, c.64; 2, c.71; 3, c.34; 4, c.171; 5, c.109 ].
Лабораторна робота №7
КОЛА З ВЗАЄМНОЮ ІНДУКТИВНІСТЮ
Мета роботи: дослідним шляхом визначити параметри двох індуктивно зв’язаних котушок при різних з’єднаннях, проілюструвати процеси в індуктивно зв’язаних колах векторними діаграмами.
Теоретичні положення
На мал.7.1 зображені два магнітозв’язані контури; де ψ11– власне магнітне потокозчеплення першого контуру, створене струмом i1; ψ22 – власне магнітне потокозчеплення другого контуру, творене струмом i2 .
Частина потокозчеплення ψ12 першого контуру зчіпляється з другим контуром і називається взаємним потокозчепленням першого контуру з другим; ψ21-взаємне потокощеплення другого контуру з першим. Сумарні потокощеплення відповідно першого та другого контурів:
. (7.1)Потоки направлені так, що власне і взаємне потокозчеплення складаються. Таке вмикання називається узгодженим. При зміні напрямку одного із струмів вмикання буде зустрічним.
Відомо, що індуктивності котушок
. (7.2)Відношення взаємних потокозчеплень до викликавших їх струмів, називають взаємною індуктивністю:
. (7.3)В третій частині курсу ТОЕ буде показано, що
М12=М21=М. (7.4)
ЕРС, які наводяться потоками в контурах :
, (7.5) 
, (7.6)де eL, eM– відповідно ЕРС самоіндукції і взаємоіндукції.
При узгодженому вмиканні котушок ці ЕРС сумуються. Також сумуються відповідні їм напруги:
, (7.7) 
. (7.8)Напруга взаємної індукції:
. (7.9)Для позначення способу вмикання (узгодженого чи зустрічного) котушок на схемі часто затискачі позначають знаком * (мал.7.2).
Якщо струми i1 і i2 входять в одноіменні затискачі, то вмикання узгоджене.
Якщо струм в одній з катушок синусоїдний, наприклад
i=Іmsinwt,
в другій котушці наведеться синусоїдна напруга
,що випереджує струм i1 на 900. Якщо по другій котушці протікає синусоїдний струм, напругу на другій котушці визначену рівнянням (7.8), можна записати в комплексній формі
U2 = I2 jωL2 +І1jωM . (7.10)
Аналогічно для першої котушки
U1 = I1 jωL1 +І2jωM . (7.11)
При зустрічному вмиканні котушок напруга uм входить в рівняння зі знаком мінус.
Розглянемо послідовне узгоджене вмикання двох котушок (мал.7.3). Рівняння за другим законом Кірхгофа для контура кола має вигляд