Симулятор електричного кола
Оберіть тему й змінюйте значення — схема та показники реагуватимуть одразу.
Віртуальний стенд—
—
Підказка
—
Що змінюємо
Повзунок — для швидкої зміни, поле — для точного значення.
Схема та вимірювання
Умовний напрям струму—
Міні-місії
Короткі інженерні виклики: змініть параметри, отримайте потрібний результат і перевірте себе.
Подвой струм
Старт: U = 6 В · R = 100 Ω · I = 60 мА.
Завдання: змініть лише U, щоб I = 120 мА.
Підказка
За сталого опору струм змінюється прямо пропорційно напрузі.
Графічне дослідження
Подивіться, як струм змінюється зі зміною напруги або опору. Поточні U та R₁ беруться зі стенда.
Залежність I(U)
Розрахунок за законом ОмаГрафік оновлюється разом із параметрами симулятора.
Таблиця значень
| U, В | I, А |
|---|
Журнал вимірювань
Зберігайте окремі точки й порівнюйте їх між собою. Журнал залишається тимчасовим і очищається після оновлення або закриття вкладки.
Вимірювань ще немає. Поверніться на «Стенд» і натисніть «Записати вимірювання».
| № | Схема | U | R₁ | R₂ | Rекв | Iзаг | Pзаг |
|---|
Коротко: RC = резистор + конденсатор. Конденсатор заряджається поступово, а не миттєво.
Що змінюємо
Перехідний процес після підключення RC-кола до джерела постійної напруги.
Рухайте повзунок у межах 0–5τ або введіть точний час вручну.
Про навчальну модель
Модель показує основну закономірність і не враховує внутрішній опір конденсатора (ESR), опір обмотки котушки та паразитні параметри.
Нові позначення: τ, XC, XL, |Z|
τ — стала часу: вона показує, наскільки швидко RC- або RL-коло переходить до нового стану.
XC і XL — реактивні опори конденсатора та котушки, а |Z| — повний опір кола змінному струму.
Схема та поточний стан
RC · заряджанняVc(t) = U · (1 − e^(−t/RC))
Перехідний процес
Напруги на конденсаторі та резисторі в межах 0–5τ.
При t = 0 конденсатор ще не заряджений, тому Vc = 0, а вся напруга прикладена до резистора.
Фазовий зсув
Напруга джерела використовується як фазовий відлік 0°.
У RC-колі струм випереджає напругу; у RL-колі — відстає.
Енергетичні системи
Трансформатор і трифазна мережа
Змінюйте кількість витків і навантаження та дивіться, як змінюються вторинна напруга, струми й потужність.
Коротко: Трансформатор змінює напругу співвідношенням витків двох обмоток.
Практичне застосування
Перевірити запас рішення
Порівняти допустимі рішення
Що змінюємо
Про навчальну модель
Модель ідеальна: не враховує втрати в осерді й обмотках, струм холостого ходу та розсіювання потоку.
Як читати коефіцієнт трансформації?
Тут використовуємо k = N₂/N₁. Якщо k < 1 — трансформатор знижує напругу; якщо k > 1 — підвищує.
Що змінюємо
Усі три фази вважаємо однаково навантаженими. cos φ показує величину фазового зсуву, а знак Q залежить від того, навантаження індуктивне чи ємнісне.
Нові позначення: P, Q, S, cos φ
P — активна потужність, яка виконує корисну роботу; Q — реактивна потужність; S — повна потужність.
cos φ показує, наскільки струм і напруга узгоджені за фазою: що ближче значення до 1, то менша реактивна складова.
Схема та вимірювання
Понижувальний · k = 0,5U₂/U₁ = N₂/N₁ · U₁I₁ = U₂I₂
Змінюйте параметри та спостерігайте за співвідношеннями на стенді.
Залежність U₂(N₂)
За сталих U₁ та N₁ вторинна напруга прямо пропорційна кількості витків N₂.
Поточна точка виділена на графіку.
Три фази у часі
Фазні синусоїди однакової частоти зміщені одна відносно одної на 120°.
Для симетричної системи сума миттєвих фазних напруг дорівнює нулю.
Трикутник потужностей
P — активна, Q — реактивна, S — повна потужність.
Для індуктивного навантаження Q додатна; для ємнісного — від’ємна.
Частотний аналіз
Послідовне RLC-коло та резонанс
Змінюйте частоту й дивіться, як котушка та конденсатор по-різному впливають на струм. ElectroLab покаже момент резонансу та пояснить, що в ньому змінюється.
Місія-відкриття
Знайдіть резонанс
Змінюйте тільки частоту й знайдіть точку, де струм у колі стає найбільшим. Значення f₀ буде приховане, доки ви не знайдете його самостійно.
Потрібна підказка?
У послідовному RLC-колі біля резонансу повний опір стає найменшим, а струм — найбільшим. Стежте за I та вершиною графіка.
Спробуйте знайти резонанс без готової відповіді.
Вперше бачите RLC? R — резистор, L — котушка, C — конденсатор. Змінюйте частоту й шукайте точку, де струм найбільший.
Що змінюємо
Про навчальну модель
R — сумарний активний опір кола. Паразитні параметри реальних компонентів не враховуються.
Що означають XL, XC, |Z| і φ?
XL — реактивний опір котушки, XC — реактивний опір конденсатора.
|Z| — повний опір кола змінному струму, а φ показує фазовий зсув між напругою та струмом.
Схема та вимірювання
Ємнісний характерX = XL − XC · |Z| = √(R² + X²) · I = U/|Z|
Змінюйте частоту та спостерігайте за переходом від ємнісного до індуктивного характеру.
Резонансна крива I(f)
У послідовному RLC-колі струм максимальний біля f₀, де XL = XC і |Z| мінімальний.
Вертикальна позначка показує поточну частоту; f₁ та f₂ відповідають рівню Imax/√2.
Трикутник імпедансів
R лежить на дійсній осі, X = XL − XC — на реактивній, а |Z| є результуючим вектором.
Нижче f₀ переважає Xc; вище f₀ — Xl; у резонансі реактивні складові взаємно компенсуються.
Параметри резонансу
Резонансний паспорт кола
Для послідовного RLC-кола Δf = f₂ − f₁ = R/(2πL), а добротність Q = f₀/Δf. В ідеальній моделі напруги на L і C у резонансі можуть перевищувати напругу джерела приблизно у Q разів.
Енергоефективність
Лінія живлення та компенсація cos φ
Подивіться, як довжина, матеріал і переріз провідника впливають на падіння напруги та втрати.
Коротко: Провідник має опір, тому частина напруги й потужності губиться дорогою до навантаження.
Практичне застосування
Перевірити запас рішення
Порівняти допустимі рішення
Що змінюємо
Про модель і обмеження
Розрахунок показує закономірність для провідника приблизно за 20 °C. Він не враховує нагрівання, спосіб прокладання, допустимий струм і захист, тому не підходить для реального вибору кабелю.
Нове позначення: ΔU — падіння напруги
Падіння напруги ΔU — це різниця між напругою на початку лінії та напругою, яка доходить до навантаження через опір провідника.
Що змінюємо
Про модель і обмеження
Розрахунок показує зв’язок між cos φ, реактивною потужністю та струмом. Гармоніки, резонанс мережі, ступені регулювання й захист не враховуються, тому це не готовий проєкт батареї конденсаторів.
Нові позначення: cos φ і реактивна потужність
За тієї самої активної потужності вищий cos φ означає меншу реактивну складову, меншу повну потужність і менший струм у лінії.
У цьому стенді компенсацію виконує ідеалізована батарея конденсаторів.
Схема та аналіз
—R = ρL/S
Qc = P · (tan φ₁ − tan φ₂)
Вплив перерізу на падіння напруги
ΔU(S)—