Симулятор електричного кола
Оберіть тему й змінюйте значення — схема та показники реагуватимуть одразу.
Віртуальний стенд—
—
Що змінюємо
Повзунок — для швидкої зміни, поле — для точного значення.
Схема та вимірювання
Умовний напрям струму—
Швидкі досліди
Один короткий експеримент без довгої серії вимірювань. Для повноцінної роботи крок за кроком відкрийте «Лабораторію».
Вплив напруги на струм
Запустіть дослід, а потім збільште напругу з 6 В до 12 В, не змінюючи опір 100 Ω.
Порівняйте початковий і кінцевий струм.
Оберіть дослід і натисніть «Запустити дослід».
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. Після оновлення або закриття вкладки журнал очиститься.
Вимірювань ще немає. Поверніться на «Стенд» і натисніть «Записати вимірювання».
| № | Схема | U | R₁ | R₂ | Rекв | Iзаг | Pзаг |
|---|
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.
Що означають τ, XC, XL і |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.
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.
Що означають P, Q, S і 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.
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.
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.
Що таке 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.
Навіщо підвищують cos φ?
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)—