|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИСтр 1 из 2Следующая ⇒
Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ Кафедра «Атомная энергетика» Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Теоретические основы электротехники» (4-й семестр) Часть 2 (стендовые) По дисциплине: Теоретические основы электротехники Направление подготовки: 13.03.02Электроэнергетика и электротехника Профиль подготовки: Электрические станции Форма обучения очная, программа подготовки полная, семестр 4 Волгодонск 2016г. Введение Комплект типового лабораторного оборудования «Электрические и магнитные цепи» предназначен для проведения лабораторного практикума по одноимённым разделам курсов «Теоретические основы электротехники», «Теория электрических цепей», «Электротехника и основы электроники», «Общая электротехника» и др. в профессиональных начальных, средних и высших учебных учреждениях. Основными компонентами «ручного» (т.е. некомпьютеризованного) варианта комплекта являются: · однофазный источник питания, · блок генераторов напряжений с наборным полем; · набор миниблоков; · блок мультиметров; · ваттметр; · электронный осциллограф; · соединительные провода и перемычки, питающие кабели. · настольная рама для установки оборудования и с контейнером для хранения аксессуаров; В первом разделе даны общие методические рекомендации по выполнению стендовых лабораторных работ и требования техники безопасности. Во втором разделе описано устройство составных частей комплекта «Электрические и магнитные цепи», даны рекомендации по их использованию и приведены некоторые технические характеристики. В последующих главах описаны базовые эксперименты. Описание каждого эксперимента содержит: - Общие сведения, - экспериментальную часть. Раздел «Общие сведения» содержит краткое введение в теорию соответствующего эксперимента. Для более глубокого изучения теоретического материала учащемуся следует обратиться к учебникам и компьютерным программам тестирования для проверки усвоения теории и оценки готовности к лабораторно-практическим занятиям. В разделе «Экспериментальная часть» сформулированы конкретные задачи эксперимента, представлены схемы электрических цепей, таблицы и графики для регистрации и представления экспериментальных данных. Все опыты, где используется коннектор и виртуальные приборы могут быть проделаны и без компьютера с использованием мультиметров, ваттметра и электронного осциллографа. Настоящее пособие предназначено для быстрого освоения комплекса студентами для проведения лабораторного практикума в соответствии с рабочими планами и традициями кафедр.
Ознакомление с комплектом типового лабораторного оборудования Общие сведения Компоновка оборудования Общая компоновка типового комплекта оборудования показана на рис. 1.1. Всё оборудование располагается на столе заказчика. На стол устанавливается специальная рама с подставкой, в которой устанавливаются блок генераторов с наборным полем, блок мультиметров, ваттметр, модель однородной длинной линии и блок однофазного источника питания. Расположение блоков в раме жёстко не фиксировано. Оно может изменяться для удобства проведения того или иного конкретного эксперимента. В выдвижном ящике подставки хранятся соединительные провода, перемычки и шнуры питания, методические материалы. Ящик имеют встроенный замок. Наборы миниблоков располагаются на столе. На стол устанавливается также осциллограф. Однофазный источник питается от трёхпроводной однофазной сети (фаза, ноль и земля). В нём смонтированы устройство защитного отключения при нарушении изоляции, автомат для защиты от сверхтоков и блок розеток и разъёмов (на тыльной стороне блока) для подключения всех остальных блоков и осциллографа.
Рис. 1.1
Модель однородной длинной линии Модель однородной длинной линии представляет собой цепную схему из семнадцати симметричных одинаковых П-образных четырёхполюсников. Номинальные параметры звеньев указаны на лицевой панели: Lзвена = 0, 16 мГн, Cзвена = 0, 1 мкФ, Rзвена = 6, 6 Ом. В начале цепной схемы и в конце её имеются дополнительные гнёзда для подключения амперметров, токоограничивающих резисторов, нагрузок. Для этой цели можно использовать также наборное поле блока генераторов напряжений. Длина воздушной линии без потерь, соответствующая одному звену составляет 12 км, волновое сопротивление - 400 Ом, частота, при которой длина волны равна длине линии (17´ 12 км = 204 км), равна 1470 Гц. Набор миниблоков 600.17 Миниблоки представляют собой отдельные элементы электрических цепей (резисторы, конденсаторы, индуктивности диоды, транзисторы и т.п.), помещённые в прозрачные корпуса, имеющие штыри для соединения с гнёздами наборной панели. Некоторые миниблоки содержат несколько элементов, соединённых между собой или более сложные функциональные блоки. На этикетках миниблоков изображены условные обозначения элементов или упрощённые электрические схемы их соединения, показано расположение выводов и приведены основные технические характеристики. Миниблоки хранятся в специальном контейнере. Общий вид контейнера с миниблоками представлен на рис. 1.3. В табл. 1.1 приведены характеристики одноэлементных миниблоков, а ниже дано описание более сложных миниблоков. Таблица 1.1
10. Миниблоки «Амперметр» (6 шт.) позволяют подключать амперметр в различные ветви исследуемой электрической цепи без разборки схемы. Эти миниблоки устанавливаются в наборную панель в тех местах схемы, где требуется измерять токи. В крышку миниблока встроено гнездо коаксиального разъёмного соединителя, а к амперметру подсоединяется кабель с соответствующим штырём. 11. Миниблок « Фильтр обратного следования фаз ». При подключении миниблока к симметричной трёхфазной системе напряжений прямого следования фаз напряжение на входе Umn равно нулю. При подключении его к симметричной системе обратного следования Umn @ 1, 7Uл. Предварительно нужно настроить сопротивления резистивных плеч так, чтобы выполнялись соотношения: UАm = 0, 5Uл и UCn= 0, 5Uл.
Рис. 1.3
12 и 14. Миниблок «Трансформатор». Трансформатор выполнен на разъёмном U-образном сердечнике из листовой электротехнической стали с толщиной листа 0, 08 мм. Сечение сердечника 16´ 12 мм. На сердечнике установлены катушки 900 и 300 витков, и имеются две сменные катушки 300 и 100 витков. Катушки легко переставляются в ходе лабораторной работы. Номинальные параметры трансформаторов при частоте 50 Гц приведены в табл. 1.2. Таблица 1.2
13. Миниблок «Магнитная цепь» (рис.1.7) представляет собой трансформатор с регулируемым зазором в магнитопроводе. Магнитопровод выполнен из двух Ш-образных ферритовых сердечников марки М2000НМ. На среднем стержне магнитопровода расположены две одинаковые обмотки (намагничивающая и измерительная) по 200 витков каждая. Зазор может регулироваться винтом, один оборот которого изменяет зазор на 0, 5мм (шаг резьбы 0.5 мм). Для устранения перекоса сердечника рекомендуется в левый и правый зазоры вставить немагнитные прокладки (например, полоски бумаги) и осторожно от руки затянуть винт. Так, например, толщина бумаги «Снегурочка» для офисной техники 0, 1 мм, толщина газетной бумаги - 0.05…0, 06 мм. Будьте осторожны: большое усилие при затягивании винта может привести к разлому печатной платы на которой смонтирована вся конструкция! Необходимые для расчёта размеры сердечника и кривая намагничивания феррита М2000НМ приведены в описании экспериментов с этим миниблоком.
Рис. 1.7
15. Миниблок «Интегратор» предназначен для интегрирования входного сигнала uвх(t) или iвх(t) по времени:
Параметры Rвх и С указаны на упрощенной принципиальной схеме интегратора (рис.1.8). Интегратор имеет два режима работы. При разомкнутом состоянии выключателя «Сброс» (нижнее положение тумблера на миниблоке) происходит интегрирование сигнала. Напряжение на выходе в этом режиме медленно изменяется даже при отсутствии входного сигнала, поскольку всегда есть внутренние утечки схемы и помехи. Этот режим используется для интегрирования кратковременных одиночных импульсов тока или напряжения. Перед началом интегрирования необходимо «обнулить» интегратор включив на 2…3 с выключатель «Сброс». При включённом выключателе «Сброс» (верхнее положение тумблера на миниблоке) медленно изменяющаяся составляющая входного сигнала не интегрируется. Этот режим используется для возвращения интегратора в нулевое положение и для интегрирования периодических быстро протекающих процессов, например, при снятии петли гистерезиса. Напряжение на выходе интегратора не может быть больше напряжения питания, поэтому, когда оно приближается к напряжению питания +15 В или –15 В, включается светодиод «Перегрузка». Блок мультиметров
Блок мультметров предназначен для измерения напряжений, токов, сопротивлений, а также для проверки диодов и транзисторов. Общий вид блока представлен на рис. 1.9. В нём установлены 2 серийно выпускаемых мультиметра MY60, MY62 или MY64. Подробная техническая информация о них и правила применения приводится в руководстве по эксплуатации изготовителя. В блоке установлен источник питания мультиметров от сети с выключателем и предохранителем на 1 А. На лицевую панель блока вынесены также четыре предохранителей защиты токовых цепей мультиметров.
Для обеспечения надёжной длительной работы мультиметров соблюдайте следующие правила: · Не превышайте допустимых перегрузочных значений, указанных в заводской инструкции для каждого рода работы · Когда порядок измеряемой величины неизвестен, устанавливайте переключатель пределов измерения на наибольшую величину. · Перед тем, как повернуть переключатель для смены рода работы (не для изменения предела измерения! ), отключайте щупы от проверяемой цепи. · Не измеряйте сопротивление в цепи, к которой подведено напряжение. · Не измеряйте ёмкость конденсаторов, не убедившись, что они разряжены. Будьте внимательны при измерении тока мультиметрами МY62 и МY64. Предохранитель 0, 2 А этих мультиметов может перегореть от источников напряжения имеющихся в данном стенде. Мультиметр МY60 защищён предохранителем 2 А, который не может перегореть от токов, создаваемых источниками данного стенда. До подключения мультметра к цепи необходимо выполнить следующие операции: · выбор измеряемой величины: - V, ~ V, - A, ~ A или ; · выбор диапазона измерений соответственно ожидаемому результату измерений; · правильное подсоединение зажимов мультиметра к исследуемой цепи. Присоединение мультиметра как вольтметра, амперметра и омметра показано на рис. 1.10.
Рис. 1.10
Ваттметр Общий вид ваттметра изображён на рис. 1.11. Его принцип действия основан на перемножении мгновенных значений тока и напряжения и отображении среднего значения этого произведения на дисплее прибора в цифровом виде.
Прибор включается в цепь согласно приведённой на лицевой панели схеме. Для измерения активной мощности, гнёзда, помеченные символом «·», должны быть соединены перемычкой. После сборки схемы необходимо включить выключатель «Сеть» и установить необходимые пределы измерения по току и по напряжению тумблерами. Если выбран заниженный предел измерения, то включается сигнализация перегрузки I > или (и) U >. Если, наоборот, предел завышен, то включается сигнализация I < или (и) U <. Справа от окошка цифровых индикаторов включаются автоматически светодиоды сигнализации размерности Вт или мВт.
Экспериментальная часть Задание Проверить работоспособность блока генераторов напряжений и измерительных приборов. Лабораторная работа № 1 Общие сведения Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом элементов, по которым может протекать электрический ток. Для протекания тока необходимы источники электрической энергии – источники напряжения (ЭДС) или тока. Электрическая цепь содержит также потребители, в которых энергия электрического тока преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.п.). Для замыкания и размыкания цепей используют выключатели того или иного вида. Электрический ток есть направленное (упорядоченное) движение носителей зарядов. В проводниках носителями отрицательных зарядов являются электроны, в жидкостях (электролитах) носители положительных и отрицательных зарядов – ионы. В полупроводниках носителями отрицательных зарядов являются электроны, носителями положительных зарядов – дырки. Дырка представляет собой вакантное место в атоме полупроводника, незанятое электроном. Ток, неизменный во времени, называют постоянным. Он обозначается символом I. Количественно ток равен заряду q, который пересекает сечение проводника за единицу времени t (1 секунду): I = q / t. Для поддержания электрического тока требуется обеспечивать разделение носителей отрицательных и положительных зарядов, что и происходит в источниках. Способность источника совершать работу по разделению зарядов характеризуется электродвижущей силой (ЭДС), которая обозначается символом Е. Когда источник подключен к цепи, возникает направленное движение зарядов под действием сил притяжения разноименных и отталкивания одноименных зарядов, т.е. электрический ток. Вне источника положительные носители заряда движутся от его положительного зажима (полюса) к отрицательному зажиму (полюсу). Направление движения отрицательных зарядов противоположно движению положительных зарядов. Работа, совершаемая при движении зарядов по элементам электрической цепи характеризуется напряжением, которое обозначаетcя символом U. Напряжение и ток на участке цепи постоянного тока связаны законом Ома: U = RI или I = U/R, где R –коэффициент пропорциональности между током и напряжением, называемый сопротивлением. Мощность преобразования электрической энергии в другие виды энергии выражается через ток и напряжение (закон Джоуля-Ленца): P = UI = RI2 = U2/R. Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют схемой электрической цепи (рис. 2.1.1).
Рис. 2.1.1
На расчётных схемах (т.е. на схемах, предназначенных для расчёта электрической цепи) показывают стрелками направления токов и напряжений. За направление тока принимают направление движения положительных зарядов, а за направление напряжения – направление от положительного полюса источника к отрицательному. Когда истинные направления неизвестны, на схеме показывают условные (или предполагаемые) положительные направления.
12 и 14. Миниблок «Трансформатор». Трансформатор выполнен на разъёмном U-образном сердечнике из листовой электротехнической стали с толщиной листа 0, 08 мм. Сечение сердечника 16´ 12 мм. На сердечнике установлены катушки 900 и 300 витков, и имеются две сменные катушки 300 и 100 витков. Катушки легко переставляются в ходе лабораторной работы. Номинальные параметры трансформаторов при частоте 50 Гц приведены в табл. 1.2. Таблица 1.2
13. Миниблок «Магнитная цепь» (рис.1.7) представляет собой трансформатор с регулируемым зазором в магнитопроводе. Магнитопровод выполнен из двух Ш-образных ферритовых сердечников марки М2000НМ. На среднем стержне магнитопровода расположены две одинаковые обмотки (намагничивающая и измерительная) по 200 витков каждая. Зазор может регулироваться винтом, один оборот которого изменяет зазор на 0, 5мм (шаг резьбы 0.5 мм). Для устранения перекоса сердечника рекомендуется в левый и правый зазоры вставить немагнитные прокладки (например, полоски бумаги) и осторожно от руки затянуть винт. Так, например, толщина бумаги «Снегурочка» для офисной техники 0, 1 мм, толщина газетной бумаги - 0.05…0, 06 мм. Будьте осторожны: большое усилие при затягивании винта может привести к разлому печатной платы на которой смонтирована вся конструкция! Необходимые для расчёта размеры сердечника и кривая намагничивания феррита М2000НМ приведены в описании экспериментов с этим миниблоком.
15. Миниблок «Интегратор» предназначен для интегрирования входного сигнала uвх(t) или iвх(t) по времени:
Параметры Rвх и С указаны на упрощенной принципиальной схеме интегратора (рис.1.8). Ваттметр Общий вид ваттметра изображён на рис. 1.11.
Рис.1.11
Рис.11.1 Его принцип действия основан на перемножении мгновенных значений тока и напряжения и отображении среднего значения этого произведения на дисплее прибора в цифровом виде. Прибор включается в цепь согласно приведённой на лицевой панели схеме. Для измерения активной мощности, гнёзда, помеченные символом «·», должны быть соединены перемычкой. После сборки схемы необходимо включить выключатель «Сеть» и установить необходимые пределы измерения по току и по напряжению тумблерами. Если выбран заниженный предел измерения, то включается сигнализация перегрузки I > или (и) U >. Если, наоборот, предел завышен, то включается сигнализация I < или (и) U <. Справа от окошка цифровых индикаторов включаются автоматически светодиоды сигнализации размерности Вт или мВт.
Экспериментальная часть Задание Проверить работоспособность блока генераторов напряжений и измерительных приборов. Общие сведения Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом элементов, по которым может протекать электрический ток. Для протекания тока необходимы источники электрической энергии – источники напряжения (ЭДС) или тока. Электрическая цепь содержит также потребители, в которых энергия электрического тока преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.п.). Для замыкания и размыкания цепей используют выключатели того или иного вида. Электрический ток есть направленное (упорядоченное) движение носителей зарядов. В проводниках носителями отрицательных зарядов являются электроны, в жидкостях (электролитах) носители положительных и отрицательных зарядов – ионы. В полупроводниках носителями отрицательных зарядов являются электроны, носителями положительных зарядов – дырки. Дырка представляет собой вакантное место в атоме полупроводника, незанятое электроном. Ток, неизменный во времени, называют постоянным. Он обозначается символом I. Количественно ток равен заряду q, который пересекает сечение проводника за единицу времени t (1 секунду): I = q / t. Для поддержания электрического тока требуется обеспечивать разделение носителей отрицательных и положительных зарядов, что и происходит в источниках. Способность источника совершать работу по разделению зарядов характеризуется электродвижущей силой (ЭДС), которая обозначается символом Е. Когда источник подключен к цепи, возникает направленное движение зарядов под действием сил притяжения разноименных и отталкивания одноименных зарядов, т.е. электрический ток. Вне источника положительные носители заряда движутся от его положительного зажима (полюса) к отрицательному зажиму (полюсу). Направление движения отрицательных зарядов противоположно движению положительных зарядов. Работа, совершаемая при движении зарядов по элементам электрической цепи характеризуется напряжением, которое обозначаетcя символом U. Напряжение и ток на участке цепи постоянного тока связаны законом Ома: U = RI или I = U/R, где R –коэффициент пропорциональности между током и напряжением, называемый сопротивлением. Мощность преобразования электрической энергии в другие виды энергии выражается через ток и напряжение (закон Джоуля-Ленца): P = UI = RI2 = U2/R. Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют схемой электрической цепи (рис. 2.1.1).
Рис. 2.1.1
На расчётных схемах (т.е. на схемах, предназначенных для расчёта электрической цепи) показывают стрелками направления токов и напряжений. За направление тока принимают направление движения положительных зарядов, а за направление напряжения – направление от положительного полюса источника к отрицательному. Когда истинные направления неизвестны, на схеме показывают условные (или предполагаемые) положительные направления. Экспериментальная часть Задание
Ознакомиться с измерениями токов, напряжений, сопротивлений и мощности с помощью мультиметров и ваттметра, экспериментально убедиться в выполнении закона Ома и закона Джоуля-Ленца в электрической цепи постоянного тока. Экспериментальная часть Задание
Ознакомиться с измерениями токов, напряжений, сопротивлений и мощности с помощью мультиметров и ваттметра, экспериментально убедиться в выполнении закона Ома и закона Джоуля-Ленца в электрической цепи постоянного тока. Общие сведения Если резисторы или любые другие нагрузки соединены последовательно (рис. 2.2.1), по ним проходит один и тот же ток. Величина тока определяется приложенным напряжением U и эквивалентным сопротивлением Rэкв: I = U / Rэкв, где Rэкв = S R = R1 + R2 + R3.
Рис. 2.2.1
На каждый отдельный резистор при этом приходится некоторая часть приложенного напряжения. Сумма напряжений на каждом резисторе в соответствии со вторым законом Кирхгофа равна полному приложенному напряжению: I× R1 + I× R2 + I× R3 = U. Экспериментальная часть Задание Измеряя токи и напряжения, убедиться, что ток одинаков в любой точке последовательной цепи и что сумма напряжений на резисторах равна напряжению, приложенному ко всей цепи. Сравнить результаты измерения с расчётом. Общие сведения Если резисторы или любые другие нагрузки соединены последовательно (рис. 2.2.1), по ним проходит один и тот же ток. Величина тока определяется приложенным напряжением U и эквивалентным сопротивлением Rэкв: I = U / Rэкв, где Rэкв = S R = R1 + R2 + R3.
Рис. 2.2.1
На каждый отдельный резистор при этом приходится некоторая часть приложенного напряжения. Сумма напряжений на каждом резисторе в соответствии со вторым законом Кирхгофа равна полному приложенному напряжению: I× R1 + I× R2 + I× R3 = U. Экспериментальная часть Задание Измеряя токи и напряжения, убедиться, что ток одинаков в любой точке последовательной цепи и что сумма напряжений на резисторах равна напряжению, приложенному ко всей цепи. Сравнить результаты измерения с расчётом. Общие сведения Если резисторы или любые другие нагрузки соединены параллельно (рис. 2.3.1), все они находятся под одинаковым напряжением: U = UR1 = UR2 = UR3
Рис. 2.3.1
В каждой ветви цепи протекает свой ток. Сумма токов всех ветвей в соответствии с первым законом Кирхгофа равна полному току: I = I1 + I2 + I3.
Величина тока ветви зависит от приложенного напряжения и сопротивления данной ветви:
Ток в неразветвленной части цепи зависит от приложенного напряжения и эквивалентного сопротивления цепи:
Для вычисления эквивалентного сопротивления цепи служит формула:
Для цепи с двумя параллельно соединенными резисторами:
Экспериментальная часть Задание Измеряя напряжения и токи, убедиться, что напряжение, прикладываемое к каждому резистору, одинаково и что сумма токов ветвей равна полному току цепи. Проверить результаты измерения расчётом.
Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-05-03; Просмотров: 714; Нарушение авторского права страницы
