ИМЕНИ АЛЕКСАНДРА ГРИГОРЬЕВИЧА И НИКОЛАЯ ГРИГОРЬЕВИЧА СТОЛЕТОВЫХ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ АЛЕКСАНДРА ГРИГОРЬЕВИЧА И НИКОЛАЯ ГРИГОРЬЕВИЧА СТОЛЕТОВЫХ

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

ПО ОБЩЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

Группа

ВЫПОЛНИЛ

ПРОВЕРИЛ

Владимир 2013

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

 

При выполнении лабораторных работ студенты углубляют знания по электротехнике, учатся экспериментально проверять теоре­тические положения, приобретают навыки работы с измерительными приборами и вычислительной техникой.

Перед выполнением курса лабораторных работ каждый студент обязан изучить правила техники безопасности и расписаться в журнале, который находится в лаборатории

Лабораторные работы выполняются бригадами из двух- трех студентов. Очередность выполнения работ определяется графиком. В день выполнения работы бригады должны иметь одну заготовку отчета выполненного в соответствии с требованиями раздела ''Подготовка к работе". Перед выполнением лабораторной работы каждый студент получает допуск к работе, который включает в себя про­верку:

- выполнения задач, предусмотренных разделом " Подготовка к работе"

- знания теоретического материала по теме работы:

- знания методики проведения исследований;

- умения пользоваться измерительной аппаратурой и вычис­лительной техникой, применяемой при исследовании.

Студенты, не подготовившиеся к занятиям, к выполнению paботы не допускается.. Пункты раздела. «Подготовка к работе», отмеченные звездочкой (*), выполняются в качестве учебной исследовательской работы студентов по заданию преподавателя.

По окончании работы студент должен подписать результаты опытов, выключить лабораторный стенд, а также привести рабочее место в порядок.

Отчеты по лабораторным работам должны быть выполнены на стандартных листах писчей бумаги. Электрические схемы, графики и таблицы, выполняются при помощи чертежных инструментов или компъютера. Графики выполняются на миллиметровой бумаге, обозначения на электрических схемах должны соответствовать стандартам.

Отчет должен содержать:

- титульный. лист с указанием кафедры, учебной группы, фамилии, имени, отчества студента, названия, номера и даты выполнения работы;

- цель работы;

- исследуемую электрическую схему;

- ответы на вопросы раздела " Подготовка к работе";

- расчетные формулы;

- таблицы измеренных и вычисленных величин;

- требуемый по заданию графический материал;

- краткие выводы по работе.

 

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ ЛИНЕЙНЫХ

ДВУХПОЛЮСНИКОВ В ЦЕПЯХ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Цель работы.

Изучить методику измерения тока, напряжения, мощности, а также определения эквивалентного сопротивления пассивного двухполюсника.

 

1 Объект и средства исследования

 

Объектом исследования являются линейные пассивные двухполюсники, содержащие резистивные элементы.

1.1. Электрические схемы линейных пассивных двухпо­люсников (R1234 ) представлены на рис. 1.1а, 1.1б, и 1.1в,

 

Рис.1.1

 

где " a" - “c”- клеммы трехфазного трансформатора ТР;

VD 1 - VD4 - диоды мостовой схемы полупроводникового выпрямителя;

R - ползунковый реостат, позволяющий изменять напряжение на входе пассивного двухполюсника; V - вольтметр; A – амперметр; W – ваттметр; R1 – R4 – резистивные элементы, входящие в линейный пассивный двухполюсник.

 

 

2. Подготовка к работе

 

2.1. Ознакомиться с методами измерения тока, напряжения и мощности с помощью измерительных приборов непосредственной оценки.

2.2. Ознакомиться:

-со свойствами и методами анализа пассивных линейных двухполюсников в цепях постоянного тока:

- с эквивалентными преобразованиями пассивных элементов линейных электрических цепей;

 

2.3. Рассчитать эквивалентное сопротивление пассивного двухполюсника для одной из схем и варианта, заданного преподавателем, применяя известные преобразования сопротивлений. Значения сопротивлений (и виды их соединений) резисторов R 1 — R 4 взять из Табл. 1.1 в соответствии с номером варианта. Следует помнить, что преподаватель может предложить виды соединений резисторов, отличающиеся от приведенных на Рис.1.1. В таблице 1.1 резистор, имеющий значение 18 Ом, может быть получен, если параллельно соединить части резистора 75 Ом, имеющие сопротивления 30 и 45 Ом.

 

 

Таблица1.1

Номер варианта	Задано
R1 Ом	R2 Ом	R3 Ом	R4 Ом
1 - Рис.1.1б
2 - Рис.1.1б
3 - Рис.1.1в
4 - Рис.1.1в
5 – Рис.1.1г
6 – Рис.1.1г

 

2.4. Рассчитать максимальное значение напряжения в схе­ме рис. 1.1 для своего варианта. Максимальное значение тока принять равным 1 А.

 

 

3. Рабочее задание

 

 

3.1. Получить разрешение преподавателя на монтаж схемы.

 

3.2. Собрать схему пассивного линейного двухполюсника (см. рис. 1.1 а), подключив линейные элементы R1-R4, сопротивления которых приведены в табл. 1.1, согласно заданному варианту.

 

3.3. Подать напряжение на стенд.

 

3.4. Изменяя реостатом ( начальное положение ползунка – середина реостата; движение ползунка – вниз и вверх – см. рисунок 1.1) значение напряжения на входе электрической цепи, снять показания приборов для десяти значений напряжения (в соответствии с пределами по напряжению вольтметра, рассчитанными при подготовке к работе). Результаты измерений записать в табл. 1.2.

 

Таблица 1.2.

 

№ пп	Измерить	Вычислить
U, B	I, A	P, Вт	Pрасч., Вт	Rэкв, Ом	Rэкв., по ВАХ, Ом

 

3.5. Отключить напряжение от стенда.

 

3.6. Построить графики изменения мощности P ( I ) и напряжения U ( I ) от тока.

 

3.7. Рассчитать по построенной вольтамперной характеристике U ( I ) эквивалентное сопротивление исследуемого пассивного линейного двухполюсника. Сравнить полученные данные с теоретическим расчетом, выполненным при подготовке к работе. Построить график R_экв ( U ).

 

3.8. Рассчитать мощность, потребляемую приемниками. Сравнить Р_расч. с результатами эксперимента. Результаты расчетов в п.п. 3.6. и 3.7. записать в табл. 1.2.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое линейный двухполюсник?

2. Как определяется эквивалентное сопротивление линейного пассивного двухполюсника?

3. Рассчитать цену деления ваттметра, который выполнен двухпредельным по току (2, 5 А и 5 А) и многопредельным по напряжению (7, 5 В, 15, 0 В, 30, 0 В), если он имеет полное число делений шкалы, равное 150.

 

 

Расчетные формулы:

- обобщенный закон Ома;

- формулы для расчета сопротивлений, соединенных в треугольник;

- формулы для расчета сопротивлений, которые соединены в звезду.

 

Библиографический список

 

1. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Академия, 2005, 539 с.

2. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 2003, 542 с.

3. Прянишников В. А. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах: Практическое пособие для высших и средних учебных заведений. М.: Корона, 2008, 366 с.

Лабораторная работа № 2

НЕЛИНЕЙНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Цель работы.

Изучить методику определения дифференциального и статического сопротивлений нелинейных элементов.

Изучить методы анализа нелинейных электрических цепей.

 

1 Объект и средства исследования

 

Объектом исследования являются нелинейные пассивные двухполюсники, в качестве которых в работе использованы лампы накаливания и полупроводниковые диоды.

 

1.2. Электрическая схема для случаев последовательного и параллельного соединений линейного и нелинейного двухполюсников представлена на рис. 2.3., где в качестве нелинейных элементов используются лампы накаливания.

 

2. Подготовка к работе

2.1. Ознакомиться с методами измерения тока, напряжения, мощности и приборами непосредственной оценки.

2.2. Ознакомиться:

-со свойствами и методами анализа пассивных нелинейных двухполюсников

- с понятием нелинейного элемента, его характеристиками и параметрами;

-привести примеры вольтамперных характеристик (ВАХ) управляемых и неуправляемых нелинейных элементов;

- с методами эквивалентных преобразований и расчетов в нелинейных электрических цепях.

 

3. Рабочее задание.

 

Исследование пассивного нелинейного двухполюсника

 

3.1. Получить разрешение преподавателя на монтаж схемы.

 

3.2. Собрать схему рис. 2.1. В качестве нагрузки необходимо использовать параллельно включенные лампы накаливания ( без линейного двухполюсника ). Следует иметь ввиду, что преподаватель может изменить количество и вид соединения указанных ламп.

 

 

 

Рис.2.1

 

Количество подключенных параллельно ламп накаливания должно соответствовать заданному преподавателем варианту ( табл. 2.1).

 

3.3. Подать напряжение на стенд.

 

3.4. Изменяя входное напряжение реостатом ( начальное положение ползунка – середина реостата; движение ползунка – вниз и вверх - см. рисунок 2.1), снять ВАХ ламп накаливания. Результаты измерений ( не менее 10 – 12 точек) записать в таблицу 2.2, после чего отключить напряжение от стенда.

 

Таблица 2.1

Номер варианта
Мощность ламп, Вт
Количество ламп

 

Таблица 2.2.

 

U, B

I, A

 

 

Рис 2.3

 

 

3.5. Собрать схему, состоящую из источника, реостата и измерительных приборов

( Рис.2.1).После этого присоединить к этой схеме линейный (его сопротивление и вид соединений отдельных резисторов с номинальными значениями 16.1, 11.25 Ом - задаются преподавателем, согласно табл.2.3 или табл.2.4) и нелинейный двухполюсники (схема Рис 2.3а).

Таблица 2.3

Вариант
Количество ламп ( Р = 40 Вт)
R, Ом	11.25	11.25	16.1	11.25	16.1

 

Таблица 2.4

Вариант
Количество ламп (Р = 100 Вт )
R, Ом	11.25	11.25	11.25

 

 

Резистор с номинальным значением 16.1 Ом может быть получен, если параллельно соединить резистор, имеющий сопротивление 35 Ом с резистором 30 Ом.

Резистор с номинальным значением 11.25 Ом может быть получен, если параллельно соединить резистор, имеющий сопротивление 30 Ом, с резистором 18 Ом. Резистор, имеющий значение 18 Ом, может быть получен, если параллельно соединить части резистора 75 Ом, имеющие сопротивления 30 и 45 Ом.

 

 

3.6. Подать напряжение на стенд.

 

3.7. Снять ВАХ ( начальное положение ползунка – середина реостата; движение ползунка – вниз и вверх ), для последовательного соединения ламп накаливания и пассивного линейного двухполюсника. Результаты измерений ( не менее 10 точек) записать в таблицу, аналогичную табл. 2.2, после чего отключить стенд от напряжения.

 

3.8 Собрать схему, состоящую из источника, реостата и измерительных приборов ( Рис.2.1 ). После этого присоединить к этой схеме линейный (его сопротивление задается преподавателем, согласно табл. 2.5 или табл.2.6) и нелинейный двухполюсники (схема Рис 2.3б).

Таблица 2.5

Вариант
Количество ламп ( Р = 40 Вт)
R, Ом

 

Таблица 2.6

Вариант
Количество ламп (Р = 100 Вт )
R, Ом	16.1	16.1	16.1	16.1

 

 

3.9. Снять ВАХ ( начальное положение ползунка – середина реостата; движение ползунка – вниз и вверх - не менее 10 точек), для параллельного соединения ламп накаливания и пассивного линейного двухполюсника. Результаты измерений ( не менее 10 точек) записать в таблицу, аналогичную табл. 2.2, после чего отключить стенд от напряжения.

3.10 По результатам измерений в пп.3.4, 3.7 и 3.9 построитьтриВАХ в одной системе координат.

 

3.11 Изобразив ВАХ линейного двухполюсника для R и зная ВАХ, полученную в п.п 3.7 и 3.9, построить ВАХ нелинейного двухполюсника. Сравнить с ВАХ, которая получена в п.3.4.

 

 

3.12 Вычислить и записать в табл.2.7. значения дифференциального и статического сопротивлений для нелинейных элементов (ламп накаливания). Построить в одной системе координат зависимости R_дифф.= f(U) и R_ст.= f(U).

 

Таблица 2.7

U, B
Rдиф, Ом
Rст, Ом

 

 

Контрольные вопросы

 

1 Что такое линейный и нелинейный пассивные двухполюсники?

2 Как определяется эквивалентное сопротивление линейного пассивного двухполюсника?

3 Какие электрические цепи называют нелинейными?

4 Как определяется статическое и дифференциальное сопротивления нелинейного элемента?

5 Рассчитать ток через источник, к которому подключается электрическая печь мощность 500 Вт и напряжением питания 220 В. Нарисовать схему замещения, предусмотрев приборы для контроля напряжения питания и тока в цепи.

 

 

Расчетные формулы: (см. рисунок справа)

= ≈ ;

 

R_стi=U_i/I_i;

 

 

i - номер измерения, для которого определяется R_ст и R_диф.

 

Библиографический список

 

1. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Академия, 2005, 539 с.

2. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 2003, 542 с.

3. Прянишников В. А. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах: Практическое пособие для высших и средних учебных заведений. М.: Корона, 2008, 366 с.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы.

Исследовать режимы работы активного двухполюсника, подключенного к пассивному двухполюснику. Снять зависимости, оценивающие эффективность передачи энергии.

 

 

1. Объект и средства исследования

 

Объектом исследования служит электрическая цепь постоянного тока, состоящая из активного двухполюсника, подключенного к пассивному двухполюснику. Активный двухполюсник представлен эквивалентным генератором с ЭДС Е и внутренним сопротивлением R_вн, а пассивный двухполюсник - одним резистором с сопротивлением R_n (реостат).

В электрической цепи, представленной на рис.3.1 введены следующие обозначения:

А – амперметр, V – вольтметр, В₂ - выключатель. Сопротивление соединительных проводов принимается равным нулю. Источник ЭДС конструктивно состоит из трансформатора и выпрямителя. Линейное напряжение трехфазного трансформатора Тр, созданное на зажимах а – в, подается на вход двухполупериодного выпрямителя ( VD1 – VD4), на выходе которого (клеммы 1 – 2) получаем постоянное ( по направлению) напряжение. А, B, C, Х, Y, Z, а также х, y, z и a, b, c - клеммы первичных и вторичных обмоток (катушек) трехфазного трансформатора.

 

 

 

Рис 3.1 Рис 3.2

 

2. Подготовка к работе

 

 

2. Подготовка к работе

2.1 Ознакомиться с режимами работы активного двухполюсника, подключенного к пассивному двухполюснику, обратив внимание на режимы холостого хода, короткого замыкания, согласованный и номинальный.

 

2.2 При значении ЭДС Е_эк ≈ 20 В по значениям R_вн из табл.3.1 ( значения сопротивлений с десятыми долями рассчитаны для параллельных соединений резисторов с номинальными значениями сопротивлений 100, 75, 45, 35, 30 и 18 Ом) и задаваемым значениям сопротивления нагрузки Rn рассчитать ток в цепи I, напряжение на приемнике U_v, мощность приемника P_п мощность источника ЭДС P_и и коэффициент полезного действия ή. Результаты расчета для 10 значений R_n записать в табл.3.2. Следует отметить, что резистор с номинальным значением 18 Ом может быть получен также, как было указано в лабораторных работах 1 и 2.

 

 

 

 

Таблица 3.1.

Номер варианта
Rвн, Ом	17.25		16.15	15.27	13.3	11.9

 

 

Таблица 3.2.

Задано	Вычислено
Rn, Ом	I, А	Un, В	Pn, Вт	Pи, Вт	ή
…
∞

 

2.3 По результатам вычислений построить совмещенные графики зависимостей Е_эк, U_n, P_n, P_и, ή и R_n/ R_вн от тока I.

 

На полученных графиках показать режимы холостого хода, короткого замыкания и согласованный режим работы. Расскажите, каким образом можно получить эти режимы экспериментально?

 

2.4 Определить для заданного варианта мощность приемника в согласованном режиме и показать, что она соответствует максимальной активной мощности пассивного двухполюсника.

Как Вы думаете, в каких электрических цепях используют согласованный режим работы?

 

2.5. Построить вольтамперные характеристики эквивалентного генератора в случае, когда R_п> > R_вн (источник ЭДС) и когда R_вн> > R_п (источник тока). Записать математически внешнюю характеристику реального источника электрической энергии.

 

 

3.Рабочее задание

 

3.1. Получить разрешение преподавателя на монтаж схемы.

 

3.2.Собрать схему (см.рис.3.1. и 3.2.) с заданным вариантом R_вн. В качестве R_вн по заданию преподавателя использовать резисторы, расположенные в правой нижней части стенда (Табл.3.1).

3.3 Пользуясь схемой рис.3.1, определить ЭДС источника Е_эк.

 

3.4 Подать напряжение на стенд.

 

 

3.5. Меняя сопротивление реостата R_n, получить режимы, близкие к рассчитанным в п.2.2 ( начальное положение ползунка – середина реостата; движение ползунка – вниз и вверх от середины ), исследуя при этом:

режим холостого хода(∞ ≤ R_п> R_согл) ;

режим, близкий к короткому замыканию (0 < R_n< R_согл );

режим оптимального согласования (R_п = R _вн = R_согл ) или согласованный режим.

Результаты измерений тока I и напряжения приёмника U_v записать в табл.3.3.

 

Таблица 3.3.

Измерено	Вычислено
Е, В	I, А	Uv, В	Rп, Ом		Pп, Вт	Pи, Вт	ή

 

3.6. Отключить напряжение от стенда.

 

3.7. Построить совмещенные графики зависимостей Е, U_v, P_п, P_и, ή от тока I.

 

3.8. Проанализировать режимы работы активного двухполюсника, сравнить опытные и расчетные данные.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Как оценивается эффективность передачи энергии электрической цепи?

2. Каким образом можно измерить ЭДС источника с помощью вольтметра?

3. Каково уравнение баланса мощностей электрической цепи, состоящей из источника электроэнергии и приемника?

4. В каком режиме источник электроэнергии развивает наибольшую мощность?

5. Что такое потери мощности и энергии в источнике питания и электрических сетях?

6. Почему выгодно передавать энергию на большие расстояния при высоком напряжении?

7. Как определить необходимое сечение проводов линии электропередачи?

 

Расчетные формулы:

U_п = E_экв - R_вн* I - напряжение на приемнике;

I = E_экв/( R_вн+ R_п) - ток в цепи;

P_п = R_п* I² = R_п* E_экв²/( R_вн+ R_п)² - мощность приемника;

P_и = E_экв* I = E_экв²/( R_вн+ R_п) - мощность источника ЭДС;

ή = Р_п / Р_п = R_п / (R_вн + R_п ) - коэффициент полезного действия;

R_n = U_n/I - сопротивление потребителя;

R_вн = (E_экв - U_n)/I - внутреннее сопротивление источника.

 

 

Библиографический список

 

1. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Академия, 2005, 539 с.

2. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 2003, 542 с.

3. Прянишников В. А. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах: Практическое пособие для высших и средних учебных заведений. М.: Корона, 2008, 366 с.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №-4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №-5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №-6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №-7

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ АЛЕКСАНДРА ГРИГОРЬЕВИЧА И НИКОЛАЯ ГРИГОРЬЕВИЧА СТОЛЕТОВЫХ

1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Россия в период правления Александра II. Либеральные реформы в 60-70-е гг. XIX в.
2. I. Специфика отношений “принципал – агент” применительно к государству.
3. II. Прочитайте предложения, перепишите их, выделив указательные местоимения. Переведите письменно предложения на русский язык.
4. Благодеяния Святителя Николая земле Русской в борьбе ее с первыми своими врагами и во время Батыева нашествия
5. Блаженная кончина Святителя Николая. Судьба Мирликийской церкви и гробницы Святителя Николая
6. В этом спокойствии приходит мудрость, а мудрость означает самореализацию. Никакое другое значение мудрости не применимо на пути искателя.
7. Внешняя политика Александра II
8. Внешняя политика Николая II (1901-1916 гг.)
9. Внутренняя политика Александра I (1801-1825 гг.)
10. Внутренняя политика Александра I в 1801— 1806 гг.
11. Внутренняя политика Александра Iв 1815 – 1825 гг.
12. Внутренняя политика Николая 1.