федеральное агенство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«южный федеральный университет»

Педагогический институт

Факультет технологии и предпринимательства

Лабораторный практикум на новом оборудовании по учебной дисциплине электротехника

Составитель: Еровенко В.Н.

Ростов-на-Дону

2008

Содержание

Краткое описание практикума Набор навыков и знаний дисциплин, необходимых для выполнения практикума Перечень дисциплин, в которых используются знания и навыки, полученные на практикуме Цели и задачи практикума Качественно новые задачи Правила работы в лаборатории и техника безопасности Общие методические рекомендации Оформление отчета по лабораторным работам Лабораторные работы. №1 «Изучение устройства и назначения лабораторного оборудования, электрические измерения». №2 «Исследование цепи постоянного тока». №3 «Исследование последовательной цепи переменного тока». №4 «Трехфазные цепи переменного тока». № 5 «Аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки на звезду и на треугольник». №6 «Однофазный трансформатор устройство и принцип действия». №7 «Моделирование плоскопараллельных электростатических и магнитных полей током в проводящем листе». №8 «Изучение диодов, и схем выпрямления однофазного и трехфазного переменного тока», «Источники питания». № 9 «Испытание трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором». №10 «Испытание генератора постоянного тока». №11 «Разомкнутый электропривод. Преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором» №12 «Действие электрического тока на человека в жилых и учебных помещениях. Электробезопасность». №13 «Изучение двигателей постоянного тока». Список рекомендуемой литературы

4 6 6 6 8 10 12 14 15 15 34 47 66 78 89 106 114 133 141 184 207 232 259

Краткое описание практикума

Подготовка студентов факультета «Технологии и предпринимательства» по предмету «Электротехника» предполагает формирование практических навыков выбора, настройки, регулировки и применения приборов и других технических средств исследования. Освоения приемов, методов и способов выявления, наблюдения, измерения и контроля свойств объектов изучения.

Лабораторный практикум – это потенциально наиболее значимый и результативный компонент естественнонаучной, общей профессиональной и специальной подготовки в области техники и технологий, предназначенный для приобретения навыков работы на реальном оборудовании, с аналогами которого будущему специалисту, возможно, придется иметь дело в своей практической деятельности.

Лаборатория рассчитана на одну учебную группу до 16 человек. Лабораторные занятия проводятся бригадами по 2 человека, работы выполняются по графику. В состав лаборатории входят 8 универсальных стендов.

Эффективность данного вида занятий во многом определяется возможностями лаборатории. Основными компонентами компьютеризованного варианта являются:

• блоки генераторов напряжений;

• наборные панели;

• наборы миниблоков;

• наборы трансформаторов;

• блоки мультиметров;

• коннекторы;

• соединительные провода и перемычки, питающие кабели;

• наборы миниблоков для исследования электромагнитных полей;

• наборы планшетов для моделирования электрических и магнитных полей;

• наборы устройств для исследования поверхностного эффекта и эффекта близости.

Виртуальный лабораторный практикум – представляет собой комбинацию реального оборудования в той части, которая непосредственно контактирует с оператором, и компьютерных моделей, предназначенных для формирования возмущающих и тестовых воздействий. При этом центр тяжести в приобретении студентами практических навыков лежит на организации качественного проведения лабораторно-практических занятий. Достижение их невозможно без лабораторных образцов объектов изучения. Замена лабораторных образцов цифровым моделированием их характеристик не приближает студентов к поставленным целям, так как исключает непосредственный контакт с физическими образцами оборудования.

Практика показывает, что традиционные учебные лаборатории не выполняют своей основной функции, состоящей в том, чтобы научить студентов постановке, проведению и обработке результатов экспериментов. Вместо этого студентам предлагается выполнить заданную последовательность действий по включению и отключению источников питания, записи показаний измерительных приборов, построению графиков.

Разработка данного практикума связывается нами с реализацией новых подходов к организации практических занятий студентов, на основе средств информационных и коммуникационных технологий.

Успешное выполнение лабораторных работ может быть достигнуто в том случае, если экспериментатор отчетливо представляет себе цель эксперимента и ожидаемые результаты, поэтому важным условием обстоятельности проводимых исследований является тщательная подготовка к лабораторной работе.

Набор навыков и знаний дисциплин, необходимых для выполнения практикума:

базируется главным образом на предметах: Физика (разделы «Электричество и магнетизм», «Колебания и волны»); Высшая математика (разделы «Дифференциальное и интегральное исчисления», «Векторный анализ», «Теория функций комплексного переменного») и Основы ин­форматики и вычислительной техники (разделы «Вычислительные методы решения дифференциальных уравнений», операции с матрицами), должен опираться на современную элементную базу, аналоговые и цифровые устройства.

В результате выполнения практикума студент должен приобрести навыки постановки эксперимента по разделам:

• линейные и нелинейные цепи постоянного и переменного тока;

• трехфазные электрические цепи;

• резонанс в последовательных и параллельных цепях;

• эксплуатация электроизмерительных приборов;

• эксплуатация трансформаторов;

• электрических машин постоянного тока;

• аппаратуры управления;

• по выполнению несложных электромонтажных работ.

Перечень дисциплин, в которых используются знания и навыки, полученные на практикуме: «Электрорадиотехника», «Электрорадиотехническое конструирование», «Техническое творчество», «Практикум по профессии», «Электрооборудование АТС», «Робототехника», машиноведение.

Цели и задачи практикума:

• иллюстрация основных закономерностей электроники, знакомство с техникой эксперимента, теорией погрешностей и методами обработки экспериментальных данных, с устройством и принципом работы часто встречающихся измерительных приборов;

• углубление теоретических знаний и освоения приемов, методов и способов исследования объектов изучения;

• проверка правильности теоретических положений, рассмотренных на лекционных занятиях;

• повторение и закрепление теоретического материала;

• получение практического опыта в чтении и сборке электрических схем, а также работы с электрооборудованием;

• приобретение умения по работе с электроизмерительными приборами, обрабатывать полученные данные и на их основе делать выводы о характере исследуемых процессов;

• на основе составления отчетов по лабораторным работам получение навыков оформления электротехнической документации;

• получение практических навыков управления электротехническим оборудованием и технике безопасности при работе с ним;

• формирование у студентов необходимых навыков по методам анализа электрических, магнитных и электронных цепей;

• изучение принципов действия, свойств, областей применения и потенциальных возможностей основных электротехнических, электронных устройств и электроизмерительных приборов;

• основы электробезопасности; умения экспериментальным способом и на основе паспортных и каталожных данных определять параметры и характеристики типовых электротехнических и электронных устройств; использовать современные вычислительные средства для анализа состояния и управления электротехническими элементами, устройствами и системами.

Основными задачами:

1. Практическое закрепление полученных теоретических знаний. Только такое единство должно способствовать наиболее полному и целостному представлению об объекте изучения. Опыт всегда был критерием истины.

2. Приобретение навыков самостоятельной работы с реальным оборудованием. Когда это делается систематически при изучении различных учебных дисциплин будущей профессии, то постепенно вырабатывается ощущение профессионального проникновения в выбранную предметную область, исчезает боязнь «прикоснуться к железу».

3. Планирование и постановка эксперимента. С чего начинать? Какого результата следует ожидать? Какие параметры варьировать и в каких пределах?

4. Выбор оборудования для проведения эксперимент. Далеко не всегда доступно то оборудование, которое необходимо. Выбирать нужно уметь и этому тоже следует учиться.

5. Обработка и объяснение результатов эксперимента. Провести эксперимент – это только половина дела, нужно научиться современным математическим методам статистической обработки результатов эксперимента.

6. Сопоставление результатов теоретического анализа с экспериментальными данными.

Качественно новые задачи, возлагаемые на лабораторное оборудование нового поколения, требуют принципиально иных подходов к его созданию практикума.

Процесс изучения объекта должен быть единым во времени и пространстве и комплексным по содержанию, т.е. все этапы изучения должны быть реализованы на одном рабочем месте, в составе единого программно-технического и учебно-методического комплекса по соответствующей учебной дисциплине, обеспечивающего полную совокупность образовательных услуг (организационных, методических, теоретических, практических, экспериментальных, консультационных и пр.), необходимых и достаточных для самостоятельного изучения учебной дисциплины при минимальной консультационной поддержке преподавателя.

Единый по своей сути объект изучения не должен искусственно делиться на составные части (теоретическую, практическую, модельную, экспериментальную, расчетную), которые реализуются в различных местах (лекционных залах, групповых аудиториях, учебных лабораториях, дома, в библиотеке и т.д.) и часто не согласованно во времени. Все это не способствует эффективности усвоения изучаемого материала, но отражает сложившуюся практику и примитивный уровень используемых средств обучения.

Блочно-модульный принцип построения программных и технических подсистем заключающийся в том, что единый лабораторный комплекс создается в виде развиваемого набора функционально завершенных блоков и модулей. Такой подход позволяет легко конфигурировать и настраивать образовательные ресурсы под любые уровни подготовки специалистов. При этом легко наращиваются новые разделы, темы и объекты изучения, модернизируются старые в соответствии с требованиями заказчика или требованиями технического уровня.

Использование регуляторов и исполнительных механизмов – это устройства, воспроизводящие заданную логику управления (алгоритмы управления), и силовые устройства, реализующие воздействие на элементы экспериментальной установки или непосредственно на объект изучения в соответствии с заданным алгоритмом. Иногда эти понятия объединяют и говорят, например, «регулятор напряжения», понимая под этим и логику управления, и силовой элемент, например, в виде силового транзистора или реле (релейный регулятор напряжения).

Исполнительные механизмы достаточно разнообразны и обычно ориентированы на прикладные области применения:

• в электрорадиотехнике – это реле, контакторы, электродвигатели, электронные преобразователи частоты и напряжения и пр.

Общим требованием ко всем исполнительным механизмам является возможность их автоматического управления, что не всегда просто реализуется и требует иногда разработки уникальных силовых устройств.

Устройства сопряжения с объектом (УСО) предназначены для передачи и преобразования самой разнообразной информации от объекта изучения к обрабатывающим вычислительным средствам (микропроцессорам, компьютерам), а также для преобразования и передачи управляющих воздействий от вычислительных средств к объекту.

Правила работы в лаборатории и техника безопасности:

При работе в лаборатории электрорадиотехники и электроники студент должен строго выполнять следующие правила:

1. Приступая в лаборатории к работе, ознакомиться с правилами внутреннего распорядка и техники безопасности.

2. Пройти инструктаж по технике безопасности и расписаться в журнале.

3. При работе в лаборатории категорически запрещается приносить с собой вещи и предметы, загромождающие рабочие места.

4. В лаборатории запрещается громко разговаривать, оставлять рабочее оборудование, переходить от одного стенда к другому.

5. Приступая к работе в лаборатории, студенческая группа делится на бригады, которые затем распределяются по лабораторным стендам.

6. Лабораторная работа, пропущенная студентом, выполняется по особому расписанию.

7. Сборку электрической цепи производят соединительными проводами при выключенном напряжении питания в строгом соответствии со схемой, представленной в лабораторном практикуме, обеспечивая при этом надежность электрических контактов всех разъемных соединений.

8. Приступая к сборке электрической цепи, необходимо убедиться в том, что напряжение отсутствует.

9. При сборке электрической цепи необходимо следить затем, чтобы соединительные провода не перегибались и не скручивались петлями.

10. Собранная электрическая цепь предъявляется для проверки преподавателю или лаборанту.

11. Включение электрической цепи под напряжение (после проверки) производится только с разрешения и в присутствии преподавателя или лаборанта.

12. При обнаружении неисправностей в электрической цепи необходимо немедленно отключить ее от питающей сети и доложить об этом преподавателю или лаборанту.

13. Переключения и исправления в собранной электрической цепи разрешается производить только при отключенном напряжении питания.

14. Запрещается прикасаться пальцами, карандашами и другими предметами к оголенным токоведущим частям электрической цепи.

15. При работе с конденсаторами следует помнить, что на их зажимах, отключенных от сети, некоторое время сохраняется электрический заряд.

16. При обнаружении повреждений электрического оборудования и приборов стенда, а также при появлении дыма, специфического запаха или искрения необходимо немедленно выключить напряжение питания стенда и известить об этом преподавателя или лаборанта.

17. После выполнения лабораторной работы необходимо выключить напряжение питания стенда, разобрать исследуемую электрическую цепь и привести в порядок рабочее место.

18. В случае поражения человека электрическим током необходимо немедленно обесточить стенд, выключив напряжение питания. При потере сознания и остановке дыхания необходимо немедленно освободить пострадавшего от стесняющей его одежды и делать искусственное дыхание до прибытия врача.

Общие методические рекомендации:

Методика лабораторных работ построена на следующих дидактических принципах:

• усиление практической направленности;

• реализация личностно- ориентированного подхода;

• использование информационных технологий;

• учет общности методов научного и учебного познания, интеграция теоретических и эмпирических знаний.

Подготовка к лабораторным работам. Лабораторные работы в группах проводятся в соответствии с расписанием учебных занятий.

Студент должен руководствоваться следующими положениями:

1. предварительно ознакомиться с графиком выполнения лабораторных работ;

2. внимательно ознакомиться с описанием соответствующей лабораторной работы и установить, в чем состоит основная цель и задача этой работы;

3. по лекционному курсу и соответствующим литературным источникам изучить теоретическую часть, относящуюся к данной лабораторной работе;

4. до проведения лабораторной работы подготовить в рабочей тетради соответствующие схемы, шаблоны для построения графиков, таблицы наблюдений и расчетные формулы;

5. неподготовленные студенты к выполнению лабораторной работы не допускаются.

Практикум по лабораторно-практи­ческим занятиям разрабатывался с учетом наработанных методик лабораторных экспериментов и содержанием теоретических за­нятий. Обработка экспериментальных данных, вычислительные экспе­рименты, а также отдельные расчеты и проверка результатов рас­четов проводится с использованием Технического справочного руководства по DAQ-STC (DAQ-STC Technical Reference Manual).

Много внимания уделено обучению студентов, сос­тавлению всех видов отчетных материалов, грамотному написанию, оформлению и защите студентами отчетов по лабораторным работам, типовых расчетов.

Подготовка студентов факультета «Технологии и предпринимательства» по предмету «Объединение электронной автоматики» предполагает формирование практических навыков выбора, настройки, регулировки и применения приборов и других технических средств исследования. Освоения приемов, методов и способов выявления, наблюдения, измерения и контроля свойств объектов изучения.

Лабораторный практикум – это потенциально наиболее значимый и результативный компонент естественнонаучной, общей профессиональной и специальной подготовки в области техники и технологий, предназначенный для приобретения навыков работы на реальном оборудовании, с аналогами которого будущему специалисту, возможно, придется иметь дело в своей практической деятельности.

Оформление отчета по лабораторным работам.

По каждой выполненной работе в рабочей тетради составляют отчет, руководствуясь следующими положениями:

1. указать название и порядковый номер лабораторной работы, а также кратко сформулировать цель работы;

2. указать тип и номинальные данные испытуемых электрических машин и аппаратов, а также пределы измерений, класс точности и системы измерительных приборов,

3. схемы и графики вычертить с соблюдением принятых стандартных условных обозначений;

4. графические зависимости дать в прямоугольной системе координат в масштабе, с равномерными шкалами;

5. произвольный перенос начала координат не допускается;

6. на графиках необходимо наносить экспериментальные точки;

7. отчет по каждой лабораторной работе должен содержать основные выводы.