Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

5_M_u_Labor_rab.docx

Скачиваний:

Добавлен:

01.05.2025

Размер:

985.31 Кб

Скачать

☆

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Орский индустриальный колледж»

г. Орска Оренбургской области

СОГЛАСОВАНО	УТВЕРЖДАЮ
Заместитель директора по УР ______________ С.В. Селезнева	Директор ГБОУ СПО «ОИК»
«____» _______________ 2013 г.	___________ Г.А. Вереницина

Методические указания по выполнению лабораторных работ

для студентов 2 курса

по дисциплине ОП 05. Теория электрических цепей

для специальности: 210723 Сети связи и системы коммутации с направлением углубленной подготовки «Цифровые технологии в сетях связи и системах коммутации».

Разработал преподаватель: О.А.Нецветаева

Одобрено предметной (цикловой) комиссией электротехнических дисциплин и связи.

Протокол № ____ от «___» ______________ 2013 года

Председатель ____________ __ М.А. Махеня _

2013

Лабораторная работа №1 по дисциплине ОП 05. Теория ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Тема: «Электрические цепи».

Цель работы: Изучение электрических цепей, видов, их элементов.

Оснащение

1. Электрическая цепь,

2. Схема электрической цепи.

Основные теоретические положения

Электрическая цепь – это совокупность устройств и объектов, образующих путь электрического тока. Отдельное устройство, входящее в состав электрической цепи и выполняющее в ней определенную функцию, называется элементом электрической цепи.

Электрические цепи можно классифицировать: по виду тока – цепи постоянного и переменного тока; по составу элементов – цепи активные и пассивные. Цепи линейные и нелинейные; по характеру распределения параметров – цепи с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Электрические цепи переменного тока, кроме того различают по числу фаз – однофазные, многофазные (в основном трехфазные).

Простейшая электрическая цепь (рис.1) состоит из трех основных элементов: источника энергии 1, приемника электрической энергии 2, соединительных проводов 3.

Рис.1

Кроме основных элементов в электрические цепи входят различные вспомогательные элементы для управления, защиты, регулирования, контроля. Они так же как и основные, включаются в цепь с помощью проводов.

Источник электрической энергии – это преобразователь какого- либо вида неэлектрической энергии в электрическую. В настоящее время основной вид такого преобразователя –электромеханический генератор, преобразующий механическую энергию в электрическую.

На ТЭС работают турбогенераторы – электрические машины, приводимые в движение тепловыми (паровыми и газовыми турбинами). На ГЭС установлены гидрогенераторы - электрические машины, с приводом от гидравлических турбин. Турбогенераторы и гидрогенераторы – машины переменного тока.

Для цепей постоянного тока применяются электромеханические генераторы постоянного тока. Преобразователи химической энергии в электрическую – гальванические элементы и аккумуляторы.

Приемники электрической энергии преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую, химическую (аккумуляторы при зарядке).

В электрических цепях и их схемах различают последовательное (рис.2а) и параллельное (рис.2б) соединения элементов.

На схемах:

- гальванический элемент (аккумуляторная батарея), - генератор, - резистор,

- регулируемый резистор (с переменным сопротивлением).

Порядок выполнения работы

1.Изучить теоретический материал.

2.Выполнить задания.

Задание 1. Составить схему электрической цепи, в которой к аккумуляторной батарее присоединены три резистора. Один регулируемый, включен последовательно к группе из двух нерегулируемых, соединенных между собой параллельно. В схеме предусмотрен выключатель, измерение общего тока в цепи и напряжения на зажимах батареи.

Задание 2. Составить схему электрической цепи, в которой четыре резистора (один из них регулируемый) образуют замкнутый контур в виде четырехугольника. В одной диагонали четырехугольника – гальванический элемент, присоединенный к цепи через выключатель, в другой находится лампа, тоже присоединенная через выключатель.

Задание 3. Составить схему электрической цепи, в которой последовательно включены два нерегулируемых резистора, аккумуляторная батарея и генератор постоянного тока. В схеме предусмотрено измерение тока, измерение напряжения на зажимах батареи и генератора одним вольтметром с помощью переключателя.

Задание 4. Составить схему электрической цепи, в которой генератор постоянного тока и аккумуляторная батарея, включенные параллельно, снабжают внешнюю часть цепи, состоящей из трех нерегулируемых резисторов, включенных также параллельно. Каждый элемент цепи присоединяется к остальной цепи переключателем. В схеме предусмотреть измерение общего U, тока в каждом источнике и общего тока приемников энергии.

Контрольные вопросы

Как можно классифицировать электрические цепи?
Какие могут быть виды преобразования энергии?

Лабораторная работа №2 по дисциплине ОП 05. Теория ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Тема: «Режимы работы электрической цепи».

Цель работы: Изучение режимов работы электрических цепей.

Оснащение

1. Электрическая цепь,

2. Схема электрической цепи.

Основные теоретические положения

Режим работы электрической цепи, т.е. ее электрическое состояние, определяется величинами токов, напряжений и мощностей ее отдельных элементов. Источники и приемники электрической энергии, провода и т.д. характеризуются номинальными величинами Iн, Uн, Pн и т.д., на которые эти устройства рассчитаны заводами- изготовителями для нормальной работы. Режим работы, при котором действительные токи и т.д. элементов электрической цепи соответствуют их номинальным величинам, называется номинальным (нормальным)

Если в электрической цепи действительные характеристики режима отличаются от номинальных величин ее элементов, но отклонения находятся в допустимых пределах, то режим называется рабочим.

Рис.1 Схема цепи с переменным сопротивлением приемника энергии.

Применяя к цепи рис.1 закон сохранения энергии уравнение энергетического баланса имеет вид: (1)

где - энергия источника, - энергия приемника, - энергия потерь источника ( , где r – внутреннее сопротивление источника). И тогда уравнение энергетического баланса имеет вид: (2)

уравнение баланса мощностей: (3)

уравнение баланса напряжений: (4)

где - внутреннее падение напряжения в источнике, - напряжение на внешних зажимах источника.

Ток в цепи: (5)

Напряжение на внешних зажимах источника меньше э.д.с. источника на величину внутреннего падения напряжения : (6)

Отношение мощности Рп приемника к мощности Ри источника называется коэффициентом полезного действия источника или через отношение напряжения на зажимах источника к его э.д.с.:

(7)

При , тока в цепи не будет (цепь разомкнута). Режим электрической цепи, при котором ток равен нулю, называется режимом холостого хода. При этом режиме напряжение на внешних зажимах источника равно его э.д.с.: .

При , , а напряжение на зажимах источника и приемника: .

Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок с одним или несколькими элементами. В связи с чем напряжеие на этом участке равно нулю, называется режимом короткого замыкания.

При режиме к.з.токи, как правило, в несколько раз превышают номинальные величины, что ведет к резкому увеличению выделения тепла в токоведущих частях.

Порядок выполнения работы

1.Изучить теоретический материал.

2.Выполнить задание.

Задание. На схеме цепи рис.1 э.д.с. источника Е=24 В, его внутреннее сопротивление

r=1 Ом. Вычислить, заполнить таблицу 1 и построить графики зависимости от тока в цепи: U на зажимах источника, мощности Ри, мощности приемника Рп, мощности потерь Ро, к.п.д. ή источника, если будем изменять R реостата согласно варианта:

Таблица 1

	1 вариант					2 вариант
R, Ом	∞	23	11	7	5	3	2	1	0,2	0
I, А
U, В
Ри, Вт
Рп, Вт
Ро, Вт
ή , %

Контрольные вопросы

Какие могут быть последствия, если ток (напряжение и т.д.) в цепи превышают номинальные?
Как из формулы 2) получены формулы 3) и 4)?
Каковы последствия режимов к.з. или холостого хода?
При каком соотношении между R и r мощность приемника получится наибольшей?

Лабораторная работа №3 по дисциплине ОП 05. Теория ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Тема: «Индуктивные элементы цепи».

Цель работы: Изучение параметров катушки индуктивности.

Оснащение

1. Электрическая цепь с катушкой индуктивности,

2. Схемы эл. цепи с катушкой индуктивности при постоянном и переменном токе.

Основные теоретические положения

Все катушки, линии электропередачи и другие устройства, кроме индуктивности L имеют и активное сопротивление. Но в отдельных случаях активным сопротивлением и емкостью можно пренебречь из-за их малости. Например, ненагруженный трансформатор в схеме замещения в ряде случаев может быть представлен только своей индуктивностью.

В катушке при изменении тока возникает э.д.с. самоиндукции, пропорционально скорости изменения тока di / dt. Она противодействует изменению тока, т.е. при увеличении тока препятствует его росту, а при уменьшении задерживает его падение. Но это противодействие зависит не только от скорости изменения тока, но и от конструкции электромагнитного устройства – индуктивности этого устройства.

При отсутствии активного сопротивления приложенное к катушке напряжение уравновешивается только э.д.с. самоиндукции, поэтому в соответствии со вторым законом Кирхгофа в любой момент времени:

И напряжение:

Действующая величина напряжения определяется из уравнения:

Где и - максимальные величины (амплитуды).

Реактивное сопротивление катушки будет определяться по формуле: ХL = ωL (Ом). По закону Ома:

Мгновенная мощность цепи будет определяться по формуле: ,

или: .

Порядок выполнения работы

1.Изучить теоретический материал.

2.Выполнить задание.

Задание 1. Катушка имеет индуктивность L= 15,9 мГн. Активное сопротивление R=0.

Заполнить таблицу и построить график зависимости индуктивного сопротивления и тока в катушке от частоты приложенного напряжения, если действующее значение напряжения U=100 В остается неизменным. Изменение частоты дано в таблице №1.

Таблица №1

, Гц	0,25	50	100	500	1000	10000
ХL, Ом
I, А

Задание 2. К катушке с индуктивностью L= 25,5 мГн приложено переменное напряжение

. Определить мгновенную мощность в цепи через промежуток времени 0,025с после начала отсчета.

Задание 3. Для определения параметров катушки R и L ее включили сначала в цепь постоянного тока схема рис.1(а), а затем в цепь переменного тока с частотой =50 Гц схема рис.1(б).

При постоянном токе I1=4 А, вольтметр показал U1=12 В, а при переменном I2=5 А, вольтметр показал U2=25 В. Определить активное сопротивление и индуктивность катушки. А при переменном токе активную, реактивную и полную мощности.

Рис.1

Контрольные вопросы

1.Какие свойства проявляет катушка при подключении в цепь постоянного тока?

2.Как соотносятся амплитуда гармонической величины напряжения (тока) и действующее значение величины?

Лабораторная работа №4 по дисциплине ОП 05. Теория ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Тема: «Цепи переменного тока».

Цель работы: Изучение цепи переменного тока при последовательном соединении элементов R, L и С.

Оснащение

1. Электрическая цепь с последовательным соединением элементов R, L и С.

2. Схемы замещения эл. цепи.

Основные теоретические положения

При последовательном соединении катушки и конденсатора на расчетной схеме каждый из этих элементов цепи может быть представлен активным и реактивным сопротивлениями или активной и реактивной проводимостями.

Рис.1. Схемы замещения катушки и конденсатора при последовательном соединении.

Для определения напряжения на участках цепи и мощности при известных параметрах катушки R1, L и конденсатора R1, С, если ток в цепи ,определим величину общего напряжения как сумму мгновенных напряжений на отдельных элементах схемы:

Учитывая, что по фазе активные и реактивные напряжения не совпадают, общее напряжение получается векторным сложением:

Определяем величины векторов:

В зависимости от соотношения величин реактивных сопротивлений индуктивности и емкости могут быть три случая.

Для случая ХL>Хс векторная диаграмма будет иметь вид рис.2.

Рис.2.

Векторная сумма напряжений дает общее напряжение в цепи. Вместе с тем вектор U является гипотенузой прямоугольника напряжений. Катеты которого – активное и реактивное напряжения цепи (Uа и Uр). Т.к. векторы активных составляющих напряжения направлены в одну сторону, их численные значения складываются:

Uа = U1R + U2R.

Векторы реактивных составляющих напряжения направлены по одной прямой в противоположные стороны, поэтому им придают разные знаки: реактивное напряжение индуктивности считают положительным, а напряжение емкости – отрицательным:

Uр = UL - UС.

При одинаковом токе во всех элементах цепи UL > UС. Ток отстает от общего напряжения по фазе на угол φ. Из треугольника напряжений следует:

, или U =

или ,

где - полное сопротивление цепи.

Порядок выполнения работы

1.Изучить теоретический материал.

2.Выполнить задание.

Задание 1. В схеме рис.1 включены: конденсатор емкостью С = 3,4 мкФ, катушка с активным сопротивлением R=50 Ом и индуктивностью L=29,8 мГн подключены последовательно к генератору с напряжением U =200 В и частотой 250 Гц. Определить ток, активную, реактивную и полную мощности катушки, конденсатора и всей цепи,

Рис.1.

1.Находим реактивные сопротивления катушки индуктивности и емкости, а затем и полное сопртивление ( по формуле ). После чего по закону Ома вычислим ток в цепи.