5327

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Хабаровская государственная академия экономики и права»

Коммерческий факультет

Кафедра естественнонаучных дисциплин

С.В. Власьевский, О.А. Клинкова

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Учебное пособие по выполнению лабораторных работ

Хабаровск 2008

ББК Ж В 58

Рецензенты: Дальневосточный филиал ФГУП ВНИИФТРИ

(ученый секретарь доктор физико-математических наук В. А. Луговой)

доцент кафедры электротехники, электроники и электромеханики Дальневосточного государственного университета путей сообщения, кандидат технических наук, доцент В. В. Кульчицкий

Власьевский С.В., Клинкова О.А.

В58 Электротехника и электроника : учебное пособие по выполнению лабораторных работ / С. В. Власьевский, О. А. Клинкова. – Хабаровск : РИЦ ХГАЭП, 2008. – 60 с.

Соответствует дисциплине «Электротехника и электроника» по государственному образовательному стандарту профессионального образования специальностей 271200 «Технология продуктов общественного питания» и 351100 «Товароведение и экспертиза потребительских товаров».

Рассмотрены сведения по методике выполнения лабораторных работ, предназначенных для практического закрепления основных лекционных разделов дисциплины «Электротехника и электроника»: цепи постоянного, однофазного и трёхфазного синусоидальных токов, магнитные цепи, трансформаторы, электрические машины, полупроводниковые и электронные приборы, электронные усилители, электрические измерения и приборы.

В краткой форме изложен теоретический материал и контрольные вопросы для подготовки к зачёту.

Предназначен для студентов 2 и 3-го курсов всех форм обучения.

Утверждено издательско-библиотечным советом академии в качестве учебного пособия для студентов

© Хабаровская государственная академия экономики и права, 2008

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………..….. 4

1.Организация проведения лабораторных работ…………………………. 5

2.Техника безопасности выполнения лабораторных работ…………...…. 6

3.Общие указания по выполнению лабораторных работ……………...…. 7

4.Обработка результатов эксперимента и оформление отчёта по лабораторной работе………………………………………..…………….. 8

Лабораторная работа № 1 Исследование линейных электрических цепей постоянного тока…………………………………………………………….. 10 Лабораторная работа № 2 Исследование разветвлённых электрических цепей постоянного тока с несколькими источниками энергии………...… 14 Лабораторная работа № 3 Исследование линии электропередачи постоянного тока…………………………………………………………..… 17 Лабораторная работа № 4 Исследование активного и реактивных сопротивлений электрической цепи переменного тока…...……………… 22 Лабораторная работа № 5 Исследование последовательного соединения

R, L, C элементов электрической цепи переменного тока……………...… 25 Лабораторная работа № 6 Исследование параллельного соединения R,

L, C элементов электрической цепи переменного тока………………..…. 28 Лабораторная работа № 7 Определение активной, реактивной и полной мощностей и энергий в цепи переменного тока………………………...… 32 Лабораторная работа № 8 Исследование индуктивно-связанных вторичных обмоток трансформатора………………………………………. 34 Лабораторная работа № 9 Исследование характеристик магнитного

поля и его магнитных цепей……………………………………………...… 38 Лабораторная работа № 10 Исследование трёхфазной цепи при соединении нагрузки звездой……………………………………………..... 41 Лабораторная работа № 11 Исследование генератора постоянного тока параллельного возбуждения……………………………….……………….. 44 Лабораторная работа № 12 Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором……………………………...…… 48 Лабораторная работа № 13 Исследование полупроводникового диода………………………………………………………………………….. 51 Лабораторная работа № 14 Определение погрешностей измерения электроизмерительных приборов………………………………………....... 55 Заключение…………………………………………………...……………… 58 Библиографический список………………………………………………… 59

3

ВВЕДЕНИЕ Электротехника и электроника как технические области науки находят

широкое применение в различных устройствах промышленности и транспорта. Особенно многочисленными из этих областей являются устройства, основанные на теории переменного тока, электрические машины и электронные устройства. Закрепление теоретического материала по такой дисциплине лучше всего выполнять на физических моделях в виде лабораторных стендов.

Настоящее пособие содержит методику выполнения лабораторных работ, в которой изложены общие теоретические сведения и рекомендации по изучению с помощью физических моделей цепей постоянного и переменного токов, устройства и принципа действия электрических машин, трансформаторов, полупроводниковых приборов, электронных усилителей, электрических измерений и измерительных приборов, а также снятие и расчёта их основных характеристик.

Впособии представлены 14 лабораторных работ:

1.Исследование линейных электрических цепей постоянного тока.

2.Исследование разветвлённых электрических цепей постоянного тока с несколькими источниками энергии.

3.Исследование линии электропередачи постоянного тока.

4.Исследование активного и реактивных сопротивлений электрической цепи переменного тока.

5.Исследование последовательного соединения R, L, C элементов электрической цепи переменного тока.

6.Исследование параллельного соединения R, L, C элементов электрической цепи переменного тока.

7.Определение активной, реактивной и полной мощностей и энергий в цепи однофазного переменного тока.

8.Исследование индуктивно-связанных вторичных обмоток трансформатора.

9.Исследование характеристик магнитного поля и его магнитных цепей.

10.Исследование трёхфазной цепи при соединении нагрузки звездой.

11.Исследование генератора постоянного тока параллельного возбуждения.

12.Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

13.Исследование полупроводникового диода.

14. Определение погрешностей измерения электроизмерительных приборов.

Для успешного выполнения лабораторных работ помимо рекомендуемой литературы и теоретических сведений, изложенных в данном пособии, в конце каждой лабораторной работы приведены вопросы для подготовки к выполнению и защите работ.

4

1. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторные работы по электротехнике и электронике знакомят студентов с методикой выполнения лабораторных работ, предназначенных для практического закрепления основных лекционных разделов дисциплины «Электротехника и электроника»: цепи постоянного, однофазного и трёхфазного переменных токов, магнитные цепи, трансформаторы, электрические машины, полупроводниковые и электронные приборы, электрические измерения и приборы.

Работы позволяют экспериментально проверить основы теории электротехники и электроники, получить навыки по сборке электрической схемы, состоящей из активных и реактивных элементов нагрузки, источника питания и измерительных приборов.

Непосредственное участие в проведении лабораторной работы вырабатывает у студентов практические знания по методике проведения опытов и обработке их результатов. Полученные результаты лабораторного исследования позволяют научить студентов правильно оценивать свойства и возможности работы схемы.

Важнейшим условием получения хороших практических знаний является предварительная подготовка студентов к каждой лабораторной работе, а также понимание цели и содержания работы. Поэтому перед выполнением лабораторных работ студент должен изучить её содержание и порядок выполнения, повторить основы теории по конкретной схеме опыта, связанного с выполнением данной работы, подготовить таблицы для занесения результатов измерения и расчётов.

Студент должен иметь отдельную рабочую тетрадь для записей измерений и расчётов. На основании этих записей он оформляет отчёт о проделанной работе, выполненный в соответствии с требованиями стандарта. Лабораторные работы выполняются бригадами студентов по 3–4 человека. В процессе работы каждый член бригады выполняет определённые обязанности, которые необходимо менять так, чтобы все члены бригады приобрели навыки по различным видам лабораторного исследования.

Лабораторная работа завершается составлением отчёта и сдачей зачёта по ней. Работа принимается к рассмотрению, если отчёт содержит необходимые схемы, таблицы и графики зависимостей, построенные по данным таблицы. Оформление отчёта должно быть выполнено правильно и аккуратно. Лабораторная работа засчитывается, если кроме правильно выполненного и оформленного отчёта студент ответил на вопросы преподавателя, обнаружив знания устройства и принципа действия объекта лабораторного исследования и понимание процессов, объясняющих полученные результаты.

5

2.ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторные стенды в лаборатории электротехники являются действующими электроустановками, отдельные элементы которых находятся под напряжением. При определённых условиях, возникающих из-за нарушения установленных правил, лабораторные стенды могут стать источником поражения человека электрическим током. При соприкосновении руками с двумя токоведущими неизолированными элементами лабораторной установки, находящимися под напряжением, через тело человека проходит электрический ток. При достижении опасных значений этот ток приводит либо к сильным ожогам, либо к тяжёлым поражениям нервной, сердечной и дыхательной систем организма человека. Последствия поражения электрическим током бывают тяжёлые и могут привести к смертельному исходу.

Находясь в лаборатории возле стендов, необходимо помнить, что многие элементы схемы лабораторной установки, находящиеся под напряжением, доступны для прикосновения, поэтому студенты в лаборатории должны соблюдать исключительную осторожность и правила техники безопасности:

-студент, находясь в лаборатории, должен быть предельно дисциплинированным и внимательным; беспрекословно выполнять все указания преподавателей и лаборантов; находиться непосредственно у исследуемой лабораторной установки;

-запрещается подходить к другим установкам, распределительным щитам и пультам и делать на них какие-либо включения или переключения; включать схему под напряжение, если кто-нибудь касается её неизолированной токоведущей части; производить какие-либо пересоединения схемы, находящейся под напряжением; оставлять без наблюдения лабораторную установку или отдельные приборы под напряжением;

-при перемещениях движков и рукояток пускорегулирующей аппаратуры необходимо следить за тем, чтобы рука была в соприкосновении только с изолированной рукояткой;

-если схема содержит конденсаторы, то после её отключения необходимо разрядить конденсатор, замкнув накоротко выводы какимлибо проводником;

-о всех замеченных случаях неисправности в работе лабораторных установок и нарушения правил техники безопасности каждый студент должен немедленно доложить преподавателю;

-если произошёл несчастный случай, лабораторную установку следует немедленно отключить, оказать пострадавшему первую помощь и сообщить об этом преподавателю;

Инструктаж по технике безопасности должен быть зафиксирован в специальном журнале, где каждый студент должен расписаться.

6

3.ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторные работы, связанные с исследованием схем электротехники и электроники, отличаются разнообразными измерениями как количественных (число), так и качественных (кривые процессов) электрических величин, напряжения и мощности. Кроме того, в ходе эксперимента выполняют различные регулировки и переключения, связанные с изменениями режимов работы (холостой ход, нагрузка, короткое замыкание и т. д.), поэтому заданная программа лабораторной работы может быть успешно выполнена в отведённое для этого время только при условии тщательной подготовки и продуманных действий всех членов бригады студентов при выполнении работы. При этом имеется в виду не только проведение эксперимента, но и обработка полученных результатов и составление отчёта по лабораторной работе.

Получив разрешение преподавателя, бригада студентов приступает к выполнению лабораторной работы. Вначале необходимо ознакомиться с номинальными данными исследуемого объекта (электрической схемы) и записать их в рабочую тетрадь, а затем выяснить расположение элементов объекта, измерительных приборов и пускорегулирующей аппаратуры, предназначенных для выполнения эксперимента. При выборе предела измерения прибора наибольшему значению измеряемой величины надо выбирать и соответствующий ряд измеряемых токов и напряжений (постоянный или переменный).

При сборке схемы надо придерживаться следующего правила: сначала выполнить все соединения в последовательной (главной) цепи, т. е. соединить все элементы схемы, включая и приборы, предназначенные для последовательного включения (амперметры, обмотки трансформатора, нагрузку), а затем присоединить элементы схемы параллельного включения (вольтметры, параллельные обмотки индуктивных катушек, электрических машин и т. п.). Такой приём позволяет сознательно подойти к оценке назначения каждого элемента схемы и тем самым избежать ряда ошибок при сборке схемы.

При сборке схемы нужно по возможности избегать перекрещивания проводов и на один зажим присоединять не более трёх проводов. Все соединения проводов должны быть надёжными. Следует помнить, что отыскание нарушенного контакта часто отнимает больше времени, чем тщательное присоединение проводов. После сборки схему надо проверять, при этом если сборку схемы выполняет один студент, то проверять её должен другой.

Собранную схему нужно показать для проверки преподавателю или лаборанту и только с их разрешения произвести пробное включение лабораторной установки. При этом необходимо обратить внимание на показа-

7

ния приборов. В цепи постоянного тока при использовании прибора магнитоэлектрической системы возможно отклонение стрелки влево от нуля. В этом случае, отключив установку от напряжения, следует поменять местами подходящие к прибору провода. Если пробное включение показало, что все элементы схемы работают нормально и приборы не замыкают (т. е. не превышают установленных измеряемых величин), то можно приступить к проведению эксперимента.

Отчёты по всем измерительным приборам следует вести по возможности одновременно. Поэтому между членами бригады студентов должны быть заранее распределены обязанности по снятию показаний измерительных приборов и регулировке параметров установки.

Нельзя делать перерывы в начатой серии наблюдений. Показания приборов записывают в заранее заготовленных таблицах с необходимым количеством граф, в точном соответствии с единицами измерений, указанными на шкале или дисплее прибора. Никаких пересчётов показаний на другие единицы во время опыта делать нельзя.

По окончании эксперимента, не разбирая схемы, необходимо выполнить все необходимые расчёты и на заранее заготовленной координатной сетке нанести точки будущих графиков и соединить их плавной кривой линией. Затем нужно внимательно проанализировать полученные результаты эксперимента, сравнив их с номинальными данными установки и с основными положениями теории исследуемого объекта, а также проверить реальность полученных результатов. В зависимости от правильности этих результатов преподаватель даёт указание либо на окончание эксперимента и разбор схемы, либо на повторение эксперимента.

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Каждый студент должен самостоятельно обработать результаты выполняемых им опытов и составить отчёт о проделанной лабораторной работе.

Отчёт должен помимо названия кафедры, номера и названия лабораторной работы, индекса учебной группы и фамилии с индексами имени и отчества содержать следующие сведения:

-программу (порядок) выполнения лабораторной работы;

-электрическую схему работы;

-таблицы с записью результатов проведённых опытов и выполненных вычислений;

-расчётные формулы, по которым выполнялись вычисления;

-диаграммы и графики зависимостей;

-заключения о проведённой работе.

8

Все схемы, таблицы и графики, приводимые в отчёте, должны иметь наименования. Схемы соединений, таблицы, диаграммы и графики зависимостей следует выполнять карандашом с помощью линейки с обязательным соблюдением требований ГОСТ на условные обозначения элементов схем и на обозначения единиц измерения.

Диаграммы и графики зависимостей следует вычерчивать по координатным стрелкам, желательно на миллиметровой бумаге размером не менее 100×100 мм. По координатным осям наносят деления с одинаковыми интервалами, соответствующие откладываемым величинам в принятых единицах измерения. У каждой координатной оси должны быть указаны условное буквенное обозначение откладываемой величины и единица её измерения. Если величины на координатных осях отложены в определённом масштабе с указанием числовых отметок, то на концах этих осей стрелок ставить не следует. Если в одних координатных осях строится несколько графиков, представляющих собой функциональную зависимость ряда величин от одной независимой переменной, то параллельно основной оси ординат, пересечение которой с осью абсцисс принято за начало координатных осей, проводят дополнительные оси координат. Каждую из этих осей выполняют со своим масштабом и своими единицами измерения. При построении зависимостей по результатам опытов на таком совмещённом графике их линии следует выполнять разными цветами или различными изображениями (сплошная, пунктирная, штриховая и т. д.). Возле каждой линии зависимости ставится буквенное обозначение параметра исследуемой величины. Для построения криволинейной зависимости необходимо иметь не менее пяти точек.

В последнем разделе отчёта о проделанной работе (заключение) студент должен дать оценку свойствам объекта исследования, подтвердились ли экспериментальные теоретические сведения и т. д.

Объём отчёта не должен превышать четырёх страниц.

9

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: Проверка законов Ома и Кирхгофа для неразветвлённой и разветвлённой линейной цепи постоянного тока.

1. Схемы опытов

1.1.Схема опыта для неразветвлённой линейной цепи постоянного тока при последовательном соединении приёмников электроэнергии (резисторов) (рисунок 1)

Рисунок 1 – Электрическая схема неразветвлённой линейной цепи постоянного тока при последовательном соединении приёмников электрической энергии (резисторов)

Расчётные выражения для проверки законов электротехники при последовательном соединении резисторов

Известно, что при последовательном соединении резисторов

Rобщ R1 R2 R3 .

Согласно закону Ома

10