Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

5445

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
13.11.2022
Размер:
1.46 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Хабаровская государственная академия экономики и права»

Кафедра естественнонаучных дисциплин

С.В. Власьевский, О.А. Клинкова

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Практикум

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: Практикум / С. В. Власьевский, О. А. Клинкова. – Хабаровск : РИЦ ХГАЭП, 2008. – 68 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 практических занятий, 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 даны контрольные вопросы для подготовки к зачёту.

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

© Хабаровская государственная академия экономики и права, 2008

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

1.Цель и задачи практического занятия…………..…………………..….... 5

2.Организация проведения практических занятий...……………………... 5 Практическое занятие № 1 Расчёт линейных электрических цепей постоянного тока…………………………………………………………….. 6 Практическое занятие № 2 Расчёт разветвлённых электрических цепей постоянного тока методом контурных токов…………………………….. 9 Практическое занятие № 3 Расчёт электрических цепей синусоидального переменного тока………………………….…………….. 13 Практическое занятие № 4 Расчёт электрической цепи переменного

тока, содержащей активное и реактивное сопротивления………………... 18 Практическое занятие № 5 Расчёт электрической цепи переменного

тока с последовательным соединением R, L, C элементов……………….. 25 Практическое занятие № 6 Расчёт электрической цепи переменного

тока с параллельным соединением R, L, C элементов……………………. 29 Практическое занятие № 7 Расчёт активной, реактивной и полной мощностей и энергий в цепи переменного тока…………………………... 33 Практическое занятие № 8 Расчёт индуктивно-связанных вторичных обмоток трансформатора……………………………...…………………….. 39 Практическое занятие № 9 Расчёт характеристик магнитного поля и магнитных цепей…………..………………………………………………… 42 Практическое занятие № 10 Расчёт трехфазной электрической цепи при соединении нагрузки звездой……………………………………………….. 47 Практическое занятие № 11 Изучение работы и расчёт параметров электрических машин постоянного тока…………………………………... 52 Практическое занятие № 12 Изучение работы и расчёт параметров электрической машины переменного тока……………………………….... 57 Практическое занятие № 13 Изучение работы и расчёт характеристик полупроводникового диода…………………………………..……………... 61 Практическое занятие № 14 Изучение методов измерения в электрических цепях и определение погрешностей измерения

электроизмерительных приборов…………………………………………... 65 Заключение……………………………………………………...…………… 68 Библиографический список………………………………………………… 68

3

ВВЕДЕНИЕ Практически во всех отраслях промышленности и транспорта находят

широкое применение электротехника и электроника. Наибольшее применение находят электрическое оборудование и аппараты, электрические машины и электронные устройства. Для закрепления теоретического материала по этой дисциплине сдует рассмотреть примеры решения электрических цепей, отражающих такие устройства, изучить их устройство и принцип действия.

Настоящее пособие содержит методику выполнения практических занятий, в которой изложены общие теоретические сведения и рекомендации по изучению теории с помощью примеров решения цепей постоянного и переменного токов, рассмотрения устройства и принципа действия электрических машин, трансформаторов, полупроводниковых приборов, электронных усилителей, электрических измерений и измерительных приборов.

Впособии представлены 14 практических занятий:

1.Расчёт линейных электрических цепей постоянного тока.

2.Расчёт разветвлённых электрических цепей постоянного тока методом контурных токов.

3.Расчёт электрических цепей синусоидального переменного тока.

4.Расчёт электрической цепи переменного тока, содержащей активное и реактивное сопротивления.

5.Расчёт электрической цепи переменного тока с последовательным соединением R, L, C элементов.

6.Расчёт электрической цепи переменного тока с параллельным соединением R, L, C элементов.

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

8. Расчёт индуктивно-связанных вторичных обмоток трансформатора. 9. Расчёт характеристик магнитного поля и магнитных цепей.

10. Расчёт трёхфазной электрической цепи при соединении нагрузки звездой.

11 Изучение работы и расчёт параметров электрических машин постоянного тока.

11.Изучение работы и расчёт параметров электрических машин переменного тока.

12.Изучение работы и расчёт характеристик полупроводникового диода.

14.Изучение методов измерения в электрических цепях и определение погрешностей измерения электроизмерительных приборов.

Для успешного выполнения практических занятий, помимо рекомендуемой литературы и теоретических сведений, изложенных в данном пособии, в конце каждого практического занятия приведены вопросы для самоконтроля.

4

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ Дисциплина «Электротехника и электроника» является важной техни-

ческой дисциплиной специальностей «Технология продуктов общественного питания» и «Товароведение и экспертиза потребительских товаров». На практических занятиях студенты закрепляют теоретические знания, полученные при изучении дисциплины, глубже знакомятся с практическими методами расчёта и определения параметров электрического оборудования и устройств, математическим описанием работы и принципом их действия.

Работа на практических занятиях позволяет лучше понять и усвоить составление расчётных схем, законы электротехники и определение основных параметров и характеристик электрооборудования.

Студенты учатся принимать обоснованные решения путём логических суждений, правильного понимания и применения законов электротехники, умению кратко и точно излагать ход решения поставленной задачи.

2.ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ Практические занятия по электротехнике и электронике знакомят сту-

дентов с методикой 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.

Эти занятия позволяют экспериментально проверить основы теории электротехники и электроники, получить навыки по расчёту электрических схем, состоящих из активных и реактивных элементов нагрузки, источника питания и измерительных приборов.

Непосредственное участие в проведении практических занятий вырабатывает у студентов практические знания по методике проведения расчётов и получению их результатов. Полученные результаты позволяют студентам правильно оценивать свойства и возможности работы схемы.

Важнейшим условием получения хороших практических знаний является предварительная подготовка студентов к каждому практическому занятию, а также понимание цели и содержания занятия. Поэтому перед выполнением практического занятия студент должен изучить его содержание и порядок выполнения, повторить основы теории по работе конкретной электрической схемы, связанной с выполнением данного занятия. Студент должен иметь отдельную рабочую тетрадь для записей расчётов по выполненным занятиям. На основании этих записей он подготавливается к защите по выполненным практическим занятиям. Практическое занятие засчитывается, если студент ответил на вопросы преподавателя, обнаружив знания устройства и принцип действия электрического оборудования, понимание электрических схем и процессов, объясняющих полученные результаты.

5

Практическое занятие № 1

РАСЧЁТ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель занятия: Закрепление знаний законов Ома и Кирхгофа для неразветвлённой и разветвлённой линейной цепи постоянного тока.

Для представленных ниже схем линейных электрических цепей постоянного тока требуется определить: ток I в последовательной цепи, напряжение U на каждом резисторе и потребляемую мощность P каждым резистором и в целом всей цепью. Исходные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант

U , В

 

Сопротивление, Ом

 

R1

 

R2

 

R3

 

 

 

 

1

186

12

 

20

 

30

2

200

13

 

27

 

10

3

220

40

 

25

 

35

4

160

12

 

13

 

15

5

120

22

 

13

 

25

6

180

15

 

10

 

5

1. Электрические схемы практического занятия

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

 

a

R1

b

+

 

I

 

 

 

 

 

 

U

 

R2

 

 

R3

 

-

d

 

c

 

 

 

 

 

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

6

Теоретические сведения о законах электротехники

I

U

– закон Ома,

U E

I R – второй закон Кирхгофа,

R

 

 

 

 

Р = W/T = UI = I2 R – закон Джоуля – Ленца.

На основании представленных законов электротехники выполняют расчёт требуемых параметров Rобщ, I, U, P для заданной неразветвлённой линейной цепи постоянного тока при последовательном соединении приёмников электрической энергии (резисторов):

Rобщ

R1

 

 

R2

 

R3 ;

I

 

U

; U1

I R1 ; U 2 I

R2 ; U 3

I

R3 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rобщ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U U

1

 

U

2

U

; P U I I

2 R

общ

; P U

1

I I 2

R

;

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

P U

2

I I 2 R

; P U

3

I I 2 R ; P P P P ,

2

 

 

 

 

 

2

3

 

 

 

3

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

I 2 Rобщ .

 

 

 

 

 

1.2.Схема опыта для разветвлённой линейной цепи постоянного тока при параллельном соединении резисторов (рисунок 2).

+

 

 

I

 

R1

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1

 

 

I2

 

 

I3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

Рисунок 2 – Электрическая схема разветвлённой линейной цепи постоянного тока при параллельном соединении резисторов

Теоретические сведения о законах электротехники

I

U

– закон Ома,

I 0 – первый закон Кирхгофа,

R

 

 

 

Р = W/T = UI = I2 R – закон Джоуля – Ленца.

На основании представленных законов электротехники выполняют расчёт требуемых параметров Rобщ, I, U, P для заданной разветвлённой линейной цепи постоянного тока при параллельном соединении приёмников электрической энергии (резисторов):

7

G

 

G

G

 

G

, где

G

1

,

1

1

1

 

1

;

общ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

3

 

 

R

Rобщ

 

R1

 

R2

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rобщ

 

 

 

 

 

R1

R2

R3

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1 R2

 

 

R1 R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2 R3

 

 

 

 

 

 

 

I

 

I1

 

I 2

I3

 

 

0; I

I1

 

 

I 2

I3 ;

 

 

 

 

 

 

 

I1

 

 

U

; I 2

 

U

; I3

 

U

; I

 

 

U

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

R2

 

 

 

 

 

Rобщ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P U I

1

I

2

 

R

; P U I

2

I 2 R

2

;

P U I

3

I 2

R

;

1

1

1

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

3

 

 

 

 

 

P

 

P

P

P ;

P

 

I 2 R

общ

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.Схема опыта для разветвлённой линейной цепи постоянного тока при комбинированном (смешанном) соединении резисторов (рисунок 3).

a

R1

b

 

 

 

+

 

 

 

 

I1

 

 

U

I2

R2

R3

 

 

I3

-

 

c

 

 

 

 

Рисунок 3 – Электрическая схема разветвлённой линейной цепи постоянного тока при комбинированном соединении резисторов

Теоретические сведения о законах электротехники

I

U

– закон Ома,

I 0 – первый закон Кирхгофа,

R

 

 

 

 

 

U E

I R – второй закон Кирхгофа,

 

 

Р = W/T = UI = I2 R – закон Джоуля – Ленца.

На основании представленных законов электротехники выполняют расчёт требуемых параметров Rобщ, I, U, P для заданной разветвлённой линейной цепи постоянного тока при комбинированном соединении приёмников электрической энергии (резисторов):

R

R

 

R2 R3

; R

R R

 

; I I

 

U

;

2 3

 

 

2 3

1

 

bc

 

R2

R3

 

общ 1

 

Rобщ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

U ab U1

 

I R1 ; U bc

U 2

 

I R2 ; U bc

 

U 3

I R3 ;

 

U bc U U ab ; U U ab

 

U bc ; I

2

 

I

 

R3

; I3

I

 

 

R2

;

 

 

 

R2

R3

 

R2 R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P U I ; P U

1

I

1

 

I 2

R

;

P U

bc

I

2

I 2

R

;

 

 

 

 

1

 

 

 

1

1

 

 

2

 

2

2

 

 

P U

bc

I

3

I 2

R

; P P P P

; P

 

 

I 2 R

общ

.

 

3

 

3

 

 

3

 

 

1

 

 

2 3

 

 

 

 

 

 

2. Задание

Согласно схемам соединений резисторов, представленных на рисунках 1, 2 и 3, провести расчёты параметров цепи: тока, напряжения и мощности на всех участках каждой схемы, приняв в качестве исходных соответствующий вариант.

Результаты расчётов занести в таблицу 2 и оформить отчёт о проделанной работе.

Таблица 2 – Результаты расчётов

Виды соединения

Напряжение, В

 

Ток, А

Мощность, Вт

резисторов R

U

U1

U 2

U 3

I

I1

I 2

I 3

P

P1

P2

P3

Последовательное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(рисунок 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параллельное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(рисунок 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Комбинированное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(рисунок 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сделать выводы о проделанной работе.

3. Контрольные вопросы

3.1. Чем отличается простая неразветвлённая электрическая схема от сложной разветвлённой?

3.2. Дайте определение понятиям: «ветвь», «контур», «узел». 3.3. Как понимается и читается закон Ома для заданных схем.

3.4. Как понимаются и читаются законы Кирхгофа для заданных схем.

Практическое занятие № 2

РАСЧЁТ РАЗВЕТВЛЁННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА МЕТОДОМ КОНТУРНЫХ ТОКОВ

Цель занятия: Приобретение практических навыков расчёта разветвлённых электрических цепей постоянного тока с несколькими источниками питания методом контурных токов.

9

Для разветвлённой электрической цепи, представленной на рисунке 1, требуется рассчитать токи в ветвях методом контурных токов и составить баланс мощности. Исходные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант

 

 

 

Величина

 

 

 

 

E1, В

E2 , В

R1 , Ом

R2 , Ом

R3 , Ом

R4 , Ом

R5 , Ом

R6 , Ом

1

100

200

15

15

20

25

30

35

2

120

180

20

15

10

12

40

35

3

180

300

40

25

30

15

40

15

4

200

230

20

30

40

10

15

20

5

150

120

30

40

15

20

25

25

6

110

180

25

20

35

30

20

40

1. Электрическая схема практического занятия

 

 

2

 

 

 

 

 

 

I1

 

 

 

 

 

 

R1

R2

 

I2

 

 

 

 

 

I11

 

I

 

 

 

 

 

 

22

R3

 

 

Е2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I3

E1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I4

 

 

 

 

I5

3

1

 

4

 

 

 

 

 

R4

 

R5

 

 

 

 

 

 

 

I33

I6

R6

R6

Рисунок 1 – Схема разветвлённой электрической цепи с несколькими источниками энергии

Метод контурных токов применяется для расчёта сложных электрических цепей, имеющих больше двух узловых точек.

Суть метода заключается в предположении, что в каждом контуре проходит свой ток. Тогда на общих участках, расположенных на границе двух соседних контуров будет протекать ток, равный алгебраической сумме токов этих контуров.

Указанная процедура достигается за счёт введения обобщённых переменных, так называемых контурных токов, относительно которых составляются

уравнения по второму закону Кирхгофа.

Полученные уравнения решаются относительно контурных токов. Затем токи в ветвях выражаются через найденные контурные токи.

Порядок расчёта рассмотрим на примере схемы (рисунок 1).

Порядок расчёта

1. Определить число уравнений, составляемых по второму закону

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]