лабораторные работы

УДК 621(3.13.333)

Составитель: ст.преп. Р.Ф. Сабитов

Электротехника и электроника: Электрические цепи переменного тока: методические указания к лабораторным работам / сост. Р.Ф. Сабитов. Каз. нац. исслед. технол. ун-т. –

Казань, 2011. 62с.

Содержатся методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электротехника и основы электроники».

Предназначены для студентов неэлектротехнических специальностей (технологов) всех форм обучения.

Подготовлены на кафедре электропривода и электротехники.

Печатается по решению методической комиссии по циклу естественнонаучных дисциплин

Под ред.

Рецензенты:

Лабораторные занятия являются одним из основных элементов учебного процесса. Они способствуют усвоению основ курса и установлению связи между теорией и практикой. В учебных лабораториях студенты получают навыки научных исследований в постановке эксперимента, в применении измерительной техники. Лабораторные занятия прививают умения самостоятельной работы, способствуют формированию материалистического мировоззрения и имеют как познавательное, так и воспитательное значение.

Организационные указания.

1.Занятия в лабораториях проводятся в точном соответствии с учебным расписанием. Опоздавшие студенты на занятия не допускаются. Уход с занятия допускается по разрешению руководителя.

2.Студенты должны соблюдать правила внутреннего распорядка лаборатории. Студентам, не занятым не занятым на лабораторных занятиях, пребывание в данной лаборатории не разрешается.

3.Перед началом работы в лабораториях кафедры студенты обязаны изучить правила техники безопасности и расписаться в специальном журнале. Без этого студенты к занятиям не допускаются.

4.Лабораторные занятия выполняются бригадами студентов (3-4 человека). В процессе выполнения работы ведется специальная тетрадь с подробными черновыми записями, рабочими схемами, данными опытов, расчетами, которые после окончания работы утверждаются руководителем занятия.

5.Студент обязан знать график выполнения лабораторных работ, чтобы заранее подготовиться к их выполнению.

6.Придя в лабораторию на очередное занятие, студент обязан предъявить преподавателю оформленный протокол – отчет предыдущей работы (обязательно иметь

3

подписанный преподавателем черновик) и после краткого опроса по существу программы новой работы получить разрешение работать.

7.Студенты, не сдавшие отчет о предыдущей и не подготовленные к выполнению очередной, новой работы не допускаются, а занимаются в лаборатории выполнением заданий, не сделанных дома. В этом случае плановую работу студент обязан выполнить по согласованию с преподавателем в другое время.

8.В течении занятия преподаватель проводит индивидуальный опрос студентов по предыдущей работе. При правильных ответах на поставленные вопросы они получают зачёт. Не успевшие сдать работу во время занятий обязаны это сделать на ближайшей консультации.

9.Работы, не выполненные по уважительным причинам, по согласованию с преподавателем выполняются в часы консультации или с другими подгруппами.

10.Категорически запрещается включать схему без предварительной проверки преподавателем (или лаборантом). После каждого изменения схемы она вновь должна предъявляться для проверки. При порче приборов и оборудования составляется и подается в бухгалтерию института акт для взыскания с виновных их стоимости.

Правила выполнения лабораторных работ.

1.Осмотреть установленные на рабочем месте приборы, проверить соответствие их данной схеме.

2.Записать технические данные приборов, аппаратов

имашин, используемых в работе по форме, указанной в пункте е раздела «Правила оформления отчета».

3.Приступить к сборке цепи, руководствуясь следующим правилом: сначала соединить последовательную часть цепи (амперметры, токовые обмотки ваттметров и фазометров, нагрузку и т.д.), а затем собрать цепи напряжения (вольтметры, обмотки напряжения ваттметров и фазометров и т.

4

п.). Сборку последовательной (токовой) части цепи следует начинать от одного зажима источника питания и заканчивать на другом.

4.После сборки цепи члены бригады, не собиравшие ее, проводят проверку в указанном выше порядке. При выполнении последующих работ электрические цепи поочередно собирают другие члены бригады.

5.Перед проверкой электрической цепи следует убедиться в достаточной плотности всех контактов, в правильности установки движков автотрансформаторов, реостатов и рукояток других регулирующих устройств, а так же

втом , что указательные стрелки всех измерительных приборов стоят на нулевых делениях шкал.

6.В процессе работы необходимо наблюдать за приборами и следить за тем, чтобы в цепи не возникали такие режимы, при которых стрелки приборов выходят за пределы шкалы. Несоблюдение этого правила может привести к выходу из строя прибора.

7.К результатам замеров следует относиться критически, сравнивая их с теоретически ожидаемыми результатами. В случае сомнения опыт должен быть прекращен и полученные результаты показаны преподавателю.

8.Отсчеты по приборам должны делаться внимательно и точно. На щитовых приборах угол зрения должен совпадать с направлением стрелки. На приборах с зеркальной шкалой стрелка и ее изображение при отсчете должны совпадать. Обычно отклонение стрелки отсчитывается в делениях, а далее по цене деления прибора делается пересчет в измеряемых величинах. Цена деления определяется делением предела измерения на полное количество деления шкалы. У приборов, рассчитанных на один предел, его можно найти в конце шкалы. У некоторых приборов имеются переключатели пределов, в зависимости от положения которых прибор оказывается включенным на тот ли иной предел.

При неравномерной шкале цена деления может быть разной в различных участках шкалы и определяется по числу

5

делений между большими штрихами с цифрами. У ваттметра, прежде чем определять цену деления, необходимо определить предел измерения, умножив предел по току Iном на предел по

напряжению Uном . Цена деления ваттметра определяется по выражению

Cw= Pном =UномIном ,

N N

где N- число делений шкалы.

Измеряемая мощность вычисляется по формуле

P Cw n,

где n- число делений, на которое отклонилась стрелка прибора при измерении.

В случае многопредельных приборов электромагнитной и электродинамической систем, имеющих неравномерную шкалу, следует включать пределы, позволяющие вести измерения на средних участках шкалы, что увеличивает точность измерения. Если для расширения пределов измерения включается трансформатор тока, то цена деления прибора определяется:

для ваттметра

где K1 W2 I1ном - коэффициент трансформации

W1 I2ном

трансформатора тока;

для амперметра

C I1ном I2ном K1 ,

N N

где I1ном - ток первичной обмотки трансформатора тока;I2ном -

ток вторичной обмотки трансформатора тока (I2ном 5A).

где Rwv – сопротивление обмотки напряжения ваттметра; R–

добавочное сопротивление, включённое последовательно с обмоткой напряжения ваттметра для расширения предела измерения. Rwv и Rд кратны между собой. При включении через

добавочное сопротивление и наличии трансформатора тока получаем

C1w Cw K1 K2 .

9.Все основные расчеты должны производиться во время занятий, для чего студентам необходимо иметь вычислительные устройства.

10.Схема опыта разбирается после подписания преподавателем протокола наблюдения.

11.После окончания работы и утверждения ее результатов преподавателем рабочее место должно быть приведено в порядок и сдано лаборанту. Только после этого студент обращается к преподавателю за разрешением об уходе из лаборатории. До сдачи рабочего места лаборанту ответственность за оборудование несут студенты.

Правила оформления отчета.

1.Отчет оформляется каждым студентом на отдельных листах бумаги. Все записи аккуратно чернилами.

2.В отчете должны быть следующие сведения:

а) название кафедры; б) название дисциплины;

в) фамилия студента и номер группы; г) дата выполнения работы;

д) номер лабораторной работы и ее название; е) рабочая схема;

ж) краткие пояснения к работе и расчетным формулам; з) таблицы результатов измерения и вычисления; и) графики, векторные диаграммы; к) анализ полученных результатов и выводы; л) подпись студента.

7

3.Схемы должны аккуратно вычерчиваться с использованием стандартных условных обозначений элементов по ГОСТу.

4.Графики должны выполняться на миллиметровой бумаге или бумаге в клеточку. Координатные оси графиков должны иметь оцифрованные равномерные шкалы с нулём в начале координат и указанием единиц измерения (рис.1). Для вычерчивания линий на графике наносятся точки, полученные экспериментально или в результате расчета. Они соединяются плавной лекальной кривой, проходящей через большинство точек с учетом теоретических положений исследуемого явления.

5.Векторные диаграммы должны строиться обязательно в масштабе.

6.При анализе полученных результатов и выводах следует указать, какие теоретические положения подтверждаются в работе. В случае расхождения экспериментальных данных с положениями теории необходимо выявить возможные причины. При исследовании электрических машин целесообразно сравнивать характеристики этих машин. Желательно привести примеры практических применений в производственных процессах явлений или машин, изученных в данной лабораторной работе.

Рисунок 1

8

Требования техники безопасности

Безопасные и безаварийные выполнения лабораторных работ по исследованию электрических машин, цепей и аппаратов возможно при неукоснительном соблюдении требований «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей». Отступление от этих правил ведет к поражению работающих электрическим током или получению травмы.

Прохождение через внутренние органы человека тока 0,05- 0,1 А обычно приводит к смертельному исходу. Напряжение прикосновения, при котором могут возникнуть такие точки, определяются выражением

Uпр 0,05rчел,

где rчел – сопротивление человека, зависящее от многих факторов; считают, что rчел 1000 Ом. Работы в лабораториях

выполняются при напряжении 110 В постоянного тока и 220/127 В трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Эти напряжения являются опасными для жизни человека, так как они превышают напряжение прикосновения и могут вызвать смертельный исход. Поэтому прежде чем приступить к сборке электрической цепи, необходимо проверить, в каком положении находятся пакетные выключатели и автоматические выключатели на щитке питания данной работы. Выключение напряжения может производиться только после проверки собранной цепи преподавателем, по его разрешению и в его присутствии. При необходимости внесения изменений в схему, установка должна быть обесточена. Повторное включение производится после проверки измененной цепи преподавателем. Порядок выполнения опытов регламентируется в описании по каждой лабораторной работе в разделе «План работы», в котором даются необходимые указания для безопасного и безаварийного проведения работы.

9

В случае поражения электрическим током следует немедленно выключить питание данной установки или общее питание лаборатории, освободить пострадавшего от действия электрического тока, поставить в известность о случившемся руководителя лабораторных занятий, принять меры для оказания первой помощи до прибытия на место происшествия врача.

Более подробно требования техники безопасности изложены в «Инструкции по технике безопасности», утвержденной проректором по учебной работе, которая изучается студентами на первом лабораторном занятии. После инструктажа и проверки усвоения «Инструкции» студенты расписываются в специальном журнале.

Работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Цель работы: а) изучить процессы в цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных катушки индуктивности и конденсатора;

б) изучить явление резонанса напряжений и условия, при которых оно наблюдается;

г) освоить методику построения векторных диаграмм для цепи с последовательным соединением элементов.

Рисунок 2

10