Электорта лабы 1

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ»

_________________________________________________________________

В.К. Пономаренко, В.И. Королев, В.Д. Кулик, В.П. Николаев

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

ЧАСТЬ I

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Санкт-Петербург

2012

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

В.К. Пономаренко, В.И. Королев, В.Д. Кулик, В.П. Николаев

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

ЧАСТЬ I

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Санкт-Петербург

2012

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

УДК 621.3 ББК 31.21

Пономаренко В.К., Королев В.И., Кулик В.Д., Николаев В.П. Электротехника: лабораторный практикум / СПбГТУРП.- СПб., 2012. Ч.I.- 63с.

Лабораторный практикум состоит из шести работ, которые выполняются в лаборатории электротехники кафедры автоматизированного электропривода и электротехники. Работы содержат необходимые теоретические сведения и методику для исследования электрических цепей постоянного, однофазного и трехфазного тока.

Лабораторный практикум предназначен для студентов всех форм обучения, изучающих дисциплины «Электротехника и электроника», «Теоретические основы электротехники».

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент кафедры автоматизированного электропривода и электротехники Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров В.Н. Степанов;

канд. техн. наук, доцент кафедры систем автоматического управления Санкт-Петербургского государственного политехнического университета О.А. Викторов.

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом университета в качестве лабораторного практикума.

©В.К. Пономаренко, В.И. Королев, В.Д. Кулик, В.П. Николаев, 2012

©Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, 2012

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные работы по исследованию электрических цепей выполняются в лаборатории электротехники на универсальных стендах ЛСЭ-2 фронтальным методом.

Внешний упрощенный вид панели стенда изображен на рис. 1. Стенд состоит из 11 блоков, номера которых указаны на панели. Блоки имеют следующее назначение.

Блок 1 включает в себя пульт включения и автотрансформатор. Пульт включения содержит: кнопки “ВКЛ” и “ВЫКЛ”, гнезда A, B, C, O(N) трехфазного источника напряжения, сигнальные лампы СЛ.

При нажатии кнопки “ВКЛ” переменное трехфазное напряжение 220 В подается на блоки стенда (1,9,10) и загораются сигнальные лампы , , . При нажатии красной кнопки “ВЫКЛ” стенд отключается от сети.

Часть блока “Автотрансформатор” содержит лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) с регулируемым выходным напряжением от 0 до 250 В. Напряжение на выходе ЛАТР'а (гнезда I,2) будет в положении “ЛАТР”

ручки выключателя, его величина регулируется поворотом ручки и измеряется вольтметром VЗ.

Блок 2 включает переменные резисторы R1, R2, RЗ и индуктивные

катушки L1, L2, L3. Справа от резисторов расположены ручки , с помощью которых можно изменять величину сопротивления резистора от максимального (крайнее левое положение) до минимального (крайнее правое положение).

Блок 3 включает в себя три батареи конденсаторов C1, C2, C3 и вольтметры V4, V5. Каждая батарея состоит из шести параллельно включенных конденсаторов, значения емкости которых указаны на панели блока (от 0,5 мкФ до 16 мкФ). Каждая емкость включается в верхнем положении ручки соответствующего выключателя. С правой стороны находятся гнезда батарей конденсаторов (C1, C2, C3). При необходимости батареи конденсаторов могут включаться параллельно.

Блок 4 включает в себя четыре миллиамперметра мА для измерения переменного тока (от 100 мA до 1000 мA).

Блок 5 включает в себя четыре амперметра для измерения переменного тока A7, A8, A9 (0,5 A) и A10 (0,3 A).

3

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Блок 6 включает в себя два выключателя SA1, SA2.

Блок 7 включает в себя три амперметра для измерения переменного тока A4, A5, A6 (1 A) и вольтметр V1 для измерения переменного напряжения

(250 В).

Блок 8 включает в себя три амперметра для измерения постоянного тока

A1, A2, A3 (0,3 A).

Блок 9 включает в себя фазометр Φ для измерения угла сдвига фаз φ между напряжением и током в цепях переменного тока. Гнезда фазометра “U”, “UR”, “*” подключаются к соответствующим точкам исследуемой электрической цепи. Для включения фазометра необходимо ручку выключателя поставить в положение “СЕТЬ”. Деление шкалы фазометра соответствует 1° в положении ручки переключателя “ 1” и 2° - в положении “ 2”. Знак угла φ определяется по индикаторным лампам ИЛ: “L” (φ>0), “C”

(φ<0).

Блок 10 включает в себя три выпрямителя I, II, III с регулируемым напряжением от 0 до 250 В и вольтметр V2 (250 В) с переключателем “контроль U”. При включении выключателя “СЕТЬ” постоянное напряжение с выхода соответствующего выпрямителя подключается к гнездам “+” и “-”,

а его величина регулируется ручкой и измеряется вольтметром V2 с переключателем, который устанавливается в положение, соответствующее номеру используемого выпрямителя (I, II, III). Для измерения напряжения на элементах исследуемой электрической цепи переключатель ставится в положение “Гн” (гнезда), и вольтметр подключается к гнездам “+”, “-”.

Блок 11 включает в себя три ламповых реостата A'x, B'y, C'z, которые могут включаться звездой или треугольником. Лампы реостата включаются соответствующими выключателями.

4

ИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛ

5

Рис. 1. Панель лабораторного стенда ЛСЭ-2

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ

Цель работы: формирование навыков измерения тока и напряжения на участках цепи; экспериментальная проверка законов Ома и Кирхгофа; проверка выполнения баланса мощностей; проверка метода эквивалентного генератора.

Основные теоретические сведения

В линейной электрической цепи параметры элементов не зависят от напряжения и токов. В резистивных элементах, которые используются в исследуемых цепях постоянного тока, происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую. Резистивный элемент – это элемент схемы, соответствующий идеализированному резистору в реальной электрической цепи. Сопротивление элемента обозначается буквой R. Часто резистивный элемент называют по его основному параметру сопротивлением.

Резистивные элементы могут быть включены последовательно (неразветвленная цепь), параллельно и последовательно-параллельно (разветвленные цепи).

Схема электрической цепи с последовательным соединением резисторов изображена на рис. 2. Ток во всех элементах цепи одинаков, а напряжения на резистивных элементах Uk пропорциональны величинам их сопротивлений. Ток в цепи определяется по закону Ома:

=,

э

n

где Rэ = R1+R2+…+Rn= Rk – эквивалентное сопротивление цепи.

k 1

Рис. 2. Последовательное соединение резистивных элементов

Входное (общее) напряжение можно определить по второму закону Кирхгофа:

6

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

U=U1+U2+…+Un.

Напряжение на резистивном элементе Rk

Uk = RkI.

Мощность Pk, потребляемая резистивным элементом, определяется по

формуле:

Pk = RkI2 = UkI.

Мощность источника питания

P = UI.

Мощность, отдаваемая источником питания, равна сумме мощностей всех потребителей. В этом заключается баланс мощностей. Уравнение баланса мощностей, если в схеме один источник напряжения, имеет вид:

n n

P Pk Rk Ik2.

Схема электрической цепи с параллельным соединением резисторов

изображена на рис. 3.

Рис. 3. Параллельное соединение резистивных элементов

В этой схеме токи в ветвях распределяются обратно пропорционально величинам сопротивлений резистивных элементов, а напряжение на элементах одинаково и равно напряжению источника энергии. Токи в ветвях Ik и общий ток I, потребляемый от источника, определяются по закону Ома и первому закону Кирхгофа:

I = UG1+UG2+…+UGn=U(G1+G2+…+Gn) = UGэ ,

n

где Gэ = G1+G2+…+Gn = Gk – эквивалентная проводимость цепи;

k 1

Gk = = проводимость резистивного элемента.

Эквивалентное сопротивление цепи

Rэ = 1/Gэ.

Мощность, потребляемая резистивным элементом с проводимостью Gк, рассчитывается по формуле:

7

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Pk = GkU2 = IkU.

Уравнение баланса мощностей для схемы, изображенной на рис. 3, определяется выражением:

n

P =IU = Pk .

k 1

Схема электрической цепи с последовательно-параллельным соединением резисторов изображена на рис. 4.

Рис. 4. Последовательно-параллельное (смешанное) соединение резистивных элементов

Токи в ветвях I1, I2 определяются по закону Ома:

Ток всей цепи определяется по первому закону Кирхгофа:

I = I1+I2.

Напряжение цепи U определяется по второму закону Кирхгофа:

U = U3+Uab.

Эквивалентное сопротивление цепи

RЭ = R3+R12,

где R12 = − эквивалентное сопротивление параллельных ветвей;

Одним из методов расчета электрических цепей является метод эквивалентного генератора, который применяется для определения тока в одной ветви разветвленной электрической цепи. Всю остальную схему

8

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

относительно рассматриваемой ветви можно представить в виде активного двухполюсника, который можно заменить эквивалентным генератором напряжения. ЭДС этого генератора равна напряжению холостого хода Uх на зажимах разомкнутой ветви, а внутреннее сопротивление равно входному сопротивлению Rвх пассивного двухполюсника со стороны тех же выводов разомкнутой ветви. Активный двухполюсник становится пассивным, если в нем исключить все источники энергии (идеальный источник ЭДС закорачивается). Ток в ветви с сопротивлением R рассчитывается по формуле:

I = х .

вх

Для экспериментального определения Rвх необходимо измерить напряжение холостого хода Uх на зажимах разомкнутой ветви, а затем закоротить сопротивление R ветви и измерить ток короткого замыкания Iк ветви. Входное сопротивление эквивалентного генератора рассчитывается по формуле:

Rвх = х.

к

Схемы исследуемых электрических цепей

Исследование линейных цепей постоянного тока производится по схемам, изображенным на рис. 5, 6, 7.

Рис. 5. Электрическая цепь с последовательным соединением резисторов

Рис. 6. Электрическая цепь с параллельным соединением резисторов

9