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

2449

.pdf
Скачиваний:
123
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
907.33 Кб
Скачать

2449

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра электротехники

Электрические цепи постоянного тока

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Электротехника и электроника» для студентов неэлектротехнических специальностей всех форм обучения

Составители: Н.А. Сергашова А.С. Нечпай

Самара

2009

УДК 621.314.228 (УДК 621.3(075))

Электрические цепи постоянного тока : методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехника и электроника» для студентов неэлектротехнических специальностей всех форм обучения / Н.А. Сергашова, А.С. Нечпай. – Самара : СамГУПС, 2009. – 46 с.

Утверждены на заседании кафедры электротехники 8 октября 2009 г., протокол № 2. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Методические указания включают в себя описание лабораторных работ по электрическим цепям постоянного тока, краткие теоретические сведения, подробные описания и методики проведения экспериментов по исследованию электрических цепей постоянного тока.

Методические указания охватывают разделы: применение основных законов электротехники к расчету электрических цепей, исследование линейных и нелинейных элементов, измерение основных параметров электрических цепей.

Имеются контрольные вопросы, охватывающие данный материал теоретического и практического характера.

Составители: Нина Александровна Сергашова Алексей Сергеевич Нечпай

Рецензенты: зав. кафедрой «Автоматика, телемеханика и связь», к.т.н., проф. СамГУПС В.Б. Гуменников; д.т.н., профессор СамГУПС Б.К. Григоровский

Компьютерная вёрстка: А.С. Нечпай

Редактор: И.А. Шимина

Подписано в печать 18.11.2009. Формат 60х90 1/16. Усл. печ.л. 2,88. Тираж 300 экз. Заказ № 218.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2009

Содержание

Содержание

Общие положения .....................................................................................

4

Лабораторная работа № 1.......................................................................

10

Лабораторная работа № 2.......................................................................

19

Лабораторная работа № 3.......................................................................

26

Лабораторная работа № 4.......................................................................

32

Лабораторная работа № 5.......................................................................

39

Библиографический список....................................................................

46

3

Электрические цепи постоянного тока

Общие положения

Цикл лабораторных работ по «Электротехнике и электронике» предназначен для более глубокого понимания процессов, происходящих в линейных и нелинейных электрических цепях, и законов по которым протекают рассматриваемые процессы.

Данный цикл лабораторных работ преследует цель экспериментального подтверждения теории применения законов Ома и Кирхгофа в различных схемах электрических цепей, их анализ и рассмотрение явлений, происходящих в них, приобретение навыков чтения простейших электрических схем и сборки по ним эквивалентных электрических цепей на лабораторном оборудовании, получение навыков работы

сэлектроизмерительными приборами и проведения измерений с помощью них.

1.Общие требования к выполнению работ

Врезультате выполнения цикла лабораторных работ студент должен знать особенности применения законов Ома и Кирхгофа в различных электрических цепях (простых и сложных), уметь составлять уравнения по законам Кирхгофа, знать методы расчета этих электрических цепей, применять различные методы расчета к конкретным цепям, знать особенности использования свойств цепей в различных электротехнических устройствах, уметь собирать электрические цепи по схеме, производить прямые и косвенные измерения напряжений, токов, сопротивлений и мощности.

Лабораторные работы выполняются с использованием современных измерительных приборов и оборудования, выведение из строя которых приводит к их ремонту, требующему серьезных затрат. Поэтому все измерения должны выполняться в строгом соответствии с настоящими методическими указаниями и инструкциями по эксплуатации приборов.

2.Подготовка к выполнению лабораторных работ

К каждой лабораторной работе студенты обязаны тщательно подготовиться. Подготовка включает следующие этапы:

2.1.Ознакомление с содержанием работы по методическим указаниям.

2.2.Изучение теоретических вопросов, используя лекции, учебники, справочные материалы и результаты решения задач.

2.3.Подготовка предварительных данных для будущего отчёта, которые должны включать необходимые расчёты, схемы опытов, таблицы для записи экспериментальных данных, необходимые расчетные формулы. Подготовленные данные представляются преподавателю каждым студентом.

3.Допуск к выполнению лабораторной работы

Вчасы занятий, перед выполнением каждой работы производится опрос студентов по материалу работы и ходу её выполнения. Вопросы для подготовки к работе имеются в методических указаниях к каждой из работ.

4

Общие положения

4.Выполнение экспериментальной части

4.1.К сборке цепи студенты допускаются только после получения разрешения преподавателя.

4.2.Собранная цепь проверяется каждым студентом, после чего предъявляется преподавателю.

4.3.Включение источника питания производится с разрешения преподавателя.

4.4.При записи показаний приборов необходимо обязательно указывать измеряемую величину (в соответствии с методическими указаниями) и её единицы измерения.

4.5.По окончании каждого опыта до разборки электрической цепи необходимо оценить полученные результаты, предъявить их преподавателю для контроля и получения разрешения на разборку или изменения электрической цепи.

Выполнение лабораторной работы, пропущенной студентом или невыполненной из-за неподготовленности, производится в течение семестра с другой группой по расписанию занятий преподавателя.

Студентам необходимо приносить с собой инженерный микрокалькулятор для обработки полученных результатов.

5.Обработка экспериментальных данных и анализ полученных результатов

5.1.Все графики и диаграммы вычерчиваются на миллиметровой бумаге или тетради в клетку, по осям координат указываются стандартные буквенные обозначения величины и единицы измерения.

5.2.На графике обязательно должны быть указаны точки, полученные экспериментально.

5.3.Векторные диаграммы строятся в масштабе, который указывается рядом с диаграммой.

5.4.Графики, диаграммы и схемы выполняются аккуратно с использованием стандартов, применяя чертежные инструменты, и снабжаются заголовками.

6.Защита выполненной работы

6.1.Каждый студент должен предъявить преподавателю аккуратно выполненный отчет. Отчет необходимо оформлять по указанию преподавателя либо в специальных тетрадях, либо на отдельных двойных тетрадных листах, либо на белой бумаге формата А4.

5

Электрические цепи постоянного тока

Отчет должен содержать:

номер и название лабораторной работы;

цель работы;

исследуемые электрические схемы;

формулы, выражения, теоретические соотношения, необходимые для выполнения расчетов;

полностью заполненные таблицы с результатами измерений и расчетов;

результаты вычислений, графики и диаграммы, построенные в масштабе;

выводы, сделанные самостоятельно каждым студентом.

6.2.Одновременно разрешается защитить не более трех работ.

6.3.В процессе защиты проверяются знания по методике проведения эксперимента, понимание результатов опытов. Помимо этого студент должен ответить на вопросы, которые имеются в методических указаниях к каждой работе (они могут использоваться в тестах и на экзамене).

7.Общие рекомендации по использованию

лабораторного оборудования

7.1.Данный цикл лабораторных работ проводится на комплектном оборудовании, разработанном Уральским филиалом РНПО «РОСУЧПРИБОР» совместно с Южно-Уральским государственным университетом.

7.2.При сборке электрических цепей используются элементы из набора миниблоков, хранящегося в ящике рабочего стола. Если вариант задания к лабораторной работе требует использования большого числа элементов одинакового номинала, которых нет в имеющемся наборе миниблоков (например, в работе № 3, для варианта № 4 требуется 3 резистора по 100 Ом ), то их С РАЗРЕШЕНИЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ можно взять из набора миниблоков другого рабочего места. По окончании выполнения лабораторной работы их необходимо ОБЯЗАТЕЛЬНО ВЕРНУТЬ туда, откуда они были взяты.

7.3.Сборка электрической цепи осуществляется на наборной панели. Для этого необходимо использовать группы клемм, соединённые вместе по четыре («квадратики»), находящиеся в верхней и нижней части наборной панели. Одна четвёрка клемм образует точку цепи. Если на электрической схеме для проведения эксперимента указана точка, которая обозначена буквой, например A, то это обозначает, что в этом месте цепи должна быть отдельная четвёрка клемм (этого требует методика проведения эксперимента). Для сборки электрической цепи необходимо последовательно соединять указанные точки и вставлять между ними необходимые элементы. Например, сборка цепи на рис. 1.4 осуществляется в следующей последовательности (см. рис. 1.4): провод от «+» источника подключается к точке A, потом эта точка соединяется с точкой B (каждая точка пред-

6

Общие положения

ставляет собой четвёрку клемм). Далее, между точками B и C находится резистор R1. Точка C соединяется с точкой D , и т. д.

7.4.Для сборки цепи и соединения клемм используются соединительные провода, находящиеся в ящике над ящиком с набором миниблоков. На каждом рабочем месте собран комплект проводов разных длин, необходимый для выполнения всех лабораторных работ данного цикла. При сборке цепи рекомендуется использовать провода таких длин, которые соответствуют расстоянию между соединяемыми клеммами, например, для соединения соседних четвёрок клемм рекомендуется использовать самые короткие провода-перемычки, для подключения к цепи источника напряжения – длинные. Это упрощает работу с цепью.

7.5.В качестве источника питания используется лабораторный БЛОК ГЕНЕРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ, включающий в себя три независимых блока. В данном цикле работ используется только ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, находящийся в правой части блока генераторов. Сам генератор постоянных напряжений, в свою очередь, включает в себя три независимых источника напряжения, расположенных вертикально. Верхний и средний из них – НЕРЕГУЛИРУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ с напряжением ≈ 15 В, нижний источник – РЕГУЛИРУЕМЫЙ – он позволяет плавно выставлять напряжения от 0 до 15 В. На каждом источнике имеется тумблер подключающий/отключающий источник от внешней цепи. При ВЕРХНЕМ ПОЛОЖЕНИИ тумблера источник к цепи подключен и выдаёт на свои клеммы заданное напряжение. При НИЖНЕМ – отключен от цепи, а клеммы замыкаются перемычкой (внутри самого источника!!!). Помимо этого на каждом из источников имеется зелёный светодиод, загорающийся при достижении значений тока источника больше допустимых или при коротком замыкании в собранной цепи. В любом случае загорание светодиода требует НЕМЕДЛЕННОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ источника от цепи переведением тумблера в нижнее положение, после чего необходимо заново проверить правильность сборки всей электрической цепи и правильность подключения измерительных приборов.

7.6.Для измерения трех базовых электрических величин (напряжения, тока и сопротивления) используется мультиметр. ДО его ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ЦЕПИ необходимо выполнить следующие операции:

Подключить измерительные провода или щупы к клеммам мультиметра. Для измерения напряжения и сопротивления используется клемма, помеченная VΩHz – красная клемма справа от чёрной. Для измерения токов используется клемма mA, находящаяся слева от чёрной. Обе красные клеммы являются клеммами «+». Клеммой «–» прибора является клемма COM, чёрного цвета. Она используется для всех измерений.

Данный цикл работ проводится с постоянным напряжением, поэтому используемые пределы измерения находятся в секторах положений переключателя мультиметра, помеченных для измерения тока как «A–», для измерения напряжения – «V–». Использование пределов из секторов, помеченных как «A~» и «V~» – недопустимо и приведёт к получению неправильных результатов.

7

Электрические цепи постоянного тока

Правильно установить предел измеряемой величины. Во всех лабораторных работах эти пределы указаны. Если порядок измеряемой величины неизвестен до проведения измерений, то необходимо установить максимально возможный предел из данного сектора пределов.

Только после подключения измерительных проводов к прибору и правильной установки предела измерений, подсоединить мультиметр к измеряемой цепи. Помните, что АМПЕРМЕТР И ВОЛЬТМЕТР ИМЕЕТ РАЗНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ в электрическую цепь! Примеры подключения мультиметра в качестве вольтметра, амперметра и омметра приведены на рис. ОП.1, ОП.2 и ОП.3, соответственно.

Рис. ОП.1. Присоединение мультиметра как вольтметра:

а) установка и измерение ЭДС источника постоянного напряжения; б) измерение напряжения на резисторе

Рис. ОП.2. Присоединение мультиметра

Рис. ОП.3. Присоединение

мультиметра как омметра

как амперметра

(измерение величины

(измерение тока через резистор R)

сопротивления резистора R)

 

В некоторых лабораторных работах используется один мультиметр и для измерения тока, и для измерения напряжения. Поэтому в процессе выполнения измерений его будет необходимо переключать на соответствующие режимы работы. Эта процедура должна производиться строго в следующем порядке:

8

Общие положения

1)ОТКЛЮЧИТЬ ПРИБОР от внешней цепи;

2)ПОМЕНЯТЬ ПОДКЛЮЧЕНИЕ измерительных проводов (щупов) к клеммам мультиметра;

3)УСТАНОВИТЬ правильно ПРЕДЕЛ измерений;

4)ПОДКЛЮЧИТЬ ПРИБОР к внешней цепи и продолжить измерения.

ВНИМАНИЕ!!! Нарушение этого порядка действий приводит к выходу мультиметра из строя.

7.7. В схемах для проведения экспериментов, приведённых в данных методических указаниях (например, схема рис. 1.4, 1.5 и т. д.), принято следующее условное графическое обозначение: ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ схемы (исследуемая цепь) выделена жирной линией, ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ (измерительные приборы) – тонкой. Это правило рекомендуется использовать и при сборке цепи на наборной панели: сначала собирается основная часть схемы, выделенная жирной линией, и только после этого к цепи подключаются измерительные приборы. Если на экспериментальной схеме подключение измерительного прибора к цепи ПОКАЗАНО СТРЕЛКАМИ (например, на схеме рис. 1.4 вольтметр V1, подключается к резистору R1 между клеммами B и C), то это обозначает, что измерительный прибор в процессе выполнения работы будет изменять места своего подключения. Если же подключение прибора ПОКАЗАНО СПЛОШНЫМИ ЛИНИЯМИ (например, на схеме рис. 4.6 амперметр подключен к клеммам A и B), то это обозначает, что при использовании этой схемы прибор не будет изменять места своего подключения и на протяжении всего эксперимента с данной схемой места его подключения останутся неизменными.

8. Правила техники безопасности

Правила техники безопасности изложены в инструкции, которая изучается студентами в начале каждого семестра. Изучение данной инструкции и получение инструкций от преподавателя по безопасным методам работы с лабораторным оборудованием подтверждаются студентами подписью в специальном журнале.

9

Электрические цепи постоянного тока

Лабораторная работа № 1

Исследование электрических цепей постоянного тока с последовательным и параллельным соединением приёмников электрической энергии

1. Цель работы

Проверить действие основополагающих законов – Ома, первого и второго законов Кирхгофа при анализе заданных электрических цепей, приобрести навыки измерения сопротивлений, постоянных токов и напряжений с помощью мультиметра, проверить опытным путём распределение напряжений и токов в данных электрических цепях.

2. Сведения из теории

2.1.Последовательное соединение приёмников электрической энергии

Последовательным соединением приёмников называется такое соединение, при котором через все участки электрической цепи проходит один и тот же ток (рис. 1.1).

I

R1

+

 

 

U1

 

 

U

U2

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rn

-

Un

Рис. 1.1. Последовательное соединение приёмников электрической энергии

Для этой цепи справедлив 2-й закон Кирхгофа: алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре электрической цепи постоянного тока равна алгебраической сумме падений напряжений на всех элементах, входящих в этот контур, т. е.

m

n

Ek

Rk I .

k 1

k 1

При последовательном соединении приёмников в случае E = U (рис. 1.1) напряжение, приложенное к цепи, равно сумме напряжений на зажимах отдельных приёмников, т. е. выполняется 2-й закон Кирхгофа:

U U1 U2 ... Un ,

где U – напряжение, приложенное к цепи; U1,U2,...Un – напряжения на зажимах отдельных приёмников.

Так как U1 R1I , U2 R2I , Un RnI , то

U R1I R2I ... RnI (R1 R2 ... Rn )I RoI ,

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]