ТОЭ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Электрические машины»

А.П. Сухогузов

Р.Я. Сулейманов

И.Б. Падерина

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Лабораторный практикум для студентов направления подготовки:

190901.65 – «Системы обеспечения движения поездов»;

190300.65 – «Подвижной состав железных дорог»;

140400.62 – «Электроэнергетика и электротехника»;

220400.62 – «Управление в технических системах»;

190100.62 – «Наземные транспортно-технологические комплексы»;

090900.62 – «Информационная безопасность»

Екатеринбург Издательство УрГУПС 2014

УДК 621.3 (072) C89

Сухогузов, А. П.

С89 Теоретические основы электротехники. Электротехника : лабораторный практикум / А. П. Сухогузов, Р. Я. Сулейманов, И. Б. Падерина. – Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2014. – 120 с.

Изложены краткие теоретические сведения, рекомендуемый порядок выполнения и оформления лабораторных работ.

При подготовке к лабораторным работам студент должен ознакомиться с соответствующими разделами курса, используя литературу, лекционный материал и материал практических занятий.

Предназначен для студентов направления подготовки: 190901.65 – «Системы обеспечения движения поездов»; 190300.65 – «Подвижной состав железных дорог»; 140400.62 – «Электроэнергетика и электротехника»; 220400.62 – «Управление в технических системах»; 190100.62 – «Наземные транспортнотехнологические комплексы»; 090900.62 – «Информационная безопасность».

УДК 621.3 (072)

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета

Авторы: А. П. Сухогузов– профессор кафедры «Электрические машины», канд. техн. наук, УрГУПС; Р. Я. Сулейманов – профессор кафедры «Электрические ма-

шины», канд. техн. наук, УрГУПС; И. Б. Падерина – ассистент кафедры «Электрические машины», УрГУПС

Рецензент: А. А. Косяков – доцент кафедры «Электрические машины», канд. техн. наук, УрГУПС

Учебное издание

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Редактор С. В. Пилюгина Верстка Н. А. Журавлевой

Подписано в печать 20.11.13. Формат 60х84/16. Усл. печ. л. 7,0. Тираж 100 экз. Заказ 14.

Издательство УрГУПС 620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66

©Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), 2014

3

Введение

Изучение дисциплин «Теоретические основы электротехники»

и«Электротехника» направлено на формирование и развитие общекультурных (ОК) и профессиональных компетенций (ПК) в соответствии с Федеральными государственными образовательными стандартами.

Предлагаемый лабораторный практикум развивает практические навыки следующих компетенций:

для специальности 190901.65 – «Системы обеспечения движения поездов»:

–способность применять знания в области электротехники

иэлектроники для разработки и внедрения технологических процессов, технологического оборудования и технологической оснастки, средств автоматизации и механизации (ПК-10);

для направления подготовки 140400.62 – «Электроэнергетика

иэлектротехника»:

–способность использовать методы анализа и моделирования линейных и нелинейных электрических цепей постоянного и переменного тока (ПК-11);

–способность к дальнейшему обучению на втором уровне высшего профессионального образования, получению знаний в рамках одного из конкретных профилей в области научных исследований

ипедагогической деятельности (ПК-33);

–готовность понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде (ПК-41);

для направления подготовки 190100.62 – «Наземные транспортно- технологические комплексы»:

–использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

для специальности 190300.65 – «Подвижной состав железных дорог»:

–способность применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);

4

для направления подготовки 090900.62 – «Информационная безопасность»:

– обладать способностью участвовать в разработке подсистемы управления информационной безопасностью (ПК-12) и т. д.

Выполнение лабораторных работ по дисциплинам «Теоретические основы электротехники» и «Электротехника» закрепляет знания, полученные на лекциях и практических занятиях, дает навыки практической работы с измерительными приборами и электротехническим оборудованием, знакомит с техникой и методами исследований. Отчеты по лабораторным работам служат прообразом технических отчетов по тем или иным испытаниям, которые проводит инженер в своей практической деятельности.

Описание каждой лабораторной работы включает в себя формулировку цели работы, краткие теоретические сведения, описание установки и методов измерений, задание и требования к содержанию отчета. Все работы проиллюстрированы необходимыми схемами, формами таблиц для записи результатов измерений и вычислений.

Работа в лаборатории электротехники связана с электричеством, напряжение которого в некоторых опытах достигает 400 В, что является опасным для жизни. Поэтому перед началом работ проводится инструктаж по правилам техники безопасности под роспись в журнале инструктажа по технике безопасности. Правила техники безопасности необходимо строго соблюдать в процессе работы.

Лаборатория электротехники оснащена современным, дорогостоящим и редким оборудованием, с которым нужно обращаться аккуратно и бережно. Для того чтобы избежать выхода из строя приборов при ошибочном включении в электрическую цепь и успешно выполнить всю работу, необходимо соблюдать определенные правила, которые приведены ниже.

Студенты работают в лаборатории в бригадах в составе не более четырех человек. Перед выполнением каждой работы в бригаде выбирается ответственный руководитель работ, распределяющий по членам бригады работы в рамках выполнения лабораторной работы. В процессе выполнения работы студенты знакомятся с описанием работы, подготавливают предварительную часть отчета с заготовленными таблицами, графиками и расчетными формулами.

Схемы собираются поочередно всеми студентами с последующей взаимной проверкой. При сборке схемы рекомендуется измерительные приборы и оборудование располагать так, чтобы схема получалась наглядной и легкодоступной для регулирования и отсчета

5

показаний приборов. Результаты измерений заносятся в протокол испытаний (один на бригаду).

В конце занятий преподаватель проверяет протокол и делает отметку в журнале о выполнении работы. Разбирать схемы до проверки результатов измерений преподавателем не рекомендуется.

Каждый член бригады обязан к началу занятия подготовить отчет по предыдущей работе. Отчет должен представлять собой законченное произведение, содержащее введение (цель работы), основную часть (описание установки, описание хода работы, схему измерений, результаты измерений, расчеты, графики) и заключение (выводы по работе).

После выполнения трех-четырех работ студенты защищают отчеты по лабораторным работам. Для этого они должны:

1)изучить теоретический и практический материал по каждой защищаемой работе;

2)знать схемы лабораторных установок и правила работы с измерительными приборами;

3)знать порядок проведения работы;

4)проанализировать результаты экспериментов.

Защита отчетов по лабораторным работам предполагает теоретическое рассмотрение режимов работы лабораторных установок на основе практических данных лабораторных работ, либо решение типовых задач по тематике лабораторных работ.

Правила техники безопасности

Работа в лаборатории электротехники производится при напряжениях до 400 В, представляющих опасность для жизни.

Собирать электрическую схему соединений и производить переключения в схеме разрешается только при снятом напряжении. Производить переключения в схемах и подключение приборов и оборудования под напряжением категорически запрещается.

Подключение схемы к электрической сети разрешается только после ее проверки преподавателем. Перед подключением схемы к электрической сети следует убедиться, что выходное напряжение лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) установлено равным нулю, многопредельные измерительные приборы переведены в режим измерения максимальных значений токов, напряжений и мощностей.

При неправильном отклонении или зашкаливании стрелок приборов, искрении контактов следует незамедлительно выключить электроустановку.

6

Запрещается браться за токоведущие части, находящиеся под напряжением.

Запрещается производить какие-либо работы на внутренней стороне щитов и приборов.

При нарушении нормального режима работы электрооборудования, приборов и трансформаторов следует немедленно отключить установку.

При появлении дыма или запаха в соединительных проводах, обмотках трансформаторов или приборах из-за перегрузки или неправильной сборки схемы необходимо немедленно отключить установку от питающей сети.

Брать другие приборы или провода с соседних столов без разрешения преподавателя не разрешается.

После завершения измерений схему следует отключить во избежание перегрева оборудования.

При возникновении возгорания действовать в соответствии с указаниями преподавателя. Тушение пожара допускается с использованием огнетушителей, установленных в лаборатории, в соответствии с инструкцией по использованию огнетушителя. Не допускается тушение горящих электроустановок водой.

Пути эвакуации из лаборатории должны быть все время проведения лабораторных работ свободны, двери в лабораторию – открыты.

При нарушении правил техники безопасности виновный снимается с занятий и допускается к выполнению работ только с разрешения заведующего кафедрой и после повторного прохождения инструктажа по технике безопасности.

7

1ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПАССИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1.1.Цель работы

Целью данной работы является опытная проверка методов преобразования пассивных электрических цепей.

1.2. Краткие теоретические сведения

Расчет и исследование сложных электрических цепей во многих случаях можно значительно облегчить путем преобразования схем одного вида в схемы другого вида. Соответствующее преобразование электрической схемы цепи приводит к уменьшению числа ее ветвей или узлов, следовательно, и числа уравнений, определяющих ее электрическое состояние. В настоящей работе исследуются преобразования только пассивных частей схем.

При любом преобразовании должны соблюдаться условия эквивалентности: токи и напряжения в тех частях схемы, которые не затронуты преобразованием, должны остаться неизменными. Суммарная мощность преобразованной и не преобразованной схемы должна быть одинакова.

Основные виды эквивалентных преобразований следующие:

а) замена ряда последовательно соединенных сопротивлений одним;

б) замена ряда параллельно соединенных сопротивлений одним;

в) замена сопротивлений, соединенных звездой, сопротивлениями, соединёнными в треугольник, и наоборот.

Исходя из условия эквивалентности преобразований:

1) эквивалентное сопротивление цепи, состоящее из последовательно соединённых сопротивлений, равно их сумме, т. е.

8

2) эквивалентная проводимость цепи, состоящей из параллельно соединённых сопротивлений, равна сумме проводимостей всех

3) если известны сопротивления треугольника R12, R23, R31 (рис. 1.1), то сопротивления эквивалентной звезды определяются по формулам

Обратное преобразование (если известны сопротивления звезды) производится по следующим формулам:

Рис. 1.1. Преобразование звезды в треугольник

Эквивалентность преобразований можно проверить путем сравнения токов, подходящих к преобразуемой части цепи, т. е. к вершинам треугольника и эквивалентной звезды. Равенство соответствующих токов указывает на эквивалентность преобразований.

9

1.3. Содержание работы и описание установки

В лабораторной работе измеряются сопротивления по методу амперметра и вольтметра. Схема измерений изображена на рис. 1.2.

b

Рис. 1.2. Схема измерения сопротивлений

Получив показания приборов, сопротивления вычисляют по зако-

Для проведения лабораторной работы на стенде используют источник ЭДС, вольтметр, миллиамперметр и любые три резистора (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Внешний вид лабораторного стенда

10