2

УДК 621.3.025 ББК 31.21

К 21

Методические указания подготовлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 660300 – Агроинженерия и на основе программы курса «Теоретические основа электротехники» для сельскохозяйственных высших учебных заведений по специальности 110302.65 – Электрификация и автоматизация сельского хозяйства.

Рассмотрены и рекомендованы к изданию кафедрой ТОЭ ИжГСХА, протокол № от 2009г.

Рекомендованы к изданию методической комиссией факультета электри-

Рецензент: Л.П. Артамонова, к.э.н., доцент, каф. ЭТСХП.

Карабашев Г.П.

Методические указания к лабораторным работам по курсу ТОЭ,ч.1.

ОДНОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ,НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИМАГНИТНЫЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

/ Г.П. Карабашев – Ижевск ИжГСХА, 2009, 65с.

Данные методические указания являются составной частью комплекса учебно – методического обеспечения курса ТОЭ кафедры ТОЭ ИжГСХА.

Предназначены для студентов очного и заочного обучения.

УДК 621. 3. 021 ББК 31. 21

@ИжИжГСХА

@Карабашев Г.П., 2009.

3

Оглавление

ОДНОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ,..................................................................................................... 1

5

Указания к выполнению лабораторных работ.

Данные методические указания являются частью комплекса -учебно методического обеспечения курса ТОЭ на кафедре ТОЭ Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. Содержание представленных лабораторных работ охватывает разделы курса по однофазным электрическим цепям переменного тока и нелинейным электрическим и магнитным цепям постоянного тока. Все работы рассчитаны на выполнение в течение 2 часов.

Методическое указание к каждой лабораторной работы состоит из - сле дующих составляющих: цель работы, подготовка к выполнению работы и контрольные вопросы допуска к выполнению её, описание лабораторной установки, содержание работы, содержание отчёта, вопросы к зачёту, основные теоретические сведения.

Весь объём работы можно разделить на три части. Ориентируясь на цель и задачи лабораторной работы, подготовка к выполнению работы начинается, как правило, вне аудитории, дома. На аудиторном занятии студенты прежде всего допускаются к выполнению работы, отвечая на контрольные вопросы. Выполнив экспериментальную часть работы в лаборатории и получив опытные данные, студенты работают над отчётом в оставшееся время занятия, а в основном дома. Зачёты по лабораторным работам они сдают на занятиях после выполнения работы или до выполнения работы, если не сданы зачёты по трём и более работам.

В начале методических указаний к каждой лабораторной работы представлены вопросы подготовки студентов к проведению работы. Степень готовности студентов к выполнению работы проверяется преподавателем в виде допуска к работе по этим вопросам. Студенты должны изучить рекомендуемую литературу, так как приводимые в каждой работе теоретические сведения недостаточны для полного понимания рассматриваемого материала без глубокого предварительного изучения лекционного материала и соответствующих разделов учебников.

При подготовке к проведению работы необходимо тщательно изучить программу выполнения опытов, продумать и наметить ход выполнения этой программы, заготовить схемы и таблицы для записи опытных данных, выполнить необходимые расчёты.

В аудитории, перед получением допуска, нужно ознакомиться с опытной установкой, назначением каждого ее элемента и его использованием в лабораторной работе.

Необходимо ознакомиться с измерительными приборами, подобрать их для проведения опытов по роду тока, пределам измерения, типу измеряемых величин, точности измерения, записать их паспортные данные.

Иногда требуется изучить правила пользования сложными приборами, имеющимися в установке лабораторной работы.

6

После получения допуска студенты приступают к работе. Собранная студентами схема лабораторной установки должна быть представлена на проверку преподавателю или лаборанту.

Если в лабораторной работе необходимо исследовать несколько схем, данные опытов по каждой из них проверяются преподавателем, после чего схема разбирается и собирается следующая. Работа считается законченной, если сделаны все опыты и результаты проверены преподавателем.

Студенты перед началом очередной работы должны представить оформленные отчеты по предыдущим и сдать по ним зачет. Студенты, не сдавшие зачеты по трем предыдущим работам, не допускаются к выполнению следующей.

Подготовка к зачету по лабораторной работе заключается в выполнении программы работы, оформления отчета и подготовки ответов на вопросы для зачета. Для ответа на вопросы к зачёту должны использоваться знания, полученные в процессе выполнения лабораторной работы.

Оформление отчета выполняется на листах формата 4.АОбязателен титульный лист. Схемы, таблицы и графики должны быть выполнены с помощью чертёжных инструментов.

В начале лабораторного цикла ведущий преподаватель проводит со -сту дентами инструктаж по технике безопасности с оформлением в журнале.

К методическим указаниям, как правило, прилагается диск для дополнительного изучения учебного материала. Эти компьютерные материалы можно получить на кафедре, в компьютерном классе или в библиотеке. Содержание и правила пользования этими учебными материалами даны в методических указаниях к каждой лабораторной работе.

Методические материалы

киспользованию компьютерных программ

Вкаждой лабораторной работе имеется раздел для самостоятельной работы на виртуальных приборах по изучению электрических процессов в исследуемых цепях. Приборы разработаны в компьютерной программе LabVIEW и переведены для учебного процесса в автономно выполняемые приложения. Эти приложения (виртуальные приборы) можно использовать, применяя свободно распространяемую программу LabVIEW Run-Time Engine. На кафедре ТОЭ ИжГСХА, в компьютерном классе факультета электрификации с.х., а также в библиотеке академии имеются диски, на которых эти программы уже подготовлены для учебного процесса. В электронных вариантах методических указаний эти разделы входят составной частью и используются по ходу выполнения лабораторной работы.

Электронный вариант методических указаний, да и бумажный вариант с сопроводительным диском очень полезны для заочников, так как дают возможность фактически выполнять лабораторные работы в домашних условиях.

7

Запустив программу с этого диска, студент выбирает лабораторную работу

исоответствующий прибор. Далее работа выполняется по программе.

Вэлектронных учебниках, в тексте имеются рисунки, на которых изображены лицевые панели виртуальных приборов. Для использования прибора нужно при нажатой клавиши Ctrl щелкнуть меткой мышки (в виде руки) по названию рисунка. Появится заставка приложения к учебному процессу этого прибо-

ра. Щелкните левой кнопкой по единственной позиции «My Aplication». Поя-

вится ещё одна заставка приложения, в которой будут три позиции « My Aplication». Щёлкнув по позиции с эмблемой LabVIEW, получим на экране лицевую панель виртуального прибора. Далее работа, как правило, продолжается по программе, имеющейся на лицевой панели прибора.

8

Лабораторная работа № 1. Исследование режимов неразветв- ленной цепи переменного тока.

Цель работы: Изучение методов расчета и опытного исследования цепей переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления, индуктивной катушки и емкости; освоение методик построения и использования волновых, векторных и топографических диаграмм.

Подготовка к работе.

1.Изучить классический и символический методы расчета цепей переменного тока; явление резонанса напряжений; методы построения топографических и векторных диаграмм. Изучить на компьютере режимы исследуемой цепи с помощью материала на прилагаемом к методическому пособию диске.

2.Начертить схемы, заготовить таблицы для записи опытных данных, наметить порядок выполнения работы.

3.Подготовиться к ответу на следующие вопросы:

1.Начертить схему для опытного определения активного сопротивления и индуктивности катушки при помощи амперметра, вольтметра, ваттметра. Написать и объяснить формулы, по которым нужно вычислить параметры катушки.

2.Рассчитать для цепи с последовательным соединением активногосо противления, индуктивности и емкости (u=300sin(ωt+30) B, R=100 Ом, С=100мкФ, L=0,2 Гн, ω=500 1/с) ток, напряжения на элементах, активную, реактивную, полную мощности цепи. Определить угол сдвига фаз между током и напряжением исследуемой цепи.

3.Построить для рассчитанного выше режима цепи волновую диаграмму всех электрических величин.

4.Дать определение векторной диаграммы. Построить ее для рассчитанного в п. 2 режима, показать ее связь с волновой диаграммой.

5.Дать определение топографической диаграммы. Чем она отличается от векторной? Построить ее для рассчитанного в п. 2 режима.

6.Дать определение явления резонанса напряжения. Как определить момент наступления этого явления в исследуемой цепи по имеющимся на стенде приборам?

7.Как рассчитать закон изменения тока в исследуемой цепи при изменении частоты сети, величины емкости?

8.Проверить все рассчитанные выше режимы на компьютере. Ответить на вопросы и задания программы работы на виртуальных приборах.

9.Объяснить последовательность выполнения опытов, особенности предполагаемых характеристик и режимов.

10

Записать технические данные приборов. Произвести измерения с помощью амперметра, вольтметра и ваттметра, рассчитать параметры катушки. Данные представить таблицей 1.

Таблица 1. Определение параметров катушки.

2. Собрать цепь по схеме рис.2 с последовательно соединенными резистором, катушкой и конденсатором для опытной проверки2-го закона Кирхгофа и построения топографической диаграммы напряжений цепи.

Рис. 2. Схема для изучения топографической диаграммы.

Включить произвольно выбранную емкость конденсаторов и установить напряжение на входе цепи, при котором ток не будет превышать номинального значения для элементов (1А); измерить вольтметром напряжения на всех элементах и на входе цепи. Построить топографическую диаграмму, пользуясь только показаниями приборов 3. Собрать цепь по схеме рис.3

Подключить цепь к сети и, изменяя количество включенных ступеней емкости, найти режим резонанса при небольшом значении напряжения на входе цепи. Изменяя величину напряжения на входе и сохраняя режим резонанса, довести ток до номинального значения(1А ). По этому режиму резонанса выбрать напряжение на входе цепи, при котором показания всех приборов были бы удобны для оценки, но не превышали допустимых значений.

4.Установить на входе определенное ранее напряжение сети, снять характеристики тока, напряжений на катушке и конденсаторе, мощности цепи при изменении величины емкости. Включать ступени конденсаторов в цепь нужно, начиная с максимальных значений ёмкости и заканчивая минимальными.