МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И ОБЩЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Л.В. Буштян, В.И.Тарасов, М.П.Обуховский

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

«ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ»

НА СТЕНДАХ УИЛС–1

Одесса 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Стенд УИЛС-1..………………………………………………….....………………………...3

1.1. Общие сведения………………………………………….…………………….…...3

1.2. Методические возможности стенда…………………….…………………………9

1.3. Особенности работы на стендах УИЛС-1………………………………………..11

1.4. Ознакомительное занятие (лабораторная работа № 1)………………………….12

2. Лабораторная работа № 2. Применение законов Ома и Кирхгофа для анализа электрических цепей…………………………………………………………………………...16

3. Лабораторная работа № 3. Эквивалентные преобразования сложных электрических цепей…………………………………………………………………….………………………21

4. Лабораторная работа № 4. Исследование параметров и схем замещения линейных четырехполюсников…………………………………………………..………………….…….23

5. Лабораторная работа № 5. Применение законов равновесия для анализа электрических цепей синусоидального тока……………………………………………………………..…….28

6. Лабораторная работа № 6. Применение теории двухполюсника для исследования цепей синусоидального тока…………………………………………………………………………..36

7. Лабораторная работа № 7. Исследование цепей с индуктивно связанными элементами…40

8. Лабораторная работа № 8. Исследование электрического резонанса.…………………...45

9. Лабораторная работа № 9. Исследование влияния характера элементов цепи на форму тока при несинусоидальном напряжении источника………………………………………...49

10. Лабораторная работа № 10. Исследование свойств реактивных фильтров…………….54

11. Лабораторная работа № 11. исследование трехфазной цепи при соединении фаз источника и приемника звездой……………………………………………………………….60

12. Лабораторная работа № 12. Исследование трехфазной цепи при соединении фаз источника и приемника треугольником………………………………………………………65

13. Лабораторная работа № 13. Исследование переходных процессов в цепях с одним реактивным элементом…………………………………………………………………………69

14. Лабораторная работа № 14. Исследование переходных процессов в цепях с двумя реактивными элементами………………………………………………………………………72

15. Лабораторная работа № 15. Исследование переходных процессов при подключении колебательного контура к источнику гармонического напряжения………………………..77

16. Лабораторная работа № 16. Применение метода эквивалентного источника к анализу цепи……………………………………………………………………………………………...81

Список литературы……………………………………………………………………………..87

1. Стенд уилс–1

1. Общие сведения

Стенд УИЛС–1 ориентирован, прежде всего, на студентов, начинающих изучение электротехники. В основу его конструкции положен принцип физического моделирования электрических цепей в сочетании с системным подходом при формировании технико–экономических характеристик. К отличительным особенностям стенда относятся простота обращения с его блоками и элементами, наглядность при сборке цепей и соответствующая

легкость контроля, прямой контакт студента с реальными элементами, «студентоустойчивость» отдельных узлов, безопасность работы на стенде, ограниченный набор универсальных стандартных приборов, необходимых для выполнения всего лабораторного практикума.

Стенд включает в себя пульт,наборэлементов и соединительных проводов и специальный лабораторныйстол. Общие габаритные размеры , мм – ширина 1500, глубина 600, высота 1200. Стенд питается от сети трехфазного напряжения 380/220Vлибо 220/127Vчастотой 50Hz. Потребляемая мощность – не более 300V·A.

Пульт состоит из источников энергии, электрического ключа, наборного поля и регулируемых пассивных элементов. Источники энергии и электронный ключ (рис. 1.1) расположены в левой части пульта в трех находящихся один под другим съемных блоках.

Рис. 1.1. Лицевые панели блоков питания стенда

БЛОК ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ содержит источник регулируемого стабилизированного напряжения (ИР) (0…25) V, ток до 1 А, и источник нерегулируемого напряжения (ИН) 20V, ток до 1 А. На лицевой панели блока находятся (слева направо): 9 – выход ИР; 10 и 11 – тумблер и контрольная лампа питания: 14 – выход ИН: 15 и 17 – вольтметр и амперметр, контролирующие выход ИР; 16 – ручная регулировки напряжения ИР.

Рис. 1.2. Блок постоянных напряжений

Оба источника снабжены электронной защитой, отключающей источники при превышении током значения 1 А. При этом загорается сигнальная лампочка 12 (отключение ИН) либо 18 (отключение ИР). После устранения причин перегрузки источников следует нажать кнопку 13 либо 19 соответственно.

ЭЛЕКТРОННЫЙ КЛЮЧ применяется при анализе переходных процессов. Он представляет собой замыкающий 22 и размыкающий 23 полупроводниковые контакты, переключаемые каждый период либо внешним источником напряжения (5…15) V, (5…1000)Hz, либо внутренним с частотой 50Hz. В первом случае напряжение от внешнего источника подается на вход 25, а тумблер 24 ставится в положение «Внешн.», Во втором случае необходимо только установить тумблер 24 в положение «Внутр.». На лицевой панели расположены тумблер питания электронного ключа 21 и соответствующая сигнальная лампа 20.

БЛОК ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ представляет собой регулируемый стабилизированный источник, обеспечивающий напряжение (5…25) Vи ток до 1 А при частоте (0,1…8,0)kHz. На лицевой панели слева направо расположены: 5 и 8 – тумблер и контрольная лампа питания: 6 и 7 – кнопка и контрольная лампа электронной защиты блока; 26 – переключатель выбора формы кривой напряжения; 27 и 28 – ручки ступенчатого и плавного изменения частоты; 29 – ручка плавного изменения напряжения; 31 и 30 – вольтметр и амперметр, контролирующие выход блока; 32 – выход. Включение блока в работу после срабатывания защиты осуществляется кнопкой 6.

Рис 1.3. Блок переменного напряжения

БЛОК ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 50 Hz – трехфазный источник с независимыми фазами, напряжения которых регулируются ступенчато от 0 до 40Vчерез 1V. Допустимый ток – до 1 А.

Рис. 1.4. Блок трехфазного напряжения

Питание на блок подается и контролируется соответственно тумблером 37 и лампой 4. Напряжение на выход 35 фазы А подается тумблером 1 и контролируется лампой 33. Напряжение регулируется с помощью переключателей 36 и 34. Включение блока после срабатывания защиты и контроль за ее работой осуществляется кнопкой 2 и лампой 3. Аналогично осуществляется управление фазами Bи С. Звездочками отмечены начала фаз.

НАБОРНОЕ ПОЛЕ (рис. 1.5, а), расположенное в центре пульта, представляет собой панель с 67 парами гнезд (например, пары 1, 2, 3 и др.), предназначенными для подключения элементов исследуемых цепей. Гнезда соединены между собой электрически, образуя узлы (например, гнезда 4, 5, б, 7 либо 8, 9, 10). Они рассчитаны на четырехмиллиметровые штекера, подпружинены, что обеспечивает надежное электрическое соединение и механическое крепление. Конструкция наборного поля позволяет быстро и с минимальным количеством ошибок собрать, используя заданные элементы и соединительные перемычки, исследуемую цепь, внешний вид которой аналогичен принципиальной схеме (рис. 1.5,б). Такая наглядность при сборке цепей играет исключительно важную роль, особенно на начальной стадии изучения электротехники.

a)

б)

Рис. 1.5. Электрическая цепь на наборном поле (а) и ее схема (б)

Справа от наборного поля в трех съемных блоках находятся регулируемыепассивные элементы.

БЛОК ПЕРЕМЕННОГО СОПРОТИВЛEНИЯ позволяет получить на выходе R4

сопротивление в диапазоне 1…999 Ω со ступенью регулирования 1 Ω.

Допустимая мощность рассеивания – 5 W.

Рис. 1.6. Блок переменного сопротивления

БЛОК ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТИ обеспечивает на выходе С4 изменение емкости от 0,01 до 9,99 μFсо ступенью регулирования 0,01μF.

Рис. 1.7. Блок переменной емкости

БЛОК ПEPЕМЕННОЙ ИНДУКТИВНОСТИ позволяет получить на выходе L4 индуктивность в диапазоне 0,1…99,9mHсо ступенью регулирования 0,1mHи при допустимом токе до 0,2A.

Рис. 1.8. Блок переменной индуктивности

К выходам RI – RЗ, C1– СЗ,L1 –L3 блоков должны быть подключены элементы согласно табл. 1.1 (параметры этих элементов в стендах, выпускаемых заводом, могут отличаться).

В комплект стенда входят элементы наборного поля, соединительные провода и перемычки. Элементывыполнены в виде небольших (60 х 55 х 25)mmлегко разбираемых пластмассовых прозрачных корпусов, внутрь которых впаяны стандартные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы и т.д.) или специально изготовленные (например, катушки). Каждый элемент имеет два четырехмиллиметровых штекера, с помощью которых он может быть установлен на наборном поле. По условиям теплообмена мощность, выделяемая в элементе , не должна превышать 4 W. Завод–изготовитель стендов поставляет комплект из 20 элементов. По желанию заказчика это количество может быть увеличено. Для выполнения лабораторного практикума необходим комплект, состоящий из элементов, приведенных в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Вид и параметры элементов наборного поля

Элемент		Тип	R, Ω	L, mH	C, μF	PN, W	Примечание
Номер (обозна-чение)	Вид
1	2	3	4	5	6	7	8
01	Резистор	МЛТ-2	51	-	-	4
02	”	”	62	-	-	4
03	”	”	75	-	-	2
04	”	”	100	-	-	2
05	”	”	150	-	-	2
06	”	”	200	-	-	2
07	”	”	300	-	-	2
08	”	”	500	-	-	2
09	”	”	750	-	-	2
10-12	”	СП-1У	50-1000	-	-	1	Последовательно соединен резистор МЛТ-2, 50 Ω
22	Катушка	-	-	-	-	2	IN ≥ 225 mA
23	”	-	-	-	-	3	IN ≥ 190 mA
24	”	-	-	-	-	5	IN ≥ 150 mA
26	”	-	-	-	-	От 40 до 70	IN ≥ 40 mA Сердечник 2000 МН, 40х24х8; провод Ø 0,27, N=130-160
27, 28	Индуктивно связанные катушки L1≈L2;M	-	-	От 7 до 10 От 5 до 7	-	-	IN ≥ 120 mA N1 = 400 (на одном сердечнике), N2= 230 (на двух сердечниках), 45х29х8, μN=100
30	Конденсатор	МБМ	-	-	0,05	-	UN ≥ 100 V
31	То же	”	-	-	-	-
32	”	”	-	-	-	-
33	”	”	-	-	-	-
34	”	”	-	-	-	-
35, 36	”	”	-	-	-	-
37, 39	Резистор	ПЭВ	10-20	-	-	5
R1-R3	Резистор	ПЭВ	75-100	-	10-30	-
C1-C3	Конденсатор	МЕГО	-	-	-	-
L1-L3	Катушка	-	-	300-600	-	-

Набор соединительных проводовпредназначен для подключения к наборному полю источников энергии, регулируемых пассивных элементов, приборов и т.д.Перемычки, например 12–17 (см. рис. 1.2,а), используются для соединения гнезд одной пары.

Имеющиеся в стенде измерительные приборы15, 17, 30 и 31 (см. рис. 1.1) предназначены только для контроля работы источников. При выполнении экспериментов, по мнению авторов стенда, студенты должны использовать набор многопредельных приборов класса не ниже 1,5, выпускаемых промышленностью, Набор может состоять из различных приборов, однако рекомендуемый минимум включает ампервольтметр постоянного и переменного токов типа Щ43I3, осциллограф типа С1–68, частотомер

типа Ф5043 и измеритель разности фаз типа Ф2-16.

Приборы, требующие питания, подключаются к розеткам, расположенным в углублении на задней стороне пульта.