Министерство образования и науки Украины

Донецкий национальный технический Университет

Методические указания

к выполнению лабораторных работ по дисциплине

“Электротехника”

( для студентов специальности 6.051003 “Научные, аналитические и экологические приборы и системы”

Донецк, 2010

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехника», Донецк, ДНТУ, 2010 г.

Приведены цели и методика выполнения лабораторных работ, основные теоретические сведения по теме лабораторных работ, требования к содержанию и оформлению отчетов, указания по самостоятельной работе при обработке результатов лабораторной работы.

Составители: Сенько Виктор Федорович,

Лыков Алексей Геннадьевич,

Данько Дмитрий Леонидович

Основные положения

Лабораторные работы по электротехнике выполняются на лабораторном стенде, включающего в себя комплект элементов для составления исследуемых электрических цепей и наборное поле, с помощью которого проводниками составляется нужная схема. Выводы каждого элемента пронумерованы, и в дальнейшем эти номера используются на схемах, приведенных в методических указаниях к каждой лабораторной работе.

При выполнении лабораторных работ используются следующие электронные приборы. Для измерения напряжений и токов используется цифровой электронный вольтметр В 7-22А, позволяющий измерять напряжение постоянного и переменного тока, постоянный ток и сопротивление отдельных элементов. Однако для упрощения процесса измерения токов при выполнении лабораторных работ процесс измерения тока в какой-либо ветви заменяется процессом измерения напряжения на дополнительном резисторе, имеющего сопротивление 1 Ом, которое включается последовательно в разрыв ветви, в которой необходимо измерить ток. Показания вольтметра численно равны величине тока в данной ветви в амперах. Это позволяет упростить процесс измерения тока и измерять не только постоянный, но и переменный ток.

В качестве источника переменного напряжения произвольной частоты и специальной формы используется генератор сигналов специальной формы ГЗ-127(128), обеспечивающий напряжение амплитудой до 10 В на частотах до 1 мГц.

Для наблюдения электрических процессов используется двухлучевой электронный осциллограф С-1-90, позволяющий одновременно наблюдать на экране два процесса. С помощью осциллографа также можно измерять фазовые соотношения в цепях переменного тока.

По каждой выполненной работе составляется отчет, включающий в себя экспериментальные результаты и их обработку при самостоятельной работе студентов. Рекомендуется при оформлении отчета придерживаться следующей последовательности оформления отчета. На титульном листе указывается дисциплина, тема лабораторной работы и автор отчета. Далее указывается цель лабораторной работы. Если в работе исследуется несколько электрических схем, то для каждой схемы составляется свой «микроотчет», включающий в себя:

электрическую схему;

данные этой схемы;

результаты измерений;

обработку результатов измерений в соответствии с методическими указаниями;

теоретическую проверку эксперименталных результатов;

оценку погрешности измерений.

Если погрешность измерений не превышает 10%, то результаты работы считаются достоверными, при прогрешности более 20% необходимо выяснить источник погрешности и провести дополнительные измерения.

В конце отчета указываются основные выводы по работе.

Лабораторная работа №1

Исследование линейных электрических цепей постоянного тока.

Цель работы: экспериментально проверить: выполнение законов Ома и Киргофа для цепей постоянного тока; методы расчета разветвленных цепей постоянного тока - метод наложения и метод двух узлов.

В неразветвленных цепях постоянного тока (рис.1.1) ток в цепи и падения напряжения на участках цепи определяются по закону Ома:

Разветвленная цепь с одним источником э.д.с. (рис.1.2) путем последовательных преобразований приводится к схеме рис. 1.1.

При определении токов, разветвляющихся в две параллельные ветви, удобно использовать формулу "разброса":

В разветвленных цепях с несколькими э.д.с. (рис.1.3) по любому замкнутому контуру должен выполнятся второй закон Киргофа:

для внешнего контура:

I₁R₁- I₂R₂ = E₁-E₂ ;

для внутренних контуров:

I₁R₁+ I₃R₃ = E₁ ;

I₂R₂+ I₃R₃ = E₂ .

Метод наложения . Сущность метода наложения основывается на принципе суперпозиции, заключающегося в том, что ток в отдельной ветви линейной разветвленной цепи равен алгебраической сумме токов в данной ветви, обусловленных действием каждой из э.д.с. в отдельности, причем остальные источники напряжения закорачиваются, а источники тока размыкаются. Таким образом, метод наложения позволяет заменить расчет сложной разветвленной цепи с несколькими э.д.с. соответствующим количеством расчетов цепей с одной э.д.с.

Метод двух узлов. Очень часто встречаются электрические цепи, состоящие из нескольких параллельно соединенных ветвей, т.е содержащие два узла. Разность потенциалов между двумя узлами U₃₀ определяется по формуле:

где E_i, I_i берутся со знаком " + ", если они направлены от узла 0 к узлу 1, и со знаком " - ", если наоборот.

Ток в каждой ветви определяется по закону Ома для участка цепи:

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схему рис. 1.1. Измерить ток в цепи, э.д.с. источника и падения напряжения на резисторах R₁ и R₃.

2. Собрать схему рис.1.2. Измерить токи в ветвях схемы и падения напряжения на участках цепи.

3. По схеме рис.1.4 проверить метод наложения. Для этого исключить вначале из схемы источник Е₂ и измерить токи в ветвях схемы ( можно использовать результаты, полученные в п. 2).Затем из схемы рис.1.4 исключить источник Е₁ (схема рис.1.3) и вновь измерить токи в ветвях схемы. Для проверки метода наложения измерить токи в ветвях схемы рис.1.4, т.е. при действии обеих э.д.с.

4. В схеме рис.1.4 измерить напряжение между двумя узлами схемы, а также падения напряжения на резисторах R₁ и R₂.

Содержание отчета.

Для каждого эксперимента в отчете предоставляются: схема, измеренные значения токов и напряжений, проверка измеренных величин по формулам.

По результатам п.1 проверяется выполнение закона Ома для участка цепи и для полной цепи; по результатам п.2- выполнение законов Киргофа.

По результатам п.3 проверяется справедливость метода наложения путем сравнения алгебраической суммы токов в каждой ветви при действии каждой э.д.с. в отдельности с соответствующими токами для схемы с двумя э.д.с. Для проверки результатов, полученных в п.3, схема рис. 1.4 рассчитывается по методу наложения.

Необходимо также определить токи в ветвях схемы рис.1.4, используя значение напряжения между двумя узлами, измеренное в п.4.

Кроме того, значения токов в ветвях схемы рис.1.4 необходимо определить, используя метод контурных токов.