vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторные работы на универсальном лабораторном стенде ЭВ-4 проводятся в соответствии с требованиями по технике безопасности, рег- ламентированными ГОСТ 12.4.113-82. К лабораторным занятиям допус- каются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности, кото- рый проводит преподаватель на первом лабораторном занятии, и распи- савшиеся в специальном журнале. Студенты, не прошедшие инструктаж и не расписавшиеся в журнале, к выполнению лабораторных работ не до- пускаются.

В начале каждого занятия студенты должны изучить основные теоре- тические положения и описание экспериментальной установки, на кото- рой выполняется работа, обратив особое внимание на предупреждения и запрещения, которые сформулированы в каждой работе.

Во избежание несчастных случаев и выхода из строя приборов и обо- рудования, каждый студент обязан строго соблюдать настоящие правила и не допускать нарушения их со стороны своих товарищей.

1. При выполнении лабораторной работы запрещается покидать свое рабочее место без разрешения преподавателя, а также переходить к дру- гому стенду без необходимости.

2. Сборку рабочей электрической схемы необходимо производить при

выключенном напряжении питания в соответствии с указаниями к данной лабораторией работе.

3. После сборки схемы требуется проверять соответствие исходного состояния элементов (кнопок и ручек управления) стенда состоянию, рег- ламентированному в указаниях.

4. Собранную схему необходимо предъявить для проверки препода- вателю, ведущему занятие. Включение схемы в сеть после проверки мож- но производить с разрешения и в присутствии преподавателя.

5. При обнаружении неисправности в схеме или возникновении ава- рийного режима (появление дыма, специфического запаха, искрения, по- дозрительного звука и т.п.) необходимо немедленно отключить схему или снять питание с внутренних цепей стенда автоматическим выключателем, расположенным под откидным столом на лицевой части стенда, и доло- жить об этом преподавателю или дежурному инженеру. Повторное вклю- чение стенда и схемы в этом случае категорически запрещается.

6. Запрещается производить различные переключения (перемонтаж элементов схемы) и исправления в схеме, находящейся под напряжением.

7. Запрещается прикасаться к оголенным частям схемы, находящимся под напряжением.

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

8.После выполнения лабораторной работы необходимо снять напря- жение со схемы, строго придерживаясь соответствующих указаний по данной работе, разобрать схему и привести в порядок рабочее место.

9.При попадании человека под напряжение необходимо немедленно освободить пострадавшего от действия электрического тока, повернув соответствующий выключатель. При потере сознания и остановке дыха-

ния немедленно начать делать пострадавшему искусственное дыхание до прибытия врача.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СТЕНДА ЭВ-4

На первом лабораторном занятии студенты должны изучить конст- рукцию стенда ЭВ-4 и четко уяснить назначение оборудования, приборов и органов управления, а также их расположение на стенде. Лабораторный стенд ЭВ-4 имеет восемь панелей для сборки исследуемых цепей, панель источников питания (ПИ), расположенную на столе и комплект настоль- ных приборов.

Включение питания стенда осуществляется автоматическим выклю- чателем, расположенным справа под откидным столом.

Исследуемые цепи питаются от панели источников, расположенных на рабочем столе.

На рабочем столе расположены:

●кнопки «ВКЛ» и «ВЫКЛ» для включения и отключения панели ис- точников питания и источника трехфазного напряжения;

●кнопка включения и выключения источника регулируемого пере- менного напряжения «~0 – 220 В»;

●кнопка включения и выключения источника регулируемого посто- янного напряжения «= 0 – 220 В»;

●кнопка включения и выключения стабилизированного постоянного напряжения - 12 В;

●ручка регулирования постоянного и переменного напряжений и вольтметры для их контроля.

Все кнопки снабжены индикаторными лампами, сигнализирующими

овключении источников.

На лицевой части стенда расположены:

●панель №1 – элементы генератора релаксационных колебаний и параметрического стабилизатора постоянного напряжения;

●панель №2 – измерительные приборы и резисторы;

●панель №3 – измерительные приборы и резисторы;

●панель №4 – батарея конденсаторов и катушка индуктивности;

●панель №5 – элементы выпрямителя, четырехполюсника и фильтра;

●панель №6 – измерительные приборы, резисторы, диод;

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

● панель № 7 – блок для исследования переходных процессов; ● панель №8 – универсальные цифровые измерительные приборы

В7-22А и осциллограф C1-72.

Настольными приборами и оборудованием стенда являются генератор Г3-109, измерительный комплект К 505, трансформатор и катушка с фер- ромагнитный сердечником.

Все элементы и приборы снабжены штекерными гнездами для вклю- чения их в исследуемую цепь. Сборка схем осуществляется при помощи гибких проводников со штекерами.

Работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы – практическое ознакомление с основными законами электрических цепей; определение влияния и способа соединения прием- ников на величину эквивалентного сопротивления, влияния величины со- противления приемника на распределение токов и напряжений в цепи, на

величины вырабатываемой источником и потребляемой приемником мощности, а также коэффициента полезного действия (КПД), измерение сопротивлений методом амперметра и вольтметра.

1. Основные расчетные соотношения

Любая электрическая цепь состоит из источников энергии и приемни- ков (нагрузки). Источник постоянного напряжения характеризуется двумя величинами: ЭДС E и внутренним сопротивлением Ri (рис. 1.1), а прием- ники в цепи постоянного тока – одним парамет- ром (сопротивлением постоянному току R). В ли- нейной цепи сопротивление не зависит от вели-

чины тока.

Основными физическими величинами, ха- рактеризующими процессы в электрических це- пях, являются токи, напряжения, мощности.

Связь между напряжением U и током I на Рис. 1.1 участке цепи постоянного тока с сопротивлением

R определяется законом Ома:

По первому закону Кирхгофа алгебраическая сумма токов в узле рав- на нулю:

k

å I j = 0 ,

j =1

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

где Ij -ток в ветви с номером j, k - число ветвей, сходящихся в рассматри- ваемом узле.

По второму закону Кирхгофа алгебраическая сумма ЭДС (Eq) в замк- нутом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений (Uk) на участках контура:

где р - число источников, n - число участков в контуре.

В зависимости от способа включения элементов цепи различают по- следовательное (рис. 1.2, а), параллельное (рис. 1.2, б) и смешанное (рис. 1.2, в) соединения.

Рис. 1.2

При последовательном соединении через все элементы протекает один и тот же ток. При этом эквивалентное сопротивление равно сумме сопротивлений Rk последовательно соединенных n элементов:

n

RЭ = å Rk .

k =1

При параллельном соединении элементов напряжение на их зажимах одно и то же. Эквивалентная проводимость равна сумме проводимостей 1/Rk параллельных ветвей:

В случае двух параллельных ветвей с сопротивлениями R1 и R2 эквива-

лентное сопротивление

Rэ = R1+R2 R1 R2

меньше любого из сопротивлений, образующих параллельное соединение. Эквивалентное преобразование параллельно и последовательно со- единенных элементов позволяет любую цепь, содержащую один источник,

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

свести к цепи, представленной схемой на рис. 1.1. Для этой цепи по вто-

рому закону Кирхгофа

E = Ui + Uн = Ri I + Rн I ,

определяется параметрами источника Е, Ri и приемника Rн .

Рассмотрим влияние сопротивления приемника на значения тока I напряжения на нагрузке Uн, мощности источника Р и мощности приемни- ка Рн . Из формулы (1.2) следует, что ток имеет максимальное значение Iкз = ERi в режиме короткого замыкания (Rн=0). С увеличением сопро-

тивления RН ток уменьшается до нуля в режиме холостого хода ( Rн = ∞ ). Напряжение на приемнике, равное напряжению на зажимах источника,

в режиме короткого замыкания равно нулю. С увеличением сопротивле- ния Rн напряжение возрастает до Uн=E в режиме холостого хода.

Мощность Р, вырабатываемая источником,

изменяется подобно изменению тока и имеет максимальное значение Pкз=E2/Ri – в режиме короткого замыкания.

Мощность Рн, потребляемая приемником, определяется по закону Джоуля - Ленца:

В режимах холостого хода и короткого замыкания она равна нулю. Максимальное значение мощности на нагрузке, Pн max =0,25Pкз, достигает- ся при Rн=Ri. Режим, при котором мощность, потребляемая приемником, максимальна, называют режимом согласованной нагрузки, а условие Rн=Ri – условием режима согласованной нагрузки.

Эффективность передачи энергии в цепи характеризуют коэффициен- том полезного действия (КПД):

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

КПД в режиме короткого замыкания равен нулю, а в режиме согласо- ванной нагрузки - 0,5. При дальнейшем возрастании сопротивления на- грузки КПД возрастает. В режиме холостого хода ток в цепи отсутствует, передачи энергии не происходит, КПД теряет смысл.

На рис. 1.3 представлены графики изменения тока, напряжения, Р и Рн, КПД в зависимости от сопротивления нагрузки (Rн/Ri), построенные в относительных единицах.

Рис. 1.3

Метод амперметра и вольтметра является косвенным методом изме- рения сопротивления. Измеряя ток и напряжение, вычисляют величину со- противления по закону Ома. Метод отличается невысокой точностью. При измерении по схеме рис. 1.4,а вычисляемое сопротивление всегда мень-

ше действительного значения сопротивления R, но если измеряемое со- противление много меньше внутреннего сопротивления вольтметра, то погрешность измерения мала.

При измерении по схеме рис. 1.4,б вычисляемое сопротивление

Рис. 1.4

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

всегда больше действительного значения сопротивления R, но если изме- ряемое сопротивление много больше внутреннего сопротивления ампер- метра RA, то погрешность измерения мала. Поэтому схему на рис. 1.4, а называют схемой измерения малых сопротивлений (порядка единиц ом), а на рис. 1.4, б - схемой измерения больших сопротивлений (порядка сотен, тысяч ом).

2. Описание экспериментальной установки

Для выполнения экспериментов необходимы регулируемый источник постоянного напряжения U= 0 - 220 В и вольтметр М42100, расположен- ные на столе стенда (панели источников - ПИ), три резистора (R = 100 Ом, Р = 50 Вт), реостат (R = 150 Ом, P = 50 Вт), вольтметр и три амперметра магнитоэлектрической системы, расположенные на панели 6, два универ- сальных цифровых измерительных прибора В7-22А.

Используемый в работе источник постоянного напряжения является регулируемым. При исследовании последовательного и смешанного (pис. 1.5 и 1.6) соединения элементов напряжение источника поддержива- ем постоянным и принимаем равным ЭДС E. При этом сопротивление Ri=50 Ом считаем внутренним сопротивлением эквивалентного источника, а сопротивления R2, R3 - сопротивлениями приемника Rн.

Схема измерения малого сопротивления методом амперметра и вольтметра показана на рис. 1.7,а, а схема измерения большого сопротив- ления - на рис. 1.7,б.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Исследование влияния сопротивления нагрузки на режим работы цепи

Собрать цепь в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.5. Ре- зистор Ri= 50 Ом реализовать с помощью двух параллельно включенных резисторов R = 100 Ом. Ручку регулирования напряжения источника пи- тания установить в крайнее левое положение (против часовой стрелки), что соответствует нулевому напряжению источника. Ручку регулирования реостата R=150 Ом установить в крайнее левое положение, что соответст- вует максимальному значению сопротивления. Цифровые вольтметры подключить к сопротивлениям цепи через клеммы «*» и «0 –1000 В», на- жать кнопки «- V» и «200», что соответствует измерению постоянного напряжения на пределе 200 В.

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 1.5

После проверки схемы преподавателем включить регулируемый ис- точник постоянного напряжения, нажав на столе стенда кнопки «Вкл/Сеть» и «=0 – 220 В». Постепенно увеличивая напряжение источни- ка, установить Е = 50 В по вольтметру, установленному на столе стенда. Для точной установки Е использовать сумму показаний двух вольтметров: Е= Ui + Uн . Провести измерения. Результаты занести в табл. 1.1.

Во всех остальных опытах поддерживать Е= Ui + Uн = 50 В.

Повторить измерения при различных значениях тока, равных 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 А (ток задается уменьшением сопротивления реостата Rн при постоянном E = 50 В). Уменьшить напряжение источника до нуля, выключить источник. Ручку регулирования реостата Rн = 150 Ом устано- вить в крайнее левое положение. После проверки преподавателем резуль- татов измерений в табл. 1.1 разобрать схему.

3.2. Исследование параллельного соединения приемников

Собрать цепь в соответствии со схемой, приведенной на рис 1.6. Руч- ку переменного резистора R= 150 Ом установить в крайнее левое положе- ние. После проверки схемы преподавателем включить регулируемый ис- точник постоянного напряжения. Установить Е = 50 В, контролируя ве-

10

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

личину ЭДС по показаниям цифровых вольтметров. Провести измерения. Результаты занести в табл. 1. 2.

Рис. 1.6

Т а б л и ц а 1.2

Повторить измерения при токах I= 0,75; 0,85; 0,9 А. Ток регулировать уменьшением сопротивления R2 при Е = 50 В. Уменьшить напряжение источника до нуля, выключить источник. После проверки преподавателем результатов измерений в табл. 1.2 разобрать схему.

3.3. Измерение малых сопротивлений

Собрать цепь по схеме, приведенной на рис. 1.7, а, используя в каче-

стве измеряемого сопротивления внутреннее сопротивление одного из амперметров постоянного тока М42100. Для измерения напряжения циф- ровым вольтметром использовать входные клеммы «*» и «2 В», нажать кнопки «-V», «2», что соответствует измерению напряжения на пределе 2 В. После проверки схемы преподавателем провести измерения при токе I = 1 А. Результаты измерений занести в табл.1.3.

Т а б л и ц а 1.3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Уменьшить напряжение источника до нуля, выключить источник. После проверки преподавателем данных измерений разобрать схему.

Рис. 1.7

1.4. Измерение больших сопротивлений

Собрать цепь по схеме, приведенной на рис 1.7,б, используя в качест- ве измеряемого внутреннее сопротивление вольтметра M 42100. Цифро- вой вольтметр включить через клеммы «*» и «0 - 1000В», нажать кнопку «200», что соответствует измерению напряжения на пределе 200 В. Циф- ровой прибор, используемый в режиме амперметра, включить через клем- мы «*» и «I, R», нажать кнопки «mА» и «20», что соответствует измере- нию тока на пределе 20 мА. После проверки схемы преподавателем про- вести измерения при напряжении 100 В. Результаты занести в табл. 1.4.

Уменьшить напряжение источника до нуля, выключить источник. После проверки преподавателем данных отключить питание стенда,

привести рабочее место в порядок.

4.Оформление отчета

1.По данным табл.1.1 - 1.4 вычислить значения сопротивлений по формуле (1.1).

2.По данным табл. 1.1, 1.2 вычислить значения мощности Р выраба- тываемой источником, мощности, РН, потребляемой приемником, и КПД

ηпо формулам (1.3) -(1.5).

12