ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

При работе в лаборатории «Теоретические основы электротехники» во избежание несчастных случаев, а также преждевременного выхода из строя приборов и электрооборудования студент при выполнении лабораторных работ должен строго соблюдать следующие требования:

– приступая к выполнению лабораторной работы, необходимо ознакомиться с правилами работы в лаборатории и техники безопасности;

– после ознакомления с правилами работы в лаборатории и инструктажа по технике безопасности необходимо расписаться в соответствующем журнале;

– при работе в лаборатории запрещается приносить с собой вещи и предметы, загромождающие рабочие места;

– запрещается громко разговаривать, покидать рабочие места и переходить от одного стенда к другому;

– сборку электрической цепи производить соединительными проводами при выключенном напряжении питания в строгом соответствии со схемой, представленной в лабораторном практикуме, обеспечивая при этом надежность электрических контактов всех разъемных соединений;

– приступая к сборке электрической цепи, необходимо убедиться в том, что к стенду не подано напряжение;

– при сборке электрической цепи необходимо следить за тем, чтобы соединительные провода не перегибались и не скручивались петлями, приборы и электрооборудование расставляются так, чтобы было удобно ими пользоваться;

– собранная электрическая цепь предъявляется для проверки преподавателю или учебному мастеру;

– включение электрической цепи под напряжение (после проверки) производить только с разрешения и в присутствии преподавателя или учебного мастера;

– при обнаружении неисправностей в электрической цепи необходимо немедленно отключить ее от питающей сети и доложить об этом преподавателю или учебному мастеру;

– переключения и исправления в сборной электрической цепи разрешается производить только при отключенном напряжении питания;

– запрещается прикасаться пальцами, карандашами и другими предметами к элементам стенда, находящимся под напряжением;

– при работе с конденсаторами необходимо помнить, что на их зажимах, отключенных от сети, некоторое время сохраняется электрический заряд, который может быть причиной поражения электрическим током;

– при обнаружении повреждений электрического оборудования и приборов стенда, а также при появлении дыма, специфического запаха или искрения необходимо немедленно выключить напряжение питания стенда и известить об этом преподавателя или учебного мастера;

– после выполнения лабораторной работы необходимо выключить напряжение питания стенда, разобрать исследуемую электрическую цепь и привести в порядок рабочее место;

– при поражении человека электрическим током необходимо немедленно обесточить стенд, выключив напряжение питания; при потере сознания и остановке дыхания необходимо немедленно освободить пострадавшего от стесняющей его одежды и сделать искусственное дыхание до прибытия врача.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЁННОЙ ЦЕПИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы

Цель лабораторной работы – приобретение навыков моделирования линейных электрических цепей постоянного тока.

Задачи работы

Задачи лабораторной работы:

– приобретение навыков сборки электрической цепи в соответствии с заданной схемой;

– приобретение навыков работы с приборами при измерении токов и напряжений.

– изучение методов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ).

– определение параметров эквивалентного генератора, входных и взаимных проводимостей в различных ветвях электрической цепи.

Продолжительность лабораторной работы – 4 часа.

ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Стенд содержит два источника питания с различными ЭДС: Е ₁ и Е ₂, переносной электронный вольтметр, постоянные и переменные резисторы. Разветвленная цепь собирается из резисторов, закрепленных на стенде. Вместо амперметров включаются измерительные резисторы соответственно в первую, вторую и третью ветви цепи. При измерении напряжений прикасаются щупами вольтметра к соответствующим точкам электрической цепи. Если отклонение стрелки вольтметра меньше одной трети шкалы, то диапазон измерения переключают с помощью переключателя, расположенного на лицевой панели прибора.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

В лаборатории

1. Подключить вольтметр к источнику Е ₁, расположенному на левой половине стенда, и, вращая рукоятку, установить напряжение U ₁ в соответствии с табл.1.

Таблица 1

2. Собрать цепь (рис.1) и измерить напряжения на сопротивлениях R_и и R ₁. По данным опытов определить параметры схемы замещения источника Е_{Э 1} и R_{Э 1}.

3. Аналогично установить напряжение U ₂ на источнике Е ₂, расположенном на правой стороне стенда, и, собрав аналогичную цепь, определить Е_{Э 2} и R_{Э 2}.

4. Собрать цепь (рис.2) для проведения опыта короткого замыкания.

5. Измерить напряжения на измерительных сопротивлениях R_и, стоящих в цепях с сопротивлениями R ₁, R ₂ и R ₃. Зная измерительное сопротивление R_и = 10 Ом, определить токи I ₁, I ₂, I ₃ и записать их в табл. 2.

6. Собрать аналогичную цепь (рис.3), но подключить источник Е ₂ к зажимам d – е, а от зажимов а–в отключить источник Е и закоротить эти зажимы а–в.

7. Определить токи I ₁, I ₂, I ₃ (как в п. 5) и записать их в табл. 2.

8. Убрать перемычку с зажимов а–f и подключить к ним источник Е ₁. Определить токи I _1, I ₂, I ₃ (как в п. 5) и записать в табл. 2.

Таблица 2

9. Используя переменное сопротивление R_{н 2} (расположено в центре стенда), собрать цепь (делитель напряжения) (рис.4). Убедиться, что при измени положение рукоятки переменного сопротивления на зажимах 1–2 изменяется напряжение.

10. Подключить делитель напряжения к зажимам а–f (где был включен ранее источник Е ₁) и, изменяя напряжение U_af (вращая рукоятку переменного сопротивления), добиться, чтобы ток I ₃ стал равен нулю (при этом источник Е ₂ не отключен). При этом определить напряжение U_af и ток I ₂.

11. Вернуть источник Е ₁ на зажимы a–f (убрать сопротивление R_{н 2}) и отключить источник Е ₂, а вместо него подключить сопротивление нагрузки R_{н 1}. Должна получиться следующая цепь (рис.5):

12. Изменяя сопротивление R_{н 1}, измерять на нем напряжение и ток. Выполнив 4 (5) измерений, добиться получения максимума мощности в этом сопротивлении. Результаты измерений представить в виде табл 3.

Таблица 3

13. Отключить сопротивление R_{н 1} и измерить напряжение U_dexx (опыт холостого хода).

Дома

С помощью программы Workbench (EWB 5.12) собрать виртуальную модель исследуемой цепи (рис.6) и проделать с ней те же эксперименты, что проделаны в лаборатории. Величины Е ₁ и Е ₂ установить те же, что были в лаборатории. При значительных различиях результатов, полученных в лаборатории и на виртуальной модели, использовать результаты, полученные на модели.

Для сборки виртуальной модели цепи последовательно перетащите на рабочее поле все элементы цепи: источники напряжения с панели «Sources» , резисторы с панели «Basic» , вольтметры и амперметры с панели «Indicators» , мультиметр с панели «Instruments» . Расположите элементы цепи в соответствии со схемой. Элементы можно поворачивать, выделив их щелчком левой кнопки и вызвав окно команд редактирования щелчком правой кнопки. Для соединения элементов в цепь подведите стрелку указателя к выводу элемента, после появления черной контактной точки нажмите левую кнопку мыши, протащите проводник до вывода другого элемента, добившись соединения, отпустите левую кнопку мыши.

Для изменения значения параметра элемента выделите его, щелкнув левой кнопкой мыши. Затем нажмите правую кнопку, выберите «Component Properties» и установите необходимое значение параметра на вкладке «Value». В виртуальной модели значения сопротивлений R₁, R₂, R₃ увеличены на 10 Ом для учета измерительных сопротивлений реальной модели.

При сборке схемы в EWB 5.12 стрелки токов должны входить в положительные клеммы амперметров, которые в модели изображены тонкой линией. При этом значения токов по знаку будут соответствовать принятым направлениям стрелок.

Мультиметр позволяет измерять постоянные и переменные напряжения и токи, а также сопротивления. Переключения режимов выполняется нажатием кнопок на панели мультиметра.

Используя полученные результаты, выполнить следующие расчеты.

14.На основании измерений п.5 и 6 определить входные и взаимные проводимости g ₁₁, g ₁₂, g ₁₃, а также g ₂₂, g ₂₁, g ₂₃.

15. Используя взаимные проводимости и ЭДС Е ₂, определить при каком значении напряжения U_af ток I ₃ равен нулю. Сравнить с результатом, полученном в п.10.

16. Аналогично определить, при каком U_de и неизменном напряжении Е ₁ ток I ₂ равен нулю. Результат сопоставить с п. 13.

17. По результатам измерений в п. 12 определить зависимость U_H = f (I ₂), а также I ₁ = f ₁(I ₂), I ₃ = f ₂(I ₁).

18. Используя метод эквивалентного генератора, упростить схему на рис. 5.

19. Определить при каком значении сопротивления R_H в нем выделяется максимум мощности.

20. Оформить отчет о лабораторной работе, в котором для каждого эксперимента привести схему исследуемой цепи, измеренные величины, формулы, диаграммы, выводы (сравнение результатов эксперимента и результатов расчета). Порядок выполнения работы и расчеты сопровождать текстовыми пояснениями.

Подготовить устно ответы на вопросы.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для определения параметров схемы замещения источников необходимо:

а) измерив напряжение на зажимах источника, отключенного от нагрузки (напряжение холостого хода), определить ЭДС эквивалентного генератора Е_э= U_хх;

б) собрав цепь (рис.1), измерить напряжение на известном сопротивлении (см. п.2 работы), определить ток или ; записав уравнение напряжений для всей цепи I (R_э+ R_И+ R ₁) = E_э, определить R_э.

Для определения входных и взаимных проводимостей необходимо оставить в цепи один источник ЭДС (остальные отключить) и определить соответствующий ток. Тогда . Так, зная ЭДС Е ₁=10 В и ток I ₃ = 2 A, определяем g ₃₁ =2/10=0,2 См.

Для цепей, где нет источников, необходимо самим вставить ЭДС в соответствующую ветвь, например в цепь, равную 1 В, и определить ток от нее в другой ветви. Зная взаимные проводимости, можно определить ток в любой ветви. Так, при двух ЭДС Е ₁ и Е ₂ ток I ₃ = g ₃₁ Е ₁+ g ₃₂ Е ₂.

При выполнении п.15 и 16 использовать формулы

I ₃ = g ₃₁ Е ₁+ g ₃₂ Е ₂ и I ₂ = g ₂₁ Е ₁+ g ₂₂ Е ₂. Приравняв нулю эти токи, определяем и . Сопоставим расчетные значения U_af с экспериментальным значением, полученным в п. 10 и расчетные значения U_de с экспериментальным, полученным в п.13.

При выполнении п. 17 использовать принцип линейности

U_н = а ₁ + b ₁ I ₂; I ₁ = а ₂ + b ₂ I ₂; I ₃ = а ₃ + b ₃ I ₁. Коэффициенты а _к и b _к определяют, записав названные уравнения для двух опытов.

Цепь на рис.5 можно упростить (рис. 7), используя параметры эквивалентного генератора, где Е _э = U_{de хх} .

Максимум мощности в нагрузке выделяется при R_{Н 1} = R_э.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем заключается принцип суперпозиции? Как его применить для расчета цепей?

2. Как в результате расчета и эксперимента определить взаимные проводимости?

3. В чем заключается принцип линейности?

4. Как определить внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора у которого R_э мало (сотые доли Ом)?

5. Как определить для разветвленной цепи в результате эксперимента параметры эквивалентного генератора?

6. Для замены части электрической цепи эквивалентным генератором в п.4 проводился опыт короткого замыкания. Всегда ли можно делать короткое замыкание электрической цепи?

7. Каковы условия получения максимума мощности в сопротивлении R ₃?

8. Нарисуйте схему устройства, использующего аккумулятор с неизменным напряжением и обеспечивающего регулируемое напряжение на выходе.

9. Какие свойства электрических цепей использовались при вычислениях в п. 11?

10. Какие свойства электрических цепей использовались при вычислениях в п. 13?

11. Как определить взаимные проводимости g ₂₁ и g ₃₂? Какие свойства электрических цепей использовать при этом?

12. Определить взаимную проводимость g ₃₁ для приведенной схемы, где R ₁=2 Ом, R ₁=3 Ом, R ₁=6 Ом.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники / Л.А. Бессонов. – М.: Гардарики, 2007. – С. 43 –65.

2. Демирчян, К.С. Теоретические основы электротехники. Т.1/ К.С. Демирчан [и др.] СПб: Питер, 2009. –С.40–50

3. Потапов, Л.А. Краткий курс теоретических основ электротехники / Л.А. Потапов. – Брянск: БГТУ, 2005. – С. 15 – 36.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: