ИНЖЕНЕРНО–ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Составитель: Ушев Н.И. – доцент кафедры энергетики и автоматизации производственных процессов Брянской государственной инженерно-технологической академии

Рецензент: Симутин В.З. – доцент кафедры Промышленной электроники и электротехники Брянского государственного технического университета

В сборе материала и подготовке пособия к изданию принимали участие студенты 2 курса механико – технологического факультета

Рекомендовано учебно-методической комиссией

1. Предисловие …………………………………………………………………….……5

2. Организация лабораторных занятий …………………………………………….5

3. Требования к отчетам по лабораторным работам ……………………………...6

4. Правила техники безопасности при работе в лабораториях.............................6

«Электрические в цепях постоянного и переменного токов»……………………..8

«Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока,

содержащей резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы»… ………….16

«Исследование трехфазной цепи с приемниками, соединенными звездой»……23

«Испытание однофазного трансформатора»……………………………………...30

«Испытание трехфазного асинхронного двигателя»……………………………..37

«Составление и испытание схем автоматического управления и блокировки электродвигателей»………………………………………………………………...42

«Исследование выпрямителей»…………………………………………………….48

Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по курсу "Электротехника и электроника" предназначено для студентов механико-технологического факультета специальности «Технология деревообработки» дневной и заочной форм обучения.

В пособие, в соответствии с программой курса, включены семь лабораторных работ по разделам "Электрические измерения в цепях постоянного и переменного токов", «Электрические цепи однофазного синусоидального тока», «Электрические цепи трехфазного тока», «Электрические машины», «Электропривод» и «Основы электроники». Пособие содержит описание лабораторных стендов, руководство по методике выполнения каждой работы, рекомендации по обработке экспериментальных результатов и построению графических зависимостей. В конце каждой работы размещены контрольные вопросы для самопроверки и рекомендована литература.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТАМ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Отчёт по каждой работе выполняется индивидуально каждым студентом.

Все записи в отчёте выполняются чернилами, а графическая часть (схемы, графики) - карандашом с использованием соответствующих инструментов.

Все графические изображения и позиционные обозначения элементов электрических схем выполняются в строгом соответствии с действующими ГОСТами. Единицы измерения электрических величин должны строго соответствовать стандарту СЭВ "Единицы физических величин".

Графики желательно выполнять на миллиметровой бумаге. Масштабы графиков должны быть стандартными, а именно в единице длины масштаба должно содержаться (1,2,4,5)*10^±^П единиц изображаемой величины, где п - любое целое число. Например: в одном см - 2А (п=0), или в одном см-100Вт (п=2) и т.д. Записывается это как 2 А/см, 100 В/см.

Кривые всех величин, являющихся функцией одного и того же аргумента (тока I, мощности Р, емкости С и др.), строятся на одном общем рисунке. При этом ось функции (или несколько осей различных функций) может (могут) иметь разные масштабы. Длина осей аргумента и функции должна быть примерно одинаковой. Должны быть указаны единицы измерения всех функций и аргумента.

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

- характеристики измерительных приборов и оборудования в виде таблицы;

- пример расчёта для одной строки каждой таблицы;

2.1 Самостоятельно в учебное и внеучебное время:

2.1.1. Изучить устройство, принцип действия, область применения, достоинства и недостатки приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и индукционной систем, используя демонстрационные стенды и рекомендуемую литературу. Составить краткий конспект в лекционной тетради (домашнее задание).

2.1.2. Усвоить способы измерения тока, напряжения, мощности в цепях постоянного и переменного токов (см. раздел 4 «способы измерения силы тока, напряжения и мощности»). Составить краткий конспект в лекционной тетради (домашнее задание).

2.2.1. Ознакомиться с макетами и плакатами приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и индукционной систем.

2.2.2. Изучить все условные обозначения и знаки, нанесённые на шкалы электроизмерительных приборов лабораторного стенда (см. раздел 5 «условные обозначения электроизмерительных приборов»); научиться определять технические характеристики приборов (цену деления погрешность приборов).

2.2.3. По индивидуальному заданию преподавателя занести в следующую таблицу характеристики двух-трех приборов.

Таблица 1 – Технические характеристики приборов

2.2.4. Определить наибольшие возможные величины абсолютной погрешности приборов, занесенных Вами в таблицу 1 (см. раздел 3 «точность измерений, погрешности измерений. Цена делений приборов»).

2.2.5. Рассчитать сопротивление шунта или определить величину добавочного сопротивления для расширения пределов измерения амперметра или вольтметра (по заданию преподавателя). Начертить расчётную схему (см. раздел 4 «способы измерения силы тока, напряжения и мощности»).

Разность между измеренным А_И действительным А_Д значениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью измерения:

Эта разность может быть положительной и отрицательной.

Отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выраженное в процентах, называется относительной погрешностью:

Наиболее полно качество прибора характеризует приведенная погрешность прибора. Приведенная погрешность прибора есть выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к номинальному значению шкалы прибора (наибольшему значению величины А_max, которую можно измерить при данной шкале прибора):

Эту величину принято считать классом точности прибора К: K = g_пр _. Электричес-

ские измерительные приборы имеют следующие классы точности: 0,05;.0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Зная класс точности прибора и наибольшее значение величины, которую позволяет измерить данная шкала прибора А_max, можно определить наибольшую возможную абсолютную погрешность прибора:

Таким же способом можно определить наибольшую абсолютную погрешность измерения в любом месте шкалы прибора.

Ценой деления прибора называется значение измеряемой величины, приходящееся на одно деление шкалы прибора:

Амперметры, миллиамперметры и микроамперметры, предназначенные для измерения силы тока, включаются в цепь последовательно с её элементами (рисунок 1.1), поэтому сопротивление их должно быть возможно малым, примерно на два порядка меньше сопротивления любого элемента цепи.

В установках постоянного тока для этой цели применяются главным образом приборы магнитоэлектрической системы, а переменного – преимущественно электромагнитной системы.

Для расширения пределов измерения амперметров, параллельно им включаются шунты (колиброванные сопротивления, рисунок 1.2).

Рисунок 1.1 - Включение Рисунок 1.2- Расширение пределов

Рисунок 1.3 - Включение Рисунок 1.4- Расширение пределов

Вольтметры, милливольтметры, микровольтметры, предназначенные для измерения напряжения, включаются параллельно нагрузке (рисунок 1.3), поэтому сопротивление их должно быть как можно больше (примерно на два порядка больше сопротивления любого элемента цепи).

Для расширения пределов измерения вольтметра обычно применяют добавочные сопротивления R_д, включаемые в цепь последовательно с вольтметром (рисунок 1.4). В цепях переменного тока для изменения пределов измерения вольтметра применяют трансформаторы напряжения.

Примеры включения ваттметров для измерения мощности в цепях постоянного тока и однофазных, трехфазных цепях переменного тока приведены на рисунках 1.5.– 1.8.

Следует обратить внимание как включается токовая обмотка и обмотка напряжения, куда подключаются зажимы приборов, отмеченные звёздочкой (*).

Рисунок1.5 -Измерение мощности в цепях постоянного

6.1. Что называется абсолютной, относительной и приведённой погрешностями? Как они определяются?

6.2. Какая погрешность определяет класс точности прибора? Перечислите классы точности приборов.

6.3.Как определить наибольшую возможную абсолютную погрешность прибора по данным его шкалы?

6.4. Как определить возможную абсолютную погрешность прибора в любом месте его шкалы? (в том месте, где находится стрелка прибора).

6.5. Что означают условные знаки, нанесённые на шкалу прибора?

6.6. Как определить цену деления прибора? Что она означает?

6.7. Как можно расширить пределы измерения амперметра (вольтметра)?

6.8. Способы включения в схему амперметра, вольтметра, ваттметра?

6.9. Какими способами можно измерять мощность в цепях трёхфазного тока? Как включается в цепь ваттметр?

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Высш. шк., 1999.- с. 340-342, 344-352.

2. Воробьев А.В. Электротехника и электрооборудование строительных процессов. М.: АСВ, 1995. – с. 110-128.

3. Данилин И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М.: Высш. шк., 1998. – с. 324-328, 333-339.

4. Волынский Б.А. и др. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1987. - с. 252-273.

5. Ушев Н.И., Погонышев С.А. Электротехника и электроника. МУ по выполнению лабораторной работы №1 Электрические измерения в цепях постоянного и переменного тока. Брянск: БГИТА, 2002.

6. Ушев Н.И., Жданова Л.С. Электротехника и электроника. МУ по выполнению лабораторной работы № 3 Поверка счетчика активной энергии. Брянск: БГИТА, 2002.

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА, СОДЕРЖАЩЕЙ РЕЗИСТОРЫ,

- проверка опытным путем выполнения закона Ома и второго закона Кирхгофа для последовательной цепи синусоидального тока, содержащей резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы;

- приобретение навыков в определении параметров цепи и построении векторных диаграмм;

- выявление зависимости коэффициента мощности от величины активного и реактивного сопротивлений цепи;

- исследование явления резонанса напряжений в электрической цепи.

На рисунке 5.1 изображена схема экспериментальной установки. Напряжение питания величиной 127В через автоматический выключательQF подводится к измерительному комплекту К-505, в состав которого входят вольтметр, амперметр и ваттметр. Эти приборы отображают значение напряжения, тока и мощности всей цепи.

В качестве резистора служат лампы накаливания с активным сопротивлением R_Л. Индуктивная катушка обладает активным R_К и индуктивным (реактивным) X_L=wL сопротивлениями, конденсатор – емкостным (реактивным) сопротивлением X_С=1/wС

Количество ламп в цепи можно изменять с помощью переключателя S2. Состав элементов цепи устанавливается выключателями S3 и S4. Для измерения напряжения на конкретных элементах цепи, служат соответственно, вольтметры PV2, PV3, PV4.

Экспериментальная установка позволяет исследовать опытным путем различные режимы работы цепи, в том числе и явление резонанса напряжений, изменяя набор элементов цепи (выключателями S3 и S4)., количество ламп накаливания (переключателем S2) или емкость конденсатора.

Работа выполняется в оном из двух возможных вариантов.

Вариант 1. Лабораторная работа выполняется в двухчасовом объеме. (без элементов УИРС). При этом следует выполнить нижеследующие пункты 2.1; 2.2; 2.3; 2.4; 2.6; 2.9;

Вариант 2. Лабораторная работа выполняется в четырехчасовом объеме (с элементами УИРС). При этом следует выполнить все девять нижеследующих пунктов. Вариант задается преподавателем.

2.1. Ознакомиться с приборами и аппаратами, имеющимися на стенде, и их назначением.

2.2. Подобрать приборы и аппаратуру к исследуемой схеме (рисунок 5.1), необходимые для выполнения работы, и записать их технические данные.

2.3. Собрать схему согласно рисунку 5.1 и пригласить преподавателя для ее проверки.

2.4. После проверки схемы преподавателем включить схему под напряжение и проверить работу всех включенных приборов.

2.5. Исследовать особенности цепи синусоидального тока только с активным сопротивлением, используя выключатели S2 S3 и S4. Снять показания всех приборов и занести в соответствующую графу таблицы 5.1.

2.6. Исследовать особенности цепи, содержащей только индуктивную катушку. Показания приборов занести в таблицу 5.1.

2 2.7. Исследовать особенности активно-индуктивной цепи, используя выключатели S2, S3 и S4. Показания приборов записать в таблицу 5.1.

2.8. Исследовать особенности активно-емкостной цепи, используя выключатели S2, S3 и S4. Показания приборов занести в соответствующую графу таблицы 5.1.

2.9. Исследовать явление резонанса напряжений, для чего в цепи с R, L и C изменять величину емкости С от 0 до максимума, занося показания приборов в таблицу 5.2.

Примечание: Результаты каждого опыта представляются преподавателю.

В состав исследуемой цепи входят резистивные элементы, индуктивная катушка и конденсаторы. При построении векторных диаграмм будем пользоваться векторными выражениями напряжений и токов.

Ток, протекающий через активное сопротивление, совпадает по фазе с приложенным к этому сопротивлению напряжением (рисунок 5.2 а, г), угол сдвига фаз j между током и напряжением здесь равен нулю.

Ток в цепи с индуктивностью, отстает по фазе от напряжения на угол j = + 90⁰ (рисунок 5.2 б, д). Ток в конденсаторе опережает приложенное напряжение на четверть периода (рисунок 5.2 в, е), угол j = – 90⁰.

а) с резистивным элементом; б) с индуктивным элементом; в) с емкостным элементом;

г, д, е) –соответствующие векторные диаграммы напряжений и тока для R, L, C.

По закону Ома ток в цепях, изображенных на рисунке 5.2, соответственно запишется

X_{L –}индуктивное сопротивление катушки индуктивности;

Для электрической цепи синусоидального тока с последовательным соединением резистора, индуктивной катушки и конденсатора (рисунок 5.3 а) закон Ома в общем виде может быть записан так:

где I – действующее значение проходящего тока в цепи;

U – действующее значение приложенного к цепи напряжения;

Z – полное сопротивление последовательной цепи.

Полное сопротивление для данной цепи определяется выражением:

Согласно второму закону Кирхгофа для заданной неразветвленной электрической цепи синусоидального тока, общее напряжение U на зажимах цепи в любой момент равно векторной сумме напряжений на отдельных ее участках:

В соответствии с этим уравнением строим векторную диаграмму (рисунок 5.3 б).

Подбирая индуктивность L катушек и емкость C конденсаторов или изменяя частоту f переменного тока, можно добиться численного равенства индуктивного X_L и емкостного X_C сопротивлений электрической цепи, т.е. X_L = X_C; при этом реактивное сопротивление X окажется равным нулю, полное сопротивление Z будет минимальным и равно активному сопротивлению всей цепи R, а ток I достигнет своего максимального значения. Угол j в этом случае будет равен нулю, а ток I и напряжение U на входе цепи будут совпадать по фазе. Такой режим работы электрической цепи, содержащей последовательно включенные элементы R, L, C, называется резонансом напряжений.

При резонансе напряжений частота собственных колебаний последовательного контура с L и C будет равна частоте тока питающей сети, т.е.

Если сопротивление X_L = X_C >> R (во много раз превышают активное сопротивление цепи), то напряжение на реактивных элементах L и C может значительно превышать напряжение U, приложенное к цепи. В связи с этим рассматриваемое явление и получило название резонанса напряжений.

Все величины, входящие в таблицы 5.1 и 5.2, вычисляются по показаниям приборов с использованием формул, приведённых в таблице 5.3

Рисунок 5.3 – Цепь синусоидального тока с резистором,

а– схема цепи; б– векторная диаграмма при X_L >X_C; в – треугольник сопротивлений

при X_L >X_C; г – треугольник мощностей при X_L > X_C.

4.1. Привести технические данные аппаратуры и приборов, использованных при выполнении работы.

4.2. Привести схему лабораторной установки (рисунок 5.2).

4.3. Привести таблицы 5.1 и 5.2 с опытными и расчетными данными.

4.4. Привести пример расчета одной строки для каждой таблицы.

4.5. По результатам измерений и расчетов (таблица 5.1) построить векторные диаграммы для исследуемых случаев.

4.6. По данным измерений и вычислений (таблица 5.2) построить на одном графике резонансные кривые: зависимости I, U, U_R, U_L, U_C, U_X, cosj и угла j от емкости С. На абсциссе отметить точку, соответствующую резонансу напряжений. Используя построенные кривые, описать следствия резонанса напряжений.

4.7. Используя данные эксперимента и расчета (таблица 5.2), построить три векторные диаграммы для случаев: j < 0; j = 0; j > 0.

4.8 Проверить выполнение второго закона Кирхгофа.

4.9. Сделать письменный вывод по результатам проведенной работы.

4.10. При выполнении работы по варианту 2 (с элементами УИРС) провести письменный сравнительный анализ экспериментальных результатов (табл. 5.1)

Примечание: По усмотрению студентов, выполняющих работу по варианту 1, можно воспользоваться сокращенным набором расчетных формул. (Формулы 8, 10, 13, 14, 15, 16, 17, 18).

5.1. Какова цель лабораторной работы и в чем состоит суть методики ее выполнения?

5.2. Поясните схему электрической цепи лабораторной установки.

5.3.Как зависят индуктивное и емкостное сопротивления от частоты тока и почему?

5.4.Какое явление называется резонансом напряжений? Каковы условие и следствия резонанса?

5.5.Изменением каких параметров можно получить режим резонанса напряжений?

5.6.Как строятся векторные диаграммы, треугольники сопротивлений и мощности для различного характера нагрузки?

5.7.Что такое коэффициент мощности? Чему он равен при резонансе?

5.8.Почему при резонансе напряжение на реальной катушке индуктивности не равно напряжению на конденсаторе?

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Высш. шк., 1999.- с. 38-44, 47-49, 65-69, 74-77.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1983.

3. Воробьев А.В., Электротехника и электрооборудование строительных процессов. М.: АСВ, 1995. – с. 32-40.

4. Волынский Б.А. и др. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1987. - с. 58-59, 78-87, 109-113, 116-119.

5. Ушев Н. И., Погонышев С. А. Электротехника и электроника. Методические указания по выполнению лабораторной работы №5 Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока, содержащей резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы. Брянск: БГИТА, 2002.

Установка состоит из универсального стенда, на котором размещены измерительные приборы, автоматический включатель, измерительный комплект К-505. В качестве источника питания используется трехфазная четырехпроводная сеть промышленной частоты 50Гц с линейным напряжением 220В (рисунок 7.1). Нагрузкой служит ламповый реостат. Лампы соединены между собой параллельно. Каждый ряд имеет свою пару зажимов (a – х, b – y, c – z) для подключения к сети. Три ряда ламп являются тремя отдельными фазами трехфазной нагрузки. Пятипозиционные переключатели SА1, SА2, SА3, установленные на панели лампового реостата, позволяют установить равномерную или неравномерную активную трехфазную нагрузку.

Отдельные фазы трехфазной системы обозначены буквами латинского алфавита:

- для генератора начала обмоток фаз – буквами А, В, С, а концы – X, Y, Z;

- для потребителя – начала a, b, c; концы – x, y, z.

2.1. Ознакомиться с установкой и подобрать измерительные приборы в соответствии со схемой (рисунок 7.1). Записать их технические данные.

2.2. Собрать схему соединения приемников энергии «звездой» (рисунок 7.1) и пригласить преподавателя для ее проверки.

2.3. Получить индивидуальное задание у преподавателя.

2.4. Исследовать трехпроводную систему трехфазного тока при соединении «звездой» в следующих случаях:

2.4.1. С имметричная нагрузка фаз. Создать равномерную нагрузку по фазам (R_a = R_b = R_c), изменяя в ламповых реостатах число включенных ламп. Показания приборов записать в таблицу 1. Значение фазного тока, фазного напряжения и мощности (в каждой фазе) определять, устанавливая переключатель фаз на панели прибора К-505 на соответствующую фазу А, В, С;

2.4.2. Н есимметричная нагрузка фаз. Установить неодинаковые сопротивления трех фаз (R_a ≠ R_b ≠ R_c), изменяя число включенных ламп. Показания приборов записать в таблицу 7.1;

2.4.3. обрыв фазы. При разных сопротивлениях в двух фазах, установить сопротивление третьей фазы равным бесконечности путем выключения всех ламп в этой фазе. Показания записать в таблицу 7.1;

2.4.4. Короткое замыкание одной фазы нагрузки. Восстановить симметричную нагрузку трехфазной системы (R_a = R_b = R_c) Отключить установку и установить сопротивление одной фазы равным нулю, замкнув накоротко начало и конец лампового реостата этой фазы (по указанию преподавателя). Включить установку и записать показания приборов в таблицу 7.1;

2.5. Исследовать четырехпроводную систему трехфазного тока в следующих случаях:

2.5.1. Симметричная нагрузка. Изменяя число включенных ламп в ламповых реостатах каждой фазы, установить симметричную нагрузку четырехпроводной системы (R_a = R_b = R_c), т.е. I_a = I_b = I_c. Показания всех приборов записать в таблицу 2.

2.5.2. Несимметричная нагрузка. Изменяя число включенных ламп в ламповых реостатах каждой фазы установить несимметричную нагрузку четырехпроводной системы (R_a ≠ R_b ≠ R_c), т.е. I_a ≠ I_b ≠ I_c. Показания всех приборов записать в таблицу 2.

2.5.3. Обрыв фазы. Не изменяя сопротивления двух фаз, установить сопротивления третьей фазы равным бесконечности путем выключения всех ламп в этой фазе. Показания приборов записать в таблицу 2.

Рисунок 7.1-Электрическая схема лабораторной установки.

4.1. Построить для всех семи опытов (таблицы 7.1 и 7.2) векторные диаграммы напряжений и токов(пояснения к построению диаграммы смотри раздел 3.1 «Примеры построения векторных диаграмм»).

4.2. Сделать письменное заключение о необходимости нулевого провода и о перераспределении напряжений при отсутствии нулевого провода, используя данные таблиц и векторные диаграммы.

5.2.Аппаратура и приборы, используемые в работе.

5.3. Что такое четырех– и трехпроводные системы?

5.4.Какие напряжения называются фазными и линейными?

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

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

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

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