Моисеева О.В., Малышева О.А. Электротехника и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный

университет путей сообщения»

Кафедра «Электротехника, электроника и электромеханика»

О.В. Моисеева О.А. Малышева П.Н. Трофимович

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Сборник лабораторных работ

Хабаровск

Издательство ДВГУПС

2010

УДК 621.3 (075.8)

ББК З 2 я 73 + З 85 я 73

М 748

Рецензенты:

Кафедра «Теоретические основы электротехники»

Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета

(заведующий кафедрой кандидат технических наук,

доцент А.Ф. Сочелев)

Технический директор ООО «Энергоимпульс+»

В.Ф. Зинов

Моисеева, О.В.

М 748 Электротехника и электроника: сборник лабораторных работ /

О. В. Моисеева, О. А. Малышева, П. Н. Трофимович. – Хабаровск :

Изд-во ДВГУПС, 2010. – 84 с. : ил.

Сборник лабораторных работ соответствует государственному образова-

тельному стандарту высшего профессионального образования направлений

подготовки 190200 «Транспортные машины и транспортно-технологические

комплексы» специальности 190205 «Подъемно-транспортные, строительные,

дорожные машины и оборудование»; 190300 «Подвижной состав железных

дорог» специальностей 190301 «Локомотивы», 190302 «Вагоны», 190303

«Электрический транспорт железных дорог».

Содержит описания и рекомендации по последовательности выполнения

лабораторных работ, а также контрольные вопросы для самостоятельной

подготовки к защите лабораторных работ.

Предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения, изу-

чающих дисциплину «Электротехника и электроника».

УДК 621.3 (075.8)

ББК З 2 я 73 + З 85 я 73

 ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный

университет путей сообщения» (ДВГУПС), 2010

ВВЕДЕНИЕ

Роль и значение электрической энергии в жизни и экономической дея-

тельности человека общеизвестны. Благодаря удобству ее получения, пе-

редачи на расстояние и распределения между потребителями она полу-

чила широкое распространение и стала основой современной техники.

Техническое использование электрических, магнитных и электромаг-

нитных явлений при потреблении электрической энергии получило назва-

ние электротехники. Курс электротехники и электроники – это основа всех

электротехнических дисциплин, имеющий большое значение для подго-

товки молодого специалиста в любой области производства.

Сборник содержит 17 лабораторных работ, в которых описаны методи-

ки теоретических расчетов и экспериментальных исследований характери-

стик и параметров линейных электрических цепей постоянного, однофаз-

ного и трёхфазного переменных токов, магнитных цепей, трансформато-

ров, электрических машин, полупроводниковых и электронных приборов,

электрических измерений.

Приводимые теоретические сведения не могут заменить учебников и

учебных пособий по соответствующим разделам курса. Поэтому перед

выполнением и защитой каждой работы студенту необходимо изучить со-

ответствующий раздел по учебнику.

ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Важнейшим условием получения хороших практических знаний являет-

ся предварительная подготовка студентов к каждой лабораторной работе,

а также понимание цели и содержания работы. Поэтому, перед выполне-

нием лабораторных работ студент должен изучить её содержание и поря-

док выполнения, повторить основы теории по конкретной схеме опыта,

связанного с выполнением данной работы, подготовить таблицы для зане-

сения результатов измерения и расчетов.

В лабораторных работах № 3, 6, 9, 13 и 14 исследования производятся

с помощью системы компьютерного моделирования электрических и элек-

тронных схем Electronics workbench (EWB). Компьютерное моделирование

по сравнению с опытами в реальных цепях характеризуется частичной

идеализацией электрических процессов, что позволяет исключить второ-

степенные свойства цепи для выявления главных закономерностей. Су-

щественным является безопасность для студента и оборудования при

эксперименте на компьютерной модели.

На экране ЭВМ имитируется реальное рабочее место (рис.1), изобра-

жения компонентов схем соответствуют стандартным условным обозначе-

ниям, а изображение электроизмерительных приборов повторяет экраны и

лицевые панели реальных устройств с функционирующими органами

управления, что способствует формированию у студентов навыков реаль-

ных исследований.

Схему экспериментальной установки студент должен собрать в рабо-

чем поле программы EWB.

Для создания схемы необходимо переместить нужные компоненты, ко-

торые схем сгруппированы по функциональному принципу, с помощью

указателя мыши из соответствующей панели в рабочее окно. Чтобы со-

единить компоненты в единую цепь надо подвести указатель мыши к вы-

воду элемента до появления черной контактной точки. Нажав на левую

кнопку мыши, переместить ее указатель вместе с появившимся проводни-

ком до вывода другого компонента. Изменение параметров компонентов

становится доступным при двойном щелчке левой кнопки мыши на изо-

бражении элемента схемы. Включение экспериментальной установки (за-

пуск процесса моделирования) производится щелчком левой кнопки мыши

на изображении клавишного выключателя в правом верхнем углу экрана

(Activate simulation), аналогично производится ее выключение. При считы-

вании показаний с экранов измерительных приборов необходимо обра-

щать внимание на порядок единиц измерения. Буква

перед единицей

измерения обозначает приставку «микро» (

−

), а буква

– приставку

«милли» (

−

). На рис.1 амперметр показывает ток 220,2 миллиампера.

Рис.1. Окно программы EWB

По окончанию лабораторной работы каждый студент должен самостоя-

тельно обработать результаты выполняемых им опытов и составить отчет

о проделанной лабораторной работе.

Отчет должен помимо названия университета и кафедры, номера и на-

звания лабораторной работы, индекса учебной группы и фамилии студен-

та на титульном листе содержать следующие сведения:

- описание цели работы;

- электрическую схему работы;

- таблицы с записью результатов проведённых опытов и выполненных

вычислений;

- расчетные формулы, по которым выполнялись вычисления;

- диаграммы и графики зависимостей;

- выводы о проведенной работе.

Все схемы, таблицы и графики, приводимые в отчете, должны иметь

наименования. Схемы соединений, таблицы, диаграммы и графики зави-

симостей следует выполнять карандашом с помощью линейки с обяза-

тельным соблюдением требований ГОСТ на условные обозначения эле-

ментов схем (табл. 1) и на обозначения единиц измерения.

График должен содержать координатные оси с символами электриче-

ских параметров и единицами измерения, координатную сетку, оцифро-

ванные шкалы на осях, расчетные или экспериментальные точки и соеди-

няющую их линию. Числа на шкалах координатных осей должны быть

кратны (1; 2; 5)

⋅

, где

– целое число. Линию характеристики на графи-

ке не обязательно проводить через все точки, она должна правильно от-

ражать усредненный вид характеристики с учетом возможных погрешно-

стей при эксперименте. При изображении на одной координатной плоско-

сти нескольких характеристик их необходимо подписать, возможно ис-

пользование различных типов линий и цветов.

Таблица 1

Условные графические обозначения элементов схем

Наименование Обозначение Наименование Обозначение

Соединение

(ответвление

проводов)

Прибор

измерительный

(амперметр,

вольтметр)

Корпус

прибора,

устройства

Прибор

измерительный

(ваттметр)

Контакт

замыкающий

Лампа

накаливания

Резистор,

активное

сопротивление

Обмотка якоря

машины

постоянного тока

Конденсатор, ем-

кость

Общее

обозначение

двигателя

переменного тока

Катушка

индуктивности,

индуктивность

Полупроводниковый

диод

Источник

электродвижущей

силы (ЭДС)

Биполярный

транзистор

p-n-p-типа

В последнем разделе отчёта о проделанной работе (выводы) студент

должен дать оценку свойствам объекта исследования, подтвердились ли

экспериментальные и теоретические сведения и т. д.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Находясь в лаборатории возле стендов необходимо помнить, что мно-

гие элементы схемы лабораторной установки, находящиеся под напряже-

нием, доступны для прикосновения. Поэтому студенты в лаборатории

должны соблюдать исключительную осторожность и правила техники

безопасности:

1. Студент, находясь в лаборатории, должен быть предельно дисцип-

линированным и внимательным; беспрекословно выполнять все указания

преподавателей и лаборантов; находиться непосредственно у исследуе-

мой лабораторной установки.

2. Запрещается подходить к другим установкам, распределительным

щитам и пультам и делать на них какие-либо включения или переключе-

ния; включать схему под напряжение, если кто-нибудь касается её неизо-

лированной токоведущей части; производить какие-либо изменения схе-

мы, находящейся под напряжением; оставлять без наблюдения лабора-

торную установку или отдельные приборы под напряжением.

3. При перемещениях движков и рукояток пускорегулирующей аппара-

туры необходимо следить за тем, чтобы рука была в соприкосновении

только с изолированной рукояткой.

4. Если схема содержит конденсаторы, то после её отключения необ-

ходимо разрядить конденсатор, замкнув накоротко выводы каким-либо

проводником.

5. О всех замеченных случаях неисправности в работе лабораторных

установок и нарушения правил техники безопасности каждый студент

должен немедленно доложить преподавателю.

6. Если произошел несчастный случай, лабораторную установку следу-

ет немедленно отключить, оказать пострадавшему первую помощь и со-

общить об этом преподавателю.

Инструктаж по технике безопасности должен быть зафиксирован в спе-

циальном журнале, где каждый студент должен расписаться.

Лабораторная работа № 1

СБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ПОКАЗАНИЙ ПРИБОРОВ

Цель работы: научиться собирать электрические схемы, определять

цену деления электроизмерительных приборов, а также показания ампер-

метров, вольтметров и ваттметров при различных нагрузках.

Основные теоретические положения

Совокупность соединённых между собой источников электрической

энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток, назы-

вают электрической цепью.

Графическое изображение электрической цепи с помощью условных

знаков принято называть электрической схемой.

Основными элементами электрической цепи являются источники и

приёмники (потребители) электрической энергии, а также провода, соеди-

няющие их между собой. Для измерения электрических и магнитных вели-

чин служат электроизмерительные приборы: амперметры, вольтметры,

гальванометры и др., а также их комбинации.

При сборке схемы следует сначала выделить и собрать последова-

тельную (главную, токовую) цепь. Затем, определив точки, к которым нуж-

но присоединить параллельные ветви, осуществить эти соединения. При-

боры и оборудование, по возможности, следует расставить так, чтобы бы-

ло соответствие принципиальной схеме.

Перед включением электрической схемы следует установить движки

реостатов в такое положение, чтобы сопротивление было максимальным;

рукоятку лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) установить на нуле-

вую отметку; переключатели многопредельных приборов надо поставить

на максимальный предел измерения.

После включения схемы и установки рекомендованного в описании ра-

боты режима можно приступать к записи показаний приборов. Положение

переключателей многопредельных приборов выбирают таким образом,

чтобы стрелка в приборе находилась по возможности во второй половине

шкалы. Показания приборов определяются произведением цены деления

прибора и количества делений, на которое отклоняется стрелка прибора:

nCI

⋅

, nCU

⋅

, nCP

⋅

где

- число делений, на которое отклоняется стрелка измерительного

прибора.

Для многопредельных приборов цену деления определяют как частное

от деления предела измерения, указанного на переключателе, на число

делений шкалы прибора, обозначенное числом в конце шкалы, используя

следующие формулы:

– цена деления амперметра

max

C = ;

– цена деления вольтметра

max

C = ,

где

I ,

U - пределы измерения по току и напряжению;

max

n - максималь-

ное число делений по шкале прибора.

Сложнее определяется цена деления многопредельных ваттметров.

Мощность, измеряемая ваттметром, измеряется по формуле UIP

⋅

, т.е.

ваттметр должен фиксировать напряжение и ток в цепи. Измерительные

механизмы ваттметров имеют две обмотки: токовую (последовательную) и

обмотку напряжения (параллельную). Звездочками на приборах и схемах

обозначают генераторные зажимы, которые обычно соединяют между со-

бой проводником. На рис. 1.1,а приведена принципиальная схема включе-

ния ваттметра, а на рис. 1.1,б – схема соединений клемм ваттметра.

Рис. 1.1. Включение ваттметра в электрическую цепь: а – принципиальная

схема; б – схема соединений клемм ваттметра

Цена деления ваттметра будет определяться произведением пределов

напряжения и тока, деленному на число делений шкалы:

max

⋅

= .

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую схему в соответствии рис. 1.2. Схема соби-

рается в следующей последовательности:

а) последовательная цепь от одного зажима источника питания до дру-

гого – амперметр, токовые цепи ваттметра, нагрузка;

б) подключаются параллельные элементы – вольтметр, цепи напряже-

ния ваттметра.

Рис. 1.2. Электрическая цепь: а – первый этап; б – второй этап

2. На вольтметре и ваттметре установить пределы при напряжении ис-

точника 100 В. Включить одну группу ламп и записать показания всех при-

боров в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Показания приборов

№

опыта

U, В

, А

, Вт

⋅

3. Увеличить напряжение источника до 170 В, предварительно изменив

пределы по току и напряжению соответствующих приборов. Включить две

группы ламп и записать показания приборов в табл. 1.1.

4. Сформулировать краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрическая цепь?

2. Что такое электрическая схема?

3. Какова последовательность сборки электрической цепи?

4. Что показывает цена деления амперметра?

5. Определить показание амперметра, если предел по току 2,5 А, мак-

симальное число делений на шкале прибора – 100, а стрелка отклонилась

на 40 делений.