Лабораторные работы по электротехнике

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Самарский техникум авиационного и промышленного машиностроения  им. Д.И. Козлова.

Методические указания

по  выполнению лабораторных работ

по дисциплине		Электротехника и электроника
для студентов		2	курса
Специальность:	140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования  (по отраслям)

2012г.

Согласовано  с председателем цикловой комиссии общепрофессиональных дисциплин Председатель ___________Муракова Г.В.

Утверждаю: Зам. Директора по УР ______________Кривчун Н.В.

Разработчик:  Губарь А.С.

Основные правила безопасности труда при работе в электротехнической лаборатории

В электротехнической лаборатории применяются различные напряжения вплоть до 380 В, а монтаж электрических схем носит непостоянный характер. Во избежании несчастных  случаев, связанных с поражением электрическим током., учащиеся допускаются к выполнению лабораторных работ только после приведения инструктажа по безопасности труда.

Основные правила безопасности труда:

1. Перед тем как приступить к выполнению работы, нужно убедиться в том, что все выключатели, подающие напряжение к электрическим схемам, находятся в выключенном состоянии.

2. Без разрешения преподавателя или лаборанта нельзя трогать, включать или выключать рубильники, тумблеры, приборы. (От ошибочного включения может произойти несчастный случай.)

3. Учащиеся должны соблюдать сами и останавливать нарушающих правила безопасности труда и внутреннего распорядка.

4. Прежде чем приступить к работе, следует внимательно ознакомиться с заданием, оборудованием и аппаратурой, порядком выполнения работы, материалами и инструментом.

5. При сборке схем воспрещается использовать провода с поврежденной изоляцией, приборы и оборудование с неисправными зажимами.

6. Включать собранную схему разрешается только после проверки ее преподавателем.

7. При включении схемы необходимо убедиться в том, что никто не прикасается к токоведущим частям.

8. Нельзя загромождать свое рабочее место оборудованием, не относящимся к выполняемой работе, так как это может стать причиной несчастного случая.

9. Категорически запрещается выполнять работы, не относящиеся к полученному заданию.

10. При выяснении причин неисправности схемы нужно прежде всего отключить напряжение. Последующее включение питания разрешается только после осмотра схемы преподавателем.

11. При возникновении в процессе работы какой-либо неисправности следует немедленно выключить напряжение, подводимое на рабочее место.

12. Строго воспрещается оставлять без наблюдения установку, находящуюся под напряжением.

13. Запрещается закорачивать или отключать блокирующие устройства.

14. Не разрешается выполнять лабораторную работу одному. Обязательно присутствие второго учащегося для оказания помощи работающему при несчастном случае.

15. Посторонним лицам, не имеющим отношение к группе, выполняющей задание, вход в лабораторию запрещен.

16. В случае поражения электрическим током следует немедленновыключить напряжение с установки, сообщить об этом преподавателю и оказать первую помощь пострадавшему.

17. По окончании работы с разрешения преподавателя производится разборка схемы при полностью отключенном источнике питания.

18. Учащиеся после окончания работы обязаны привести в порядок свое рабочее место  и только после разрешения преподавателя могут выйти из лаборатории.

19. Каждый учащийся несет ответственность за личную безопасность и безопасность других учащихся в случае невыполнения правил безопасности труда.

Методика проведения лабораторных работ

Каждая лабораторная работа рассчитана на два учебных часа. За это время учащийся должен собрать по схеме электрическую цепь, провести необходимые измерения, записать их в таблице, произвести расчеты, оформить отсчет и сдать зачет преподавателю. На каждую лабораторную работу составляется задание : порядковый номер и название работы, ее цель, основные теоретические положения, оборудование, порядок выполнения работы.

Приступая к выполнению работы, учащийся знакомится с электрическими схемами приборов, аппаратов, машин, схем их включения.

В каждой группе на первом занятии преподаватель проводит общий вводный инструктаж о значении лабораторных работ, правилами пользования приборами и машинами, правилами сборки схем, заполнение таблиц и отсчета по работе, правилах поведения в лаборатории.

При сборке схемы сначала выполняют все соединения последовательной цепи, а затем элементов, входящих в параллельную цепь. В этом случае схема получается более наглядной, облегчает проведение эксперимента и нахождение эксперимента и нахождение неисправности в цепи.

В процессе работы учащийся внимательно следит за показаниями приборов, заносит результаты измерений в таблицу. Все изменения в схеме можно производить при отключенном питании. После того как все задания выполнены можно отключить питание, разобрать схему и привести в порядок свое рабочее место.

Лабораторная работа №1.

Тема: «Исследование схем включения биполярного транзистора».

Цель работы:

1.     Ознакомиться с транзистором.

2.     Исследовать его свойства и схемы включения.

3.     Снять вольтамперную характеристику.

Технические средства: Стендовое оборудование.

Технические пояснения: Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, который в своей структуре имеет два p-n перехода, направленных на встречу друг другу и соответственно три вывода:

Эмиттер: ()

Коллектор: (к)

База: ()

Если между базой и эмиттером приложить небольшое напряжение, то можно управлять значительным током протекающим от коллектора к эмиттеру.

Таким образом, транзистор имеет управляемую вольтамперную характеристику, которая снимается для определённой схемы включения:

- С общим коллектором;

- С общей базой;

- С общим эмиттером;

Каждая схема имеет свои преимущества( согласование, усиление или стабильность в работе)

Схема включения с общим эмиттером (ОЭ) даёт наибольшее усиление, эмиттер является общим электродом во входной и выходной цепи.

Порядок выполнения работы;

1.     Ознакомьтесь с руководством по выполнению базовых экспериментов.

2.     Ознакомьтесь со схемой.

Для снятия вольтамперных характеристик транзистора соберите цепь по принципиальной схеме при различных токах базы.

Монтажная схема приведена на (рис. 6.6)

Установите максимальное напряжение на выходе регулируемого источника и отрегулируйте ток базы потенциометром так, чтобы ток коллектора составлял 8…12 мА

Результаты измерений занесите в таблицу и постройте вольтамперную характеристику транзистора

I_k=_k-э)

Составьте отчёт:

1.     Наименование отчёта, цель работы.

2.     Технические средства.

3.     Электрическая схема.

4.     Таблица с измеренными величинами.

5.     График.

6.     Сделайте вывод.

Контрольные вопросы;

1.     Какие типы транзисторов вы знаете?

2.     Как определяется коэффициент усиления транзистора?

3.     Где применяют транзисторы?

4.     Назовите полупроводниковые материалы для изготовления транзисторов.

Литература:

1.     Атабеков Г.И. Основы теории цепей.

2.     Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники.

3.     Бечева М.К. Электротехника и электроника.

4.     Галкин В.И. «Промышленная электротехника»

5.     Прощин В.М. Лабораторно-практические работы по электротехнике.

Лабораторная работа №2

Тема: «Исследование неразветвлённой R, L, C,- цепи синусоидального тока»

Цель работы: 1. Проверить закон Ома для неразветвлённой цепи переменного синусоидального тока, состоящей из последовательно включенных резистора , катушки индуктивности и конденсатора;

2. Ознакомиться с явлением резонанса напряжений и условиями, при которых он возникает.

Технические средства: Стендовое оборудование

Технические пояснения: При прохождении переменного тока через последовательно соединённый резистор (активное сопротивление), катушку (индуктивное сопротивление) и конденсатор (емкостное сопротивление) на каждом из этих элементов происходит падение напряжения.

При последовательном соединении R, L, C, через все элементы протекает один и тот же ток. Связь между током и напряжением определяется законом Ома на каждом элементе:

U_r=R*I

U_l=X_l*I;   X_l=2 (Ом)

U_c=X_c*I; X_l=1/2 (Ом)

Тогда, напряжение на всей цепи можно определить по второму закону Кирхгофа, как сумму падений напряжения на отдельных элементах.

Рассматривая схему соединений элементов R, L, C удобно использовать векторные диаграммы

Из векторной диаграммы следует, что напряжение на всей цепи:

U===Z*I

Z=

X- реактивное сопротивление.

При равенстве реактивных сопротивлений X_l=X_c, разность X_c-X_c=0 и полное сопротивление Z становится равным активному сопротивлению:

Z=R и , т.е. ;

Или ²LC=1, отсюда можно определить частоту, индуктивность или ёмкость, при которой в цепи будет наблюдаться резонанс напряжений.

Экспериментальная часть

1.     Ознакомиться с руководством по выполнению базовых экспериментов.

2.     Ознакомиться с принципиальной схемой:

3.     Определить Экспериментально параметры электрической цепи с последовательным соединением R,L и C для трёх случаев:

X_l>X_c

X_l=X_c

X_l<X_c

Для этого следует измерить сопротивление катушки индуктивности (на 900 витков) и собрать цепь по монтажной схеме:

Измерьте мощность-P

Силу тока-I

Напряжение на входе цепи- U

Напряжение на катушке-U_l

Напряжение на резисторе-U_r

Напряжение на конденсаторе-U_c

Результат измерений занесите в таблицу:

f = ………….Гц	Измерения						Вычисления
	P, мВт	I, мА	U, B	UR, B	URкL, B	UC, B	URк=RкI, B	, B
C = 1 мкФ (XL=XC)
C = 1,47 мкФ (XL>XC)
C = 0,47 мкФ (XL<XC)

Сделайте вычисления, применив формулы:

U_r=R*I; R=Z*X=Z*

; ;

Приведите векторные диаграммы

Составьте отчёт:

1.     Наименование отчёта, цель работы.

2.     Технические средства.

3.     Приведите принципиальную схему.

4.     Таблица с измеренными величинами.

5.      Вычисления и вывод.

Контрольные вопросы:

1.     Чему равно полное сопротивление цепи, состоящей из последовательно соединённых R, L и C?

2.     Что такое резонанс напряжений?

3.     Какую опасность может создать резонанс напряжений?

Лабораторная работа №3

Тема: Исследование разветвлённой R. L. C. цепи синусоидального тока

Цель работы: Ознакомиться с особенностями параллельного включения катушки индуктивности, состоящей из активного сопротивления, индуктивности и ёмкости (конденсатора), а также с распределением тока в цепи и явлением резонанса токов.

Технические средства: Стендовое оборудование.

Технические пояснения: В общем случае ток на входе цепи синусоидального тока, содержащей сопротивления и ёмкости, протекает ток, сдвинутый по фазе относительно напряжения на угол , что можно показать на векторной диаграмме:

Действующее значение силы тока определяется по закону Ома:

I=U/Z=U*Y

Где Y=1/Z- полная проводимость цепи.

Если ток отстаёт от напряжения (>0), то цепь носит индуктивный характер, если опережает (<0), то цепь носит емкостный характер.

Активная составляющая тока: I_a=I*=U*Y*  ;      I_a=U*G

 где (активная проводимость)- G=Y*,

Реактивная проводимость-B= Y*,

Т.к. реактивная составляющая тока: Ip=I*

Таким образом, катушка индуктивности содержит два элемента, и соответственно ток в катушке содержит активную и реактивную составляющие.

 При расчётах параметров параллельного соединения элементов цепи, целесообразно использовать вместо сопротивлений (R, X_l, X_c) значения проводимостей G, B (B_l и B_c)

Представляем принципиальную схему цепи:

I_p=I_k-I_c

Выразим полную проводимость цепи, используя векторную диаграмму токов:

I=

Где Y=, - полная проводимость этой цепи.

Экспериментальная часть:

1.     Ознакомьтесь с руководством по выполнению базовых экспериментов.

2.     Ознакомьтесь с принципиальной схемой.

3.     Определите экспериментально параметры катушки индуктивности и рассчитайте резонансную ёмкость параллельно включенного конденсатора.

Установите графическую зависимость между током в цепи и ёмкостью конденсаторов.

4.     Соберите цепь согласно принципиальной и монтажной схемам

5.     Установите частоту питающего напряжения 1000Гц , максимальную амплитуду и измерьте напряжение на входе цепи, ток и мощность и результаты измерений занесите в таблицу:

Измерения			Вычисления
U, B	I, мА	P, мВт	Yк, 1/Ом	к, град	BL,	Cрез, мкФ

Y=I/U; B=Y*;

P=I*U*;  C=L/R²+²L²; ;

Тогда Y=G; G=

C=L/(R²+²+L²)

6.     Устанавливайте параллельно индуктивности поочерёдно различные конденсаторы согласно таблице и значения измеренных при этом токов запишите в соответствующие графы.

С, мкФ	0,22	0,47	0,69 (0.22+0.47)	1	1.22 (1+0.22)	1.47 (1+0.47)
Iк, мА
IС, мА
I, мА

Постройте график зависимости тока от ёмкости I=

Примечание;

Резонансную ёмкость определите по минимальному значению тока.

Составьте отчёт:

1.     Наименование отчёта, цель работы.

2.     Технические средства.

3.     Электрическая схема.

4.     Таблица с измеренными величинами.

5.     Необходимые вычисления.

6.     График.

7.     Вывод.

Контрольные вопросы;

1.     Что такое индуктивное и ёмкостное сопротивление, в каких единицах оно измеряется?

2.   Что такое угол, и как его вычислить?

3.     Как определяют силу тока в общей цепи и как закон Ома применим в этом случае?

4.     Что такое резонанс тока?

5.     Какую опасность может представлять резонанс токов?

Лабораторная работа №4

Тема: «Изучить методы поверки электроизмерительных приборов по образцовым или эталонным приборам. Определить погрешности поверяемых приборов- абсолютную и относительную, приведённую максимальную погрешность измерения.

Технические средства: Стендовое оборудование и эталонный прибор.

Технические пояснения:

Электроизмерительные приборы, предназначенные для измерения электрических величин, подлежащих периодической поверке. Поверяемый вольтметр V_п включают параллельно образцовому V_о, причём последовательно с каждым прибором включают резистор для плавной регулировки напряжения.

В  цепи переменного тока для плавной регулировки напряжения можно пользоваться автотрансформатором.

При поверке электроизмерительных приборов необходимо плавно изменять регулируемую величину только в одну сторону- от «0» до «мах» значения, а затем обратно от «мах» до «0».

При помощи регулируемых устройств, стрелка поверяемого прибора поочерёдно устанавливается на целые (оцифрованные) деления своей шкалы.

Это показание заносим в таблицу и рядом записываем показания эталонного прибора. Разность между показаниями поверяемого и эталонного приборов называется абсолютной погрешностью прибора:

_п-А_о; _п-U_o.

Где А_о и U_o –показания эталонного прибора.

Схема поверки вольтметра:

Приведённая погрешность определяется, как отношение абсолютной погрешности  к номинальному пределу измерений прибора и выраженная в процентах.

_пр=*100%; .

Приведённая максимальная погрешность не должна превышать класса точности поверяемого прибора, это даёт возможность сделать выводы о пригодности поверяемого прибора.

Экспериментальная часть:

Для эксперимента использовать блок мультиметров и блок резисторов. Устанавливая в гнёзда наборного поля резисторы разного номинального значения сопротивления, произвести измерение напряжения на соответствующем резисторе

U_п- показания прибора.

U_о- показания эталонного прибора включенного параллельно основному.

Результаты измерений и соответствующих вычислений (абсолютной и относительной погрешностей измерений) записать в таблицу.

№	R(Om)	Uп (B)	Uo (B)
1
2
3
4

Правила пользования блоком мультиметров для измерения электрических величин (напряжений, токов и сопротивлений);

Измерение переменных напряжений и токов прибором
с автоматическим выбором пределов измерения (мультиметр А2, 534).

·        Предварительно рекомендуется ознакомиться с инструкцией по эксплуатации мультиметра РС5000, установленного в блоке А2 (534).

Подготовка мультиметра к измерению переменного напряжения

·        Включите питание блока мультиметра. Переведите переключатель на лицевой панели прибора из положения «OFF» в положение измерения переменного напряжения
«V~». В правой части индикатора между цифровым значением и аналоговой шкалой отображается буква «V». Если при длительном простое произойдет автоматическое отключение мультиметра – отключите мультиметр от измеряемой цепи, и кратковременно переведите выключатель в положение «OFF», а затем установите в положение измерения переменного напряжения. При измерении малых напряжений (порядка нескольких милливольт) переключатель устанавливается в положение «mV».

·        Проверьте включение режима автоматического выбора пределов измерения: в левом верхнем углу индикатора прибора включена надпись «AUTO». Если надписи «AUTO» нет, необходимо нажать и удерживать кнопку «RANGE» («ПРЕДЕЛ» - вторая слева кнопка в нижнем ряду под индикатором). После второго звукового сигнала прибор вернется в режим автоматического выбора предела измерения (появится надпись «AUTO»).

·        Несколькими нажатиями на кнопку «SELECT» («ВЫБОР» - крайняя левая кнопка в нижнем ряду) задать режим измерения переменного напряжения «~» (значок под надписью «AUTO» на индикаторе).

·        Других отметок на индикаторе быть не должно. Ненужные режимы (и их метки на индикаторе) отключаются нажатием (или нажатием и удержанием) соответствующих кнопок прибора.

·        Подключите проводники к гнездам мультиметра: крайнее правое (красное) гнездо «V» и второе справа (черное) гнездо «COM».

В установленном режиме измерения мультиметр РС5000 измеряет действующее значение переменного напряжения, независимо от его формы. Постоянная составляющая сигнала (если она есть) – отсекается.

Измерение переменного напряжения

·        Испытываемая цепь обесточена. Подключите мультиметр к цепи в соответствии с указаниями по выполнению эксперимента.

·        Включить источники питания испытываемой цепи и произвести отсчет напряжения по индикатору мультиметра.

Внимание! Если на вход мультиметра подано измеряемое напряжение запрещается изменять положение переключателя на лицевой панели мультиметра. Любые переключения режимов работы мультиметра необходимо выполнять после отключения прибора от измеряемого напряжения.

Подготовка мультиметра к измерению переменного тока

·        Включите питание мультиметра. Переведите переключатель на лицевой панели прибора из положения «OFF» в положение измерения тока «mA». В правой части индикатора между цифровым значением и аналоговой шкалой отображаются буквы «mA». Если при измерении тока на пределе «mA» на индикаторе окажется слишком мало значащих цифр – переключатель необходимо перевести в положение «μА». Если при длительном простое произойдет автоматическое отключение мультиметра – отключите питание измеряемой цепи (блок А1), кратковременно переведите выключатель в положение «OFF», а затем установите в положение измерения тока.

·        Проверить включение режима автоматического выбора пределов измерения: в левом верхнем углу индикатора прибора включена надпись «AUTO». Если надписи «AUTO» нет, необходимо нажать и удерживать кнопку «RANGE» («ПРЕДЕЛ» - вторая слева кнопка в нижнем ряду под индикатором). После второго звукового сигнала прибор вернется в режим автоматического выбора предела измерения (появится надпись «AUTO»).

·        Несколькими нажатиями на кнопку «SELECT» («ВЫБОР» - крайняя левая кнопка в нижнем ряду) задать режим измерения переменного тока «~» (значок под надписью «AUTO» на индикаторе).

·        Других отметок на индикаторе быть не должно. Ненужные режимы (и их метки на индикаторе) отключаются нажатием (или нажатием и удержанием) соответствующих кнопок прибора.

·        Подключите проводники к гнездам мультиметра: красное гнездо «mA» и черное гнездо «COM».

Измерение переменного тока

·        Испытываемая цепь обесточена. Подключить мультиметр к цепи в соответствии с указаниями по выполнению эксперимента.

·        Включить источники питания испытываемой цепи и произвести отсчет тока по индикатору мультиметра.

Внимание! Если мультиметр включен в цепь измерения тока, допустим лишь переход с предела измерения «mA» на предел измерения «μА» и обратно. Переключение на иные пределы измерения недопустимо.

Внимание! Отключение проводов от гнезд мультиметра в режиме измерения тока  разрывает измеряемую цепь и безопасно только при отключении питания от измеряемой цепи.

Содержание отчёта.

1.     Наименование работы., цель работы

2.     Технические средства.

3.     Электрическая схема.

4.     Таблица с результатами измерений.

5.     Формулы, вычисления.

Контрольные вопросы:

1.     Что является основной технической характеристикой электроизмерительных приборов?

2.     Какие классы точности имеют эталонные приборы?

3.     Что означает «поверка» измерительных приборов?

Лабораторная работа №5

Тема: Измерение электрического сопротивления. Прямые и косвенные методы измерения электрического сопротивления.

Цель работы: Научиться измерять электрическое сопротивление с помощью мультиметра прямым методом измерения. А также измерять ток, напряжение и экспериментально убедиться в выполнении закона Ома в электрической цепи постоянного тока - косвенный метод измерения.

Технические средства: Стендовое оборудование.

Технические пояснения;

Электрической цепью называют совокупность Элементов соединённых друг с другом по определённой схеме, по которым может протекать электрический ток. Для протекания тока необходимы источники электрической энергии- Источники напряжения (ЭДС) или тока. Электрическая цепь также содержит устройства, которые преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии (механическую, световую, тепловую и т.д.), или потребляют энергию электрического тока. Эти устройства называют нагрузками. Для замыкания и размыкания цепи применяют выключатели того или иного вида.

Электрический ток представляет собой направленное движение носителей зарядов в проводнике.

Направление тока указывается на схеме стрелкой от плюса к минусу, ток неизменный во времени называют постоянным и обозначают символом «I».

Количественно ток равен заряду «q», который проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени «t» (1 секунду)

I=q/t [A]

Электрический ток протекает в цепи под действием электродвижущей силы (ЭДС), которая обозначается символом «Е».

Напряжение и ток в цепи постоянного тока связаны законом Ома

I=U/R; или U=R*I.

Между напряжением и током на участке цепи постоянного тока существует прямопропорциональная зависимость, т.е. R^*-коэффициент пропорциональности между током и напряжением, называемый сопротивлением.

Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называется схемой электрической цепи.

Схема для измерения сопротивления в цепи постоянного тока.

Экпериментальная часть:

1.     Ознакомьтесь с измерениями токов, напряжений и сопротивлений с помощью мультиметра.

2.     Включите блок мультиметров.

3.   Установите переключатель в положение измерения сопротивления (.

4.     Подключите к мультиметру с помощью соединительных проводов любое сопротивление из набора миниблоков, выберите ближайший превышающий измеряемое сопротивление предел измерения сопротивления.

5.     Запишите показания мультиметра R_изм и номинальное сопротивление, указанное  на этикетке миниблока

 R_изм=….[Ом]; R_ном…[Ом]; _изм-R_ном [Ом]

6.     Вычислите относительное отклонение измеряемого сопротивления от номинального значения в % (относительную погрешность)

R%=(R_изм-R_ном)/R_ном*100%=…

аполните таблицу:

№п/п	Rизм.[Oм]	Rном.Oм]	R [Oм]	R% [Oм]
1.
2.
3.
4.
5.

Включите блок мультиметров, один для измерения тока в цепи, другой для  измерения напряжения на резисторе из набора миниблоков.

Вычислите сопротивления нескольких резисторов по полученным зкспериментально значениям тока и напряжения (косвенный метод измерения), убедившись в выполнении закона Ома, результаты измерений занесите в таблицу2.

№п/п	I(mA)	U(B)	R(Om)	примечание
1.
2.
3.
4.
5.

Составьте отчет;

1.     Наименование отчета, цель работы.

2.     Технические средства.

3.     Схема для измерения электрического сопротивления.

4.     Таблицы результатов измерений, вычисления, формулы.

5.     Вывод относительно методов измерения.

Контрольные вопросы;

1.     От чего зависит сопротивление проводника?

2.     В каких единицах измеряют удельное сопротивление проводника?

3.     Приведите формулу закона Ома для участка цепи.

4.     Какими способами можно измерить электрическое сопротивление проводника?

5.     Назовите параметры электроизмерительных приборов

Лабораторная работа №6

          Тема: «Исследование трёхфазной четырёхпроводной цепи переменного

   тока»

Цель работы: Ознакомиться с трёхфазными системами переменного тока и методами измерения фазных и линейных токов и напряжений. Проверить соотношения между токами и напряжениями при соединении потребителей в звезду, выяснить роль нулевого провода в четырёхпроводной системе переменного тока.

Технические средства: Стендовое оборудование.

Технические пояснения: Трёхфазной системой называется совокупность           трёх электрических цепей, в которых действуют три одинаковые синусоидальные Э.Д.С., сдвинутые по фазе на 1/3 периода, т.е. на 120^о

В векторном варианте;

В симметричной трёхфазной системе алгебраическая сумма мгновенных значений трёх Э.Д.С. в любой момент времени равна нулю: е_а+е_в+е_с=0

Трёхфазная система, соединённая по схеме «звезда» может иметь три провода, но чаще она имеет четыре провода: три линейных, токи которых равны фазным и определяются по закону Ома:

I_a=U_a/R_a; I_b=U_b/R_b; I_c=U_с/R_с.

И нейтральный провод (N) по которому в любой момент времени протекает ток (I_n) , равный векторной сумме этих токов:

I_n=I_a+I_b+I_c.

Принципиальная схема четырёхпроводной трёхфазной симметричной системы:

При симметричных напряжениях U_a, U_b, U_c и одинаковых сопротивлениях R_a=R_b=R_c=R токи I_a, I_b, I_c также симметричны, и их векторная сумма (I_n) равна нулю

Тогда:                                     I_л=I_ф= U_ф/R; I_n=0

Мощность складывается из мощностей трёх фаз:

При симметричной и чисто активной нагрузке имеем:

При смешанной нагрузке:

Активная мощность:  _л*

Реактивная мощность:  _л*

Полная мощность: _л

Активная мощность в четырёхпроводной трёхфазной цепи измеряется с помощью трёх ваттметров:

Экспериментальная часть:

1.     Ознакомьтесь с общими положениями руководства по выполнению базовых экспериментов ЕЦОЭ.002РБЭ(919)

2.     Соберите цепь с симметричной активной нагрузкой (R_a=R_b=R_c=1кОм) согласно принципиальной схеме, приведённой выше и монтажной схеме;

3.     Измерьте напряжения и токи на нагрузке в схеме с нейтральным проводом и вычислите мощности. Результаты измерений и вычислений (Используйте соответствующие формулы) занесите в таблицу.

4.        Подключая ваттметр сначала в фазу А, затем в фазу В,  и наконец С, измерьте мощность. Результаты занесите в ту же таблицу.                                           

Внимание: при переключении приборов используйте специальный

коммутационный миниблок «амперметр» и пару с коаксиальным разъёмом.

Проверьте баланс мощностей (Сравните измеренную мощность с суммой рассчитанных фазных мощностей)

Составьте отчёт:

1.     Наименование отчёта (Цель работы)

2.     Технические средства

3.     Схемы измерений

4.      Таблицы измеренных величин, вычисления, формулы и т.д.

5.     Сделайте вывод относительно баланса мощностей

Контрольные вопросы:

1.       Какое соединение электрических приёмников называется «звездой»?

2.       Какую функцию выполняет нейтральный провод?

3.       Какое соединение потребителей трёхфазного тока называется «треугольником»?

4.       Какое соотношение между линейными и фазными напряжениями и токами в соединении «треугольником»?

5.       Как определить силу тока в нейтральном проводе, если известны токи в каждом фазном проводе?

6.        

Лабораторная работа №7

Тема: «Исследование работы однофазного трансформатора»

Цель работы: Ознакомьтесь с устройством, назначением, основными характеристиками и режимами работы однофазного трансформатора.

Определить коэффициент трансформации и коэффициент полезного действия.

Технические средства: Стендовое оборудование.

Технические пояснения:

Трансформатор представляет собой статическое устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода, на котором расположены две или более обмоток. Обмотка, к которой подводится напряжение сети, называется первичной. Обмотки, которые подключаются к нагрузке, называются вторичными. Каждая обмотка имеет определённое количество витков и рассчитана на определённое напряжение.

Важными характеристиками трансформатора являются:

1.     Коэффициент полезного действия- отношение выходной мощности (Р₂) к мощности поданной на вход первичной обмотки (Р₁) кпд= Р₂/Р₁*100%.

2.     Коэффициент трансформации- показывает во сколько раз напряжение или число витков на первичной обмотке больше или меньше, чем на вторичной.

Ктр=W₁/W₂=U₁/U₂=I₂/I₁/

Если Ктр>1, то трансформатор понижающий.

Если Ктр<1, то трансформатор повышающий

При работе трансформатора рассматривают 3 режима;

1.     Режим холостого хода (Х.Х.) проводится при номинальных напряжениях Трансформатор потребляет от источника питания очень небольшой ток, называемый током намагничивания, в первичной обмотке ток очень мал, а во вторичной вообще отсутствует.

2.     Режим короткого замыкания (К.З.) Опыт короткого замыкания проводимый при пониженном напряжении питания . напряжение на первичной обмотке мало а на вторичной вообще равно нулю, потерь в сердечнике при таком низком напряжении практически нет.

3.     В нагрузочном режиме с увеличением тока нагрузки (I₂) напряжение изменяется. Вид характеристики зависит от характера нагрузки (активная, индуктивная, ёмкостная или смешанная).

4.     Все три режима работы трансформатора представлены схемами;

Экпериментальная часть:

·          Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

·          Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G2.

·          Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рис. 3.5.1, для исследования двигателя с независимым возбуждением) / (рис. 3.5.2, для исследования двигателя с параллельным возбуждением) / (рис. 3.5.3, для исследования двигателя с последовательным возбуждением).

·          Регулировочную рукоятку реостата А8 поверните в крайнее против часовой стрелки положение.

·          Переключатель режима работы источника G5 установите в положение "РУЧН.".

·          Регулировочную рукоятку источника G5 поверните против часовой стрелки до упора.

·          Включите однофазный источник питания G1.

·          Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и указателя частоты вращения Р3.

·          Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.

·          Включите источник G2. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

·          Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G5.

·          Вращая регулировочную рукоятку источника G5, разгоните двигатель М1 до частоты вращения n, например, равной 1500 мин^-1.

·          Вращая регулировочную рукоятку реостата А8, увеличивайте его сопротивление r и заносите его значение и показания указателя Р3 (частота вращения n) в таблицу 3.5.

Таблица 3.5

r, Ом
n, об/мин

·        По завершении эксперимента у источника G5 поверните регулировочную рукоятку против часовой стрелки до упора и отключите выключатели "СЕТЬ". Отключите источник G2 нажатием на кнопку – гриб. Отключите выключатели "СЕТЬ" блока мультиметров Р1 и указателя Р3. Отключите источник G1.

·        Используя данные табл. 3.5, постройте в виде графика регулировочную характеристику n=f(r).

Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Однофазный источник питания	218.4	~ 220 В  / 6 А
G2	Трехфазный источник питания	201.4	~ 3×220 В  / 6 А
М1	Машина постоянного тока	101.2	90 Вт; 220 В 2,4 А (якорь) 220 В (возбуждение)
G4	Преобразователь угловых перемещений	104	6 выходных сигналов
G5	Источник питания двигателя постоянного тока	206.1	- 0…250 В  / 3 А (якорь) / - 200 В  / 1 А (возбуждение)
M2	Асинхронный двигатель	106	120 Вт; 220/380 В; 1350 мин-1
А8	Реостат	323.4	2×0…100 Ом / 1 А
Р1	Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра  0...1000 В  /  0...10 А  / 0…20 МОм
Р3	Указатель частоты вращения	506.3	2000…0…2000 мин-1

Составьте отчёт:

1.     Наименование отчёта, цель работы.

2.     Технические средства.

3.     Схемы представляющие режимы работы трансформатора.

4.     Таблицы с результатами измерений, вычислений.

5.     Сделайте вывод (охарактеризуйте трансформатор).

Контрольные вопросы;

1.     Каково устройство и принцип работы трансформатора?

2.     Как определить коэффициент трансформации?

3.     Как определить число витков первичной и вторичной обмоток?

4.     От чего зависит коэффициент трансформации?

5.     Можно ли перегружать трансформатор сверх его номинальной мощности?

Лабораторная работа №8

Тема: Исследование схем однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.

Цель работы: Ознакомиться с различными схемами выпрямления переменного тока и исследовать свойства полупроводниковых вентилей.

Технические средства: Стендовое оборудование.

Технические пояснения:

Выпрямитель- это электронное устройство, предназначенное для выпрямления переменного тока. Существует несколько схем выпрямления тока:

-однополупериодная, однофазная схема является наиболее простой (с одним выпрямительным диодом), как показано на схеме:

Полупроводниковый диод пропускает через себя только одну полуволну, Это наглядно просматривается на графике.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока применяют фильтры. Простейшим фильтром является конденсатор, который подключают параллельно нагрузке.

Выпрямленное напряжение определяют по формуле:

Ud=Uобр/ =0,45Uср.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из 4х диодов. При положительном полупериоде входного напряжения диоды D2 и D4 открыты и через них течёт ток в нагрузку. Диоды D1 и D3 в этот момент закрыты. При отрицательном полупериоде диоды D2 и D4 закрываются, но открываются диоды D1 и D3, т.е. выпрямление переменного нерряжения происходит в каждом полупериоде.

Выпрямленное напряжение определяется по формуле Ud=Umax/;

Экпериментальная часть:

Экспериментальная часть

Задание

Исследовать экспериментально основные параметры однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.

Порядок выполнения эксперимента

·        Соберите цепь согласно принципиальной схеме (рис. 15.3)  и монтажной (рис. 15.4) сначала без сглаживающего фильтра (С=0). Включите мультиметры: V1 – для измерения действующего значения синусоидального напряжения, V2 – для измерения постоянного напряжения.

·        Включите и настройте осциллограф. Установите развертку 5 мс/дел.

·        Сделайте измерения и запишите в табл. 15.1. значения: U_ВХ  - по мультиметру V1, U_d  - по мультиметру V2 , U_dмах  и U_dmin - по осциллографу, m = f_пульс / f_вх.

·        Рассчитайте и запишите в табл. 15.1 коэффициенты U_d / U_ВХ,  U_max~  и  k_пульс.

Рис.15.3

Рис. 15.4

·        Параллельно нагрузочному резистору R_Н подключите сглаживающие конденсаторы C  c емкостями, указанными в табл. 15.1 (не ошибитесь с полярностью при подключении электролитических конденсаторов!), повторите измерения и вычисления.

Таблица 15.1

C, мкФ	0	1	10	100
UВХ, В
Ud, B
Udмах , В
Udmin , В
m
Ud / UВХ
Umax~
kпульс

·        Соберите цепь двухполупериодного мостового выпрямителя согласно монтажной схеме рис. 15.5, повторите все измерения и вычисления. Результаты сведите в табл.15.2.

Рис.15.5

Таблица 15.2

C, мкФ	0	1	10	100
UВХ, В
Ud, B
Udмах , В
Udmin , В
m
Ud / UВХ
Umax~
kпульс

Составьте отчёт:

1.     Наименование отчёта.

2.     Цель работы.

3.     Технические средства.

4.     Схема измерений.

5.     Таблицы измерений, формулы, вычисления.

6.     Вывод.

Контрольные вопросы:

1.     Назовите основной элемент выпрямителя?

2.     Каким свойством обладает выпрямительный диод?

3.     Какие схемы выпрямителей вы знаете?

4.     Охарактеризуйте характеристику диода.

5.     Каким способом сглаживают пульсации выпрямленного напряжения?

Лабораторная работа №9

 Тема: «Исследование схемы многокаскадного усилителя»

Цель роботы: Исследовать схему транзисторного усилителя, определить его параметры и характеристики.

Технические средства: Стендовое оборудование.

Технические пояснения:

Усилителем называют устройство, предназначенное для усиления электрических сигналов. В схеме усилителей электрических сигналов применяют нелинейный элемент- транзистор, обладающий определёнными вольтамперными характеристиками.

Управление электрическими сигналами осуществляется за счёт энергии источника питания, а сам усилитель играет роль управляющего элемента, который регулирует энергию, постапвющую от источника питания к нагрузке.

Усилитель также потребляет от источника небольшое количество энергии.

Основными параметрами усилителя являются:

1.     Коэффициент усиления по току, напряжению и мощности- отношение выходной величины ко входной.

Ku=U2/U1 или Ku=20(Дб)

Ku=I2/I1 или Ku=20(Дб)

Ku=P2/P1 или Ku=10(Дб)

Для увеличения коэффициента усиления и улучшения характеристик усилителя используют многокаскадные усилители.

Каскадом называется часть схемы, которая имеет свой вход, выход и её можно отделить от основной схемы.

Коэффициент многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов.

К=К1*К2*К3……

2.     Амплитудная характеристика-

Uвых=при Fconst/

КПД=Pвых/Pвх.схемы.*100%

Различают три схемы усилительных каскадов на биполярных транзисторах;

-с общим эмиттером, (ОЭ)

-с общим коллектором (ОК)

-с общей базой (ОБ)

Схема с общим эмиттером даёт наибольший коэффициент усиления по мощности;

Схема с общим коллектором имеет больший коэффициент усиления по току, а по напряжению он ближе к единице. Эта схема обладает низким выходным сопротивлением и высоким входным.

Схема с общей базой даёт большой коэффициент усиления по напряжению, а по току близок к единице.

Общий вид амплитудной характеристики транзисторного усилителя и амплитудно-частотной характеристики изображены на рисунке:

Экспериментальная часть:

Соберите цепь согласно принципиальной схеме:

И монтажной схеме:

При сборке схемы не перепутайте полярность электролитических конденсаторов!!!

Составит отчёт:

1.     Наименование отчёта, цель работы.

2.     Цель работы.

3.     Технические средства.

4.     Схемы, таблицы, формулы.

5.     Вывод.

Контрольные вопросы:

1.     Для чего предназначены усилители?

2.     По каким признакам классифицируются усилители?

3.     В каких единицах измеряют коэффициент измерения?

4.     Как повысить коэффициент усиления усилителя?

5.     Назовите основные параметры усилителя?

Лабораторная работа №10

Тема: «Исследование формы выходного напряжения генератора по осциллограммам»

Цель работы: Исследовать формы напряжений на выходах схемы и параметры на экране осциллографа.

Технические средства: 1. Стендовое оборудование (блок генераторов с наборным полем) 2. Осциллограф. 2. Модуль RS-триггера.

Технические пояснения:

Триггер представляет собой электронную схему, имеющую два устойчивых состояния. Каждому из этих состояний соответствует определённое значение напряжения, переход из одного состояния в другое и обратно совершается под действием специальных запускающих импульсов

На базе триггеров создают:

-генераторы;

-реле;

-пороговые устройства.

Схема простейшего триггера приведена на рисунке:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Триггер состоит из двух транзисторов (усилителей), охваченных положительной обратной связью по напряжению.

При подаче питания на вход одного транзистора VT1, допустим он оказывается закрытым, а второй VT2 открытым. Тогда выходное напряжение Uвых1 подаётся на базу транзисторf VT2, удерживая его в открытом состоянии.

Для переключения триггера в другое устойчивое состояние, необходимо подать положительный запускающий импульс на базу закрытого транзистора VT1(Uвых1), тогда он открывается, напряжение становится близким к нулю, оно подаётся на базу VT2 и он закрывается, появляется напряжение Uвых2, которое в свою очередь подаётся на базу VT1, удерживая его в открытом состоянии.

Эти состояния оцениваются «0» и «1».

На схеме показана резистивная связь между каскадами, если связи сделать резистивно-ёмкостными, то получим мультивибратор (генератор)

Экспериментальная часть:

Соберите схему мультивибратора по принципиальной и монтажной схемам:

Рис. 20.4

Включите питание, настройте осциллограф

·        Включите питание, настройте осциллограф, определите по нему и запишите в табл. 20.1:
 - период колебаний                            Т = …………..мс;
 - время наличия сигнала на первом выходе (U_вых1)                 Т1₁ = ……………мс;
 - время отсутствия сигнала на первом выходе                        Т0₁ = …………….мс;
 - время наличия сигнала на втором выходе (U_вых2)              Т1₂ = ……………мс;
- время отсутствия сигнала на втором выходе                         Т0₂= …………….мс;

·        Замените конденсатор С2 = 047 мкФ на С2 = 1 мкФ и запишите в таблицу 20.1 новые значения тех же отрезков времени. Сделайте выводы.

Таблица 20.1

	Т, мс	Т11, мс	Т01, мс	Т12, мс	Т02, мс
С1 = С2 = 0,47 мкФ
С1 = 0,47 мкФ, С2 = 1 мкФ

Замените конденсатор С1 на электролитический конденсатор 100 мкф (+ - к коллектору транзистора!) а С2 на 470 мкФ (+ - также к коллектору транзистора!) и понаблюдайте за переключением мультивибратора по миганию светодиода и сигнальной лампочки

Выполните отчёт:

1.     Наименование отчёта, цель работы.

2.     Технические средства.

3.     Технические пояснения.

4.     Экспериментальная часть.

5.     Вывод ( осциллограммы)

Литература:

6.     Атабеков Г.И. Основы теории цепей.

7.     Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники.

8.     Бечева М.К. Электротехника и электроника.

9.     Галкин В.И. «Промышленная электроника»

10. Прощин В.М. Лабораторно-практические работы по электротехнике.