Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Другое / Другие методич. материалы / Лабораторный практикум по дисциплине "Электротехника и электроника"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Другое

Лабораторный практикум по дисциплине "Электротехника и электроника"

библиотека
материалов


Мhello_html_m66f38fbe.jpgинистерство образования и науки Самарской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

среднего образования

«Тольяттинский индустриально-педагогический колледж»

(ГАПОУ СО «ТИПК»)















ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ


по дисциплине «Электротехника и электроника»

для студентов специальности

23.02.03. Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта

























Тольятти 2016 г.

Еремеева В.В.. Лабораторный практикум по дисциплине «Электротехника и электроника» для студентов специальностей среднего профессионального образования 23.02.03. Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта. Тольятти, Изд-во ТИПК, 2016.- 43 с.


Практикум содержит методические рекомендации для студентов к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехника и электроника». Раскрывает методы сборки и тестирования реальных и виртуальных электрических схем, способы измерений электротехнических величин, методы учета погрешностей измерений, содержит указания к выполнению работ по исследованию режимов работы трансформаторов, содержит методики измерения и построения вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов, электронных систем и т.д. с помощью лабораторного оборудования и виртуальных схем, описывает использование инновационных педагогических технологий при проведении лабораторных работ в лаборатории «Электротехники, электроники и автоматизации производства».







Утверждено

протокол заседания научно-методического совета ГАПОУ СО «ТИПК»

____ от «____»______________ 2016 г.

Председатель Чернова С.Н.___________________ /


















© ГАПОУ СО «ТИПК»

Содержание


Введение. 4

Лабораторная работа №1. Изучение соединений резисторов. 5

Лабораторная работа №2. Исследование неразветвленной цепи переменного тока с R и L. 9

Лабораторная работа №3. Исследование разветвленной цепи переменного тока. 19

Лабораторная работа №4. Исследование трехфазной цепи переменного тока при соединении приёмников «звездой». 19

Лабораторная работа №5. Измерение электрического сопротивления. 24

Лабораторная работа №6. Исследование режимов работы однофазного трансформатора. 30

Лабораторная работа №7. Исследование работы трехфазного асинхронного электродвигателя. Пуск вход и снятие рабочих характеристик. 33

Лабораторная работа №8. Снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода. 39

Список источников и литературы. 43

Список оборудования. 43




















Введение

Цель проведения лабораторного практикума по дисциплине «Электротехника и электроника» - выработка практических навыков и умений по измерению, расчетам электрических параметров различных схем и устройств, по сборке электрических схем, по проектированию, измерению и расчетам электронных устройств.

В результате выполнения лабораторного практикума обучающийся должен уметь:

  • пользоваться измерительными приборами;

  • производить проверку электронных и электрических элементов автомобиля;

  • производить подбор элементов электрических цепей и электронных схем.

  • В результате выполнения лабораторного практикума обучающийся должен знать:

  • методы расчёта и измерения основных параметров электрических, магнитных и электронных цепей;

  • компоненты автомобильных электронных устройств;

  • методы электрических измерений;

  • устройство и принцип действия электрических машин.

Общие компетенции, формируемые в результате выполнения лабораторного практикума:

  • ОК-2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

  • ОК-3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

  • ОК-6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

  • ОК.7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчинённых), за результат выполнения заданий.

  • ОК.9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Лабораторный практикум рассчитан на 22 часа аудиторных занятий.

Занятия проводятся в специально оборудованной лаборатории, оснащение которой позволяет провести все виды указанных работ.

Перед выполнением лабораторных работ необходимо ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, проверить рабочее место на наличие опасных факторов, подготовить рабочее место к работе, подготовить ручку и бланк отчета по лабораторной работе.






Лабораторная работа №1.


Тема «Изучение соединений резисторов».

Цель практического занятия: изучить способы соединения резисторов и рассчитать общее сопротивление.

Содержание работы.


1.1. Исходные данные

Заданы:

1) схемы исследуемых резистивных цепей (рис. 1.1, 1.2, 1.3).

2) параметры отдельных элементов схем (табл. 1.1).

3)рабочие схемы исследуемых цепей и схемы включения измерительных приборов (рис. 1.4, 1.5, 1.5).



hello_html_16f6e1b9.gifhello_html_7a7c6933.gif





Рисунок 1.1 – Последовательное соединение

Рисунок 1.2 – Параллельное соединение

Рисунок 1.3 – Смешанное соединение



hello_html_md6c60b.gif






Таблица 1.1-Варианты заданий

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1) Е, В

100

95

90

100

95

90

85

90

95

100

2) Е, В

40

35

30

45

40

35

30

40

35

45

3) Е, В

70

65

60

75

70

65

60

65

70

75

R1, Ом

50

45

40

50

50

40

40

50

45

50

R2, Ом

70

75

60

75

80

75

70

70

65

75

R3, Ом

90

95

80

95

100

95

90

95

85

100

Таблица 1.2-Таблица для заполнения результатов работы

Схема

I, A

I1, A

I2, A

I3, A

U, B

U1, B

U2, B

U3, B

1 з. К-фа

2 з. К-фа

1)вычис.











1)измер.











2)вычис.











2)измер.











3)вычис.











3)измер.












1.2.Теоретические сведения и методические указания


Электрическое состояние любой сложной схемы (цепи) определяется системой уравнений, составленных для нее по 1-му и 2-му законам Кирхгофа.

1-ый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле схемы (цепи) равна нулю или I=0.

2-ой закон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений в замкнутом кон­туре схемы (цепи) равна алгебраической сумме ЭДС или U=E.

Расчет токов и напряжений в схемах с одним источником энергии реко­мендуется выполнять ме­тодом преобразования (свертки) схемы. Суть метода состоит в том, что на первом этапе сложная схема преобразуется (сворачива­ется) к одному элементу Rэ на выводах источника ЭДС Е и определяется ток источника I=E/Rэ. Расчетные формулы для свертки схемы имеют вид:

Rэ = R1+ R2 + R3 для последовательного соединения элементов,

1/Rэ = 1/R1+ 1/R2 + 1/R3 для параллельного соединения элементов.

На заключительном втором этапе выполняется расчет токов и напряже­ний в остальных ветвях схемы на основе уравнений Ома и Кирхгофа.


1.3. Расчетная часть


  1. Выполнить расчет последовательно каждой из заданных схем (рис. 1.1, 1.2, 1.3) при значениях параметров элементов, указанных в табл. 1.1 согласно номеру варианта. Для каждой из схем определить токи в ветвях и напряжения на отдельных элементах. Результаты расчета записать в табл. 1.2.

  2. Для каждой из схем составить уравнения баланса между токами со­гласно 1-му закону Кирхгофа и между напряжениями согласно 2-му закону Кирхгофа. Полученные уравнения записать в табл. 1.2.








1.4.Экспериментальная часть


  1. Собрать на стенде электрическую цепь согласно рабочей схеме рис.1.2. Установить заданные параметры отдельных элементов цепи и выполнить изме­рения тока в цепи I и напряжений на отдельных элементах U, U1, U2, U3. Результаты измерений внести в табл. 1.2.

  2. Собрать на стенде электрическую цепь согласно рабочей схеме рис. 1.3. Установить заданные параметры отдельных элементов цепи и выпол­нить изме­рения токов в отдельных ветвях цепи ( I, I1, I2, I3 ) и напряжений на от­дельных элементах U. Результаты измерений внести в табл. 1.2.

  3. Собрать электрическую цепь согласно рабочей схеме рис. 1.4. Устано­вить заданные параметры отдельных элементов цепи и выполнить измерения токов в отдельных ветвях цепи (I1, I2, I3) и напряжений на отдельных эле­мен­тах U, U1, U23. Результаты измерений внести в табл. 1.2.

hello_html_44c7f266.gif



hello_html_m5646ce4.gif

Е



hello_html_m7bee94a1.gif

Е



Рисунок 1.5 – Последовательное соединение

Рисунок 1.4 – Последовательное соединение







1.5. Анализ результатов работы


  1. Сравнить количественные данные измерений с соответствующими ре­зультатами расчета. Если численные значения одной и той же физической величины (тока или напряжения), полученные расчетным и экспериментальным путем, отличаются более чем на 10% следует установить ошибку в Ваших действиях и ее устранить.

  2. Проверить численный баланс токов в узлах схемы согласно 1-му закону Кирхгофа и численный баланс напряжений в контурах схемы согласно 2-му закону Кирхгофа.


1.6. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

  1. титульный лист по стандартной форме;

  2. цель работы;

  3. исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и пара­метры их элементов);

  4. таблицы с результатами вычислений и измерений;

  5. основные расчетные формулы и уравнения;

  6. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспериментальных результатов.


Контрольные вопросы


  1. Какие методы можно применять для расчета токов и напряжений в простых цепях постоянного тока?

  2. В чем сущность метода преобразования (свертки) схемы?

  3. По какой формуле определяется эквивалентное сопротивление для по­следовательно включенных резисторов? для параллельно включенных резисторов?

  4. Из каких законов физики вытекают 1-й и 2-й законы Кирхгофа? Дать определение и написать формулы 1-го и 2-го законов Кирхгофа.



Примечание.

Практическая работа рассчитана на 2часа.








ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.

Тема «Исследование неразветвленной цепи переменного тока с R и L».

Цель лабораторной работы: исследование процессов, происходящих в неразветвленной цепи однофазного переменного тока с R и L, построение векторных диаграмм.

Содержание работы.

2.1. Исходные данные


Заданы:

1) эквивалентная схема исследуемой цепи, состоящая из источника ЭДС, резистора R и катушки индуктивности L (рис. 2.1).

2) расчетные параметры элементов схемы Em, Rp, Lp (табл. 2.1).

3) рабочая схема исследуемой цепи и схема включения измерительных приборов (рис. 2.2).

hello_html_m6e8404dc.gif






Рис. 2.1 - Эквивалентная схема исследуемой цепи






Т а б л и ц а 2.1-Варианты заданий


Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Еm , В

50

55

60

65

70

50

55

60

65

70

f, Гц

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

Rр , Ом

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

Lр , мГн

150

165

185

200

215

235

250

265

285

300


2.2. Теоретические сведения и методические указания

Переходным называется процесс в электрической цепи или схеме, возни­кающий в ней при переходе от одного (старого) установившегося состояния к другому (новому) установившемуся состоянию. Переходные процессы в цепи возникают в результате различных коммутаций, следствием которых являются скачкообразные изменения параметров отдельных элементов или структуры схемы цепи. Так как запасы энергии в реактивных элементах схемы не могут измениться скачкообразно, то для перехода схемы в новое энергетическое со­стояние требуется некоторое время, называемое временем переходного про­цесса Тп.

Независимыми начальными условиями называются значения токов в ка­тушках iL(0) и напряжений на конденсаторах uС(0) в момент коммутации при
t = 0, которые определяют начальные запасы энергии в реактивных элементах схемы.

При включении схемы R, L с нулевыми начальными условиями iL(0) = 0 к источнику постоянной ЭДС e(t) = Еm = const напряжения на отдельных элемен­тах будут изменяться во времени по закону:

uR(t) =E·(1 – e pt), uL(t) = E·e pt.

Здесь p = –R / L есть коэффициент затухания (корень характеристиче­ского уравнения), характеризующий скорость затухания переходного процесса. Постоянная времени hello_html_m66d188f8.gif , практическая продолжительность переходного про­цесса Тп = 4 = 4L / R.

При включении схемы R, L с нулевыми начальными условиями iL(0) = 0 к источнику синусоидальной ЭДС e(t) =Em·sin(t+) напряжение на резисторе будет изменяться во времени по закону:

uR(t) = uRу(t) + uRсв(t) = URm·sin(t + ) + A·ept.

Амплитуда и начальная фаза установившейся составляющей напряжения uRу(t) = URm·sin(t + ) определяются из расчета схемы в установившемся синусоидальном режиме:

hello_html_6656df58.gif, Im = Em / Z, URm = Im·R, = arctg(XL / R).

Амплитуда свободной составляющей напряжения А определяет интен­сивность переходного процесса. Она зависят от параметров элементов схемы и от начальной фазы источника ЭДС: A = URm·sin( ).

При значении начальной фазы ( ) = 90 амплитуда свободной со­ставляющей на­пряжения максимальна, переходной процесс протекает с макси­мальной интен­сивностью. При значении начальной фазы ( )= 0 амплитуда свободной составляющей на­пряжения равна нулю, включение цепи происходит без переходного процесса.


2.3. Расчетная часть

1. Определить в общем виде функции uR(t) и uL(t) в переходном режиме при включении схемы с нулевыми начальными условиями к источнику постоянной ЭДС e(t) = Еm = const. Для 3-х сочетаний значений параметров элементов [а) R = Rр , L = Lр ; б) R = 2Rр , L = Lр ; в) R = Rр , L = 2Lр] определить для исследуемых функций коэффициент затухания р, постоянную времени и продолжительность переходного процесса Тп. Результаты расчетов внести в табл. 2.2.

2. В выбранных масштабах mu и mt построить в одной системе координат семейство графических диаграмм для исследуемых функций uR(t) и uL(t) в пере­ходном режиме для 3-х сочетаний значений параметров элементов а), б), в). По­строение графических диаграмм выполнить на ЭВМ.

  1. Определить графически постоянную времени переходного процесса для каждого из 3-х сочетаний значений параметров элементов а), б), в). Результаты расчетов внести в табл. 2.2.

  2. Определить в общем виде функцию uR(t) и в переходном режиме при включении схемы с нулевыми начальными условиями к источнику синусоидальной ЭДС e(t) = Em·sin( t + ).

  3. Для значений параметров элементов R = Rр, L = Lр определить амплитуды установившейся и свободной составляющих напряжения на резисторе URm и Аm в переходном режиме, а также значения начальной фазы источника , при которых амплитуда свободной составляющей переходного процесса: а) макси­мально положительна, б) равна нулю, в) максимально отрицательна. Резуль­таты расчетов внести в табл. 2.3.

  4. В выбранных масштабах mu и mt построить в одной системе координат семейство графических диаграмм для исследуемых функций uR(t) в переходном режиме для значений начальной фазы источника согласно а), б), в). Построение диаграмм выполнить на ЭВМ.

  5. Определить графически на диаграммах п. 7 свободные составляющие переходного процесса для заданных значений начальной фазы источника со­гласно а), б), в).


Т а б л и ц а 2.2-Таблица для заполнения результатов работы

р, с-1

, с

Тп, с

, с (граф.)

а) R= Rр, L=Lр





б) R=2Rр, L= Lр





в) R=Rр,L=2Lр





Т а б л и ц а 2.3-Таблица для заполнения результатов работы

URm, В

Аm, В

а) , гр

б) , гр

в) , гр













2.4. Экспериментальная часть


Собрать электрическую цепь по рабочей схеме рис. 2.2. Установить заданные параметры отдельных элементов. Для каждого из заданных значений параметров элементов получить на экране электронного осциллографа исследуемую функцию напряжения uR(t). Сравнить полученные осциллограммы с расчетными графическими диаграммами.


hello_html_54730035.gif








рис. 2.2 - Рабочая схема исследуемой цепи и схема включения измерительных приборов


2.5. Анализ результатов работы


Сравнить результаты эксперимента с данными расчета и дать заключение о степени их соответствия. В случае их существенного расхождения указать возможные причины.

2.6. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

  1. титульный лист по стандартной форме;

  2. цель работы;

  3. исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и параметры их элементов);

  4. таблицы с результатами вычислений и измерений;

  5. основные расчетные формулы и уравнения;

  6. графические диаграммы функций;

  7. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспери­ментальных результатов.


Контрольные вопросы

  1. Что называется переходным процессом в электрической цепи? Какими уравнениями можно описать переходной процесс? Запишите уравнение для ис­следуемой цепи.

  2. Что такое коэффициент затухания, постоянная времени и продолжи­тельность переходного процесса? Напишите формулы для названных величин для исследуемой цепи.

  3. Как по графической диаграмме функции определить постоянную времени переходного процесса?

  4. Почему интенсивность переходного процесса в цепи при включении ее к источнику синусоидальной ЭДС зависит от начальной фазы, т.е. от момента включения?

  5. Какие методы расчета переходного процесса вы знаете? Назовите их.


Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.







































ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.


Тема «Исследование разветвленной цепи переменного тока».

Цель лабораторной работы: исследование процессов, происходящих в неразветвленной цепи однофазного переменного тока с R, L и С, построение векторных диаграмм.

Содержание работы.


3.1. Исходные данные


Заданы:

1) эквивалентная схема исследуемой сложной цепи (рис. 3.1).

2) параметры элементов схемы в комплексной форме: E = Ееja, Z=R + jX (табл. 3.1).

3) рабочая схема исследуемой цепи (рис. 3.3) и схемы включения измери­тельных приборов (рис. 3.4).

hello_html_m3bdd9508.gif



Рис. 3.1 Эквивалентная схема

Т а б л и ц а 3.1 -Варианты заданий

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Е1, В

50

55

60

65

60

45

50

55

60

65

1, гр

-120

0

0

0

-120

120

0

0

120

-120

Е2, В

60

65

60

55

50

60

65

60

55

50

2, гр

0

120

-120

120

0

0

120

-120

0

0

R1, Ом

45

35

40

30

50

45

35

40

45

50

X1, Ом

0

-30

35

0

-30

40

0

25

-35

0

R2, Ом

40

50

45

35

55

30

40

60

45

30

X2, Ом

35

0

-30

40

0

-35

25

0

20

-40

R3, Ом

30

25

35

40

30

45

25

40

50

35

X3, Ом

-45

40

0

-35

40

0

-30

-35

0

25



3.2.Теоретические сведения и методические указания

Электрическое состояние любой сложной схемы (цепи) определяется системой уравнений, составленных для нее по 1-му и 2-му законам Кирхгофа в комплексной форме.

1-ый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма комплексных токов в узле схемы (цепи) равна нулю или I=0.

2-ой закон Кирхгофа: алгебраическая сумма комплексных падений на­пряжений в замкнутом контуре схемы (цепи) равна алгебраической сумме ком­плексных ЭДС, или U=E.

Для любой сложной схемы в соответствии с законом сохранения энергии должен выполняться баланс (равенство) отдельно для активных мощностей ис­точников и приемников энергии Рист= Рпр, и отдельно для реактивных мощностей источников и приемников энергии Qист= Qпр.

Расчет токов в сложной схеме с двумя комплексными источниками ЭДС следует выполнять одним из методов расчета сложных схем по выбору (метод законов Кирхгофа, метод контурных токов, метод двух узлов), при этом уравнения следует составлять в комплексной форме. При расчете схемы в комплексной форме за базовый вектор (начало отсчета значений углов) рекомендуется принять фазное напряжение фазы А в трехфазной системе, т. е. UA = Uфej0.

При выполнении экспериментальной части работы комплексные ЭДС с заданной начальной фазой через интервал в 120о получаются от симметричного трехфазного генератора. Комплексные сопротивления ветвей Z = R jX при сборке цепи реализу­ются путем последовательного включения регулируемого резистора R и регули­руемой катушки L при Х > 0 или регулируемого конденса­тора C при Х<0.

Для измерения токов и мощностей в нескольких ветвях цепи применяется коммутатор токовых цепей, позволяющий включать приборы (амперметр и ваттметр) поочередно в любую ветвь цепи.

Пhello_html_m249adef8.gifоказание фазометра равно углу сдвига фаз между вектором напряже­ния U = Uej и вектором тока I = Iej, которые подведены к обмоткам прибора, т.е. = . Если к фазометру подведен один из базовых векторов с начальной фазой, равной нулю, то показание фазометра будет численно равно начальной фазе (аргументу) второго вектора. Начальные фазы токов (аргументы комплексных величин) измеряются фазометром по отношению к базовому вектору напряжения Uо = Uej0 (рис. 3.2 а), а начальные фазы напряжений - по отношению к базовому вектору тока Iо = Iej0 (рис. 3.2 б). Базовый вектор тока, совпадающий с началом отсчета углов (Iо = Iоej0), на стенде получается от специального источника (рис. 3.2 б).










3.3. Расчетная часть

  1. Выполнить расчет схемы в комплексной форме одним из методов по выбору (метод законов Кирхгофа, метод контурных токов, метод двух узлов). В результате расчета определить токи в ветвях схемы I1, I2, I3, напряжения на отдельных элементах U1, U2, U3, активные и реактивные мощности отдельных источников и приемников энергии. Результаты расчета для токов и напряжений записать в виде комплексных чисел (U = Uej, I = Iej ) в табл. 3.2, 3.3, 3.4.

  2. По результатам расчета в выбранных масштабах построить топографи­ческую диаграмму потенциалов (напряжений) и векторную диаграмму токов, при этом потенциал точки n принять равным нулю.

  3. По результатам расчета проверить балансы активных (Рист = Рпр) и ре­активных (Qист = Qпр) мощностей.


Т а б л и ц а 3.2-Таблица для заполнения результатов работы


Величины

Е1, В

Е2, В

I1, А

I2, А

I3, А

U1, В

U2, В

U3, В

Вычис.









Измер.










Т а б л и ц а 3.3 -Таблица для заполнения результатов работы


Величины

РЕ1, Вт

РЕ2, Вт

Р1, Вт

Р2, Вт

Р3, Вт

Рис, Вт

Pпр, Вт

Вычис.








Измер.









Т а б л и ц а 3.4-Таблица для заполнения результатов работы


Величины

QE1, вар

QE2, вар

Q1, вар

Q2, вар

Q3, вар

Qис, вар

Qпр, вар

Вычис.








3.4. Экспериментальная часть


  1. Собрать электрическую цепь согласно рабочей схеме рис. 3.3. Установить заданные параметры элементов цепи.

  2. Собрать цепь измерительных приборов по схеме рис. 3.4а. Включить источники энергии (ЭДС) и установить заданные напряжения на их выводах. Из­мерить комплексные токи в ветвях цепи I1, I2, I3. Модули комплексных токов измерить амперметром, а начальные фазы фазометром (см. метод. указания). Результаты измерений в виде комплексных чисел (I = Iej ) внести в табл. 3.3.

  3. Собрать цепь измерительных приборов по схеме рис. 3.4б. Выполнить измерения комплексных ЭДС Е1, E2 и комплексных напряжений на отдельных участках цепи U1, U2, U3. Модули комплексных напряжений измерить вольтметром, а начальные фазы фазометром. Результаты измерений в виде комплексных чисел (U = Uej) внести в табл. 3.2.

  4. Собрать цепь измерительных приборов по схеме рис. 3.4в. Выполнить измерения активных мощностей отдельных источников и отдельных приемников энергии. Результаты измерений внести в табл. 3.3.


3.5. Анализ результатов работы


  1. Для расчетной схемы проверить баланс токов в узле в соответствии с 1-м законом Кирхгофа (I = 0), баланс напряжений и ЭДС в контурах в соответ­ствии со 2-м законом Кирхгофа ( U = E), а также баланс активных (Рист = Рпр) и реактивных (Qист = Qпр) мощностей источников и приемников энер­гии. Проверить выполнение этих балансов для экспериментальных результатов измерений.

  2. Сопоставить результаты измерений с соответствующими данными расчета, в случае их существенного различия установить возможные причины.

hello_html_m20b38231.gif







Рабочая схема

hello_html_45e00a99.gif







схемы включения







3.5. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

  1. титульный лист по стандартной форме;

  2. цель работы;

  3. исходные данные (эквивалентную схему исследуемой цепи и параметры ее элементов);

  4. таблицы с результатами вычислений и измерений;

  5. основные расчетные формулы и уравнения;

  6. векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму потенциалов;

  7. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и эксперимен­тальных результатов.


Контрольные вопросы


  1. В чем сущность комплексного метода расчета цепей переменного тока? Как выражаются параметры отдельных элементов в комплексной форме?

  2. Как составить систему уравнений для расчета токов в сложной схеме по законам Кирхгофа? по методу контурных токов? по методу узловых потенциалов?

  3. Как строится топографическая диаграмма потенциалов и векторная диаграмма токов для сложной цепи переменного тока?

  4. Как составляется баланс активных мощностей? Как составляется баланс реактивных мощностей?

  5. Как измеряются комплексные токи и напряжения?


Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.















ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.


Тема «Исследование трехфазной цепи переменного тока при соединении приёмников «звездой»».

Цель лабораторной работы: исследование процессов, происходящих в цепи трехфазного переменного тока, при соединении приемников «звездой», построение векторных диаграмм токов и напряжений.

Содержание работы.

4.1. Исходные данные

Заданы:

  1. эквивалентная схема исследуемой трехфазной цепи с нагрузкой, соеди­нённой звездой без нулевого провода (рис. 4.1). На входе схемы действует сим­метричный трехфазный генератор с напряжением Uл / Uф = 127/73В.

  2. комплексные сопротивления фаз для 3 типов нагрузки:

  1. симметричная нагрузка RА = RВ = RС = Rф;

  2. несимметричная однородная нагрузка RА RВ RС;

3)несимметричная неоднородная нагрузка ZА=RА, ZВ=RВ+jXВ, ZC=RС+jXС (табл. 12.1).

3hello_html_576a3c3e.gif) рабочая схема исследуемой цепи и схемы включения измерительных приборов (рис. 4..2).





Рис. 4.1 - Эквивалентная схема исследуемой трехфазной цепи с нагрузкой

Т а б л и ц а 4.1-Варианты заданий

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1)Rф, Ом

80

90

100

110

120

85

95

105

115

125

2)RА, Ом

80

90

100

110

120

85

95

105

115

125

RВ , Ом

75

140

85

160

95

130

70

150

80

160

RС , Ом

130

70

150

80

160

75

140

85

150

95

3)RА, Ом

80

90

100

110

120

85

95

105

115

125

RВ, Ом

46

75

64

83

65

72

62

79

71

105

ХВ, Ом

66

50

77

72

101

45

72

69

91

68

RС, Ом

68

81

79

63

98

57

75

60

94

79

ХС, Ом

42

39

62

90

69

63

58

86

66

97


4.2. Теоретические сведения и методические указания

Симметричный трехфазный генератор обеспечивает на выходе два уровня напряжения линейное UЛ и фазное Uф, соотношение между которыми составляет UЛ/Uф=hello_html_1798100.gif. В промышленных условиях номинальное напряжение трехфазного генератора UЛ/Uф=380/220В, в лаборатории ТОЭ уровень этого напряжения снижен по соображениям техники безопасности до UЛ/Uф=127/73В. Наличие двух уровней напряжения в трехфазном генераторе позволяет подключать к нему приемники с различными номинальными напряжениями, что обеспечивается способом соединения фаз приемника между собой. Если отдельные фазы приемника рассчитаны на фазное напряжение генератора, то они соединяются по схеме звезды (с нулевым проводом или без него).

При отсутствии нулевого провода симметрия фазных напряжений на приемнике нарушается и зависит от характера нагрузки. При несимметричной нагрузке между нулевыми точками приемника и генератора возникает напряжение Un (напряжение смещения нейтрали), в результате чего фазные напряжения на приемнике перекашиваются, становятся несимметричными.

Расчет токов и напряжений в фазах приемника выполняется, как правило, по методу двух узлов. Фазные напряжения генератора принимаются симметричными: UА=Uф·e j0, UB=Uф·e -j120, UC=Uф·ej120, а потенциал его нейтрали равным нулю N=0. Определяется напряжение (потенциал) нейтрали приемника

hello_html_24609801.gif,

а затем находятся его фазные напряжения:

U A n = U A Un; U Вn = U В Un; UCn = UC Un.

Линейные (фазные) токи определяются по закону Ома:

I A = U An/Z A ; I В = U Вn/Z В ; IC = UCn/ZC .

Для измерения токов в нескольких ветвях цепи применяется коммутатор токовых цепей, позволяющий включать измерительные приборы (амперметр, ваттметр, фазометр) поочередно в любую ветвь цепи.

Показание фазометра равно углу сдвига фаз между вектором напряжения U = U·ej и вектором тока I = I·ej, которые подведены к обмоткам прибора, т.е. = . Если к фазометру подведен базовый вектор напряжения UО=U·e j0 с начальной фазой, равной нулю, и измеряемый вектор тока I = I·ej, то показание фазометра будет численно равно на­чальной фазе (аргументу) вектора тока со знаком минус, т.е. = 0 = .. В качестве базового вектора напряжения принимается фазное напряжение фазы А генератора U0=UА=Uф·ej0. Если к фазометру подведен базовый вектор тока I0=I·e j0 с на­чальной фазой, равной нулю, и измеряемый вектор напряже­ния U=U·ej, то показание фазо­метра будет численно равно начальной фазе (аргументу) вектора напряжения, т.е. = 0 = .. Базовый вектор тока, совпадающий с началом отсчета углов (Iо = Iоej0), на стенде получается от спе­циального источника.

4.3. Расчетная часть

  1. Произвести расчет схемы трехфазной цепи для каждого из заданных видов нагрузки (п. 1, 2, 3) в комплексной форме. В результате расчета определить напряжение смещения нейтрали Un, напряжения на фазах нагрузки Uan, U Вn,, U Сn, линейные (фазные) токи IА, IB, IС. Результаты расчета записать в виде комплексных чисел (U = Uej, I = Iej ) в табл. 4.2.

  2. Для каждого из заданных видов нагрузки (п. 1, 2, 3) определить активные мощности каждой из фаз генератора РЕА, РЕB, РЕС и каждой из фаз приемника РНА, РНB, РНС , а также мощность всей цепи Р. Результаты расчета записать в табл. 4.3.

  3. По результатам расчета для каждого вида нагрузки построить векторные диаграммы токов и напряжений.


Т а б л и ц а 4.2-Таблица для заполнения результатов работы

Тип на­грузки

Uл / Uф

UAn, B

UBn, В

Ucn, В

Un, В

IА , А

IB , А

IС , А

1)вычис.









1)измер.









2)вычис.









2)измер.









3)вычис.









3)измер.










Т а б л и ц а 4.3-Таблица для заполнения результатов работы

Тип нагр.

РЕА , Вт

РЕB , Вт

РЕС , Вт

РНА , Вт

РНB , Вт

РНС , Вт

Р, Вт

1) вычис.








1) измер.








2) вычис.








2) измер.








3) вычис.








3) измер.








4.4. Экспериментальная часть

  1. Собрать электрическую цепь в соответствии с рабочей схемой рис. 4.2. Включить источник энергии. Измерить линейные (UАВ , UВС , UСА) и фаз­ные (UА , UВ , UС) напряжения на зажимах трехфазного генератора. Среднеариф­метиче­ские значения этих напряжений записать в табл. 4.2.

  1. Установить параметры нагрузки согласно п. 1 исходных данных и про­извести измерения комплексных линейных (фазных) токов IА , IB , IС. Модули комплексных токов измерить амперметром, а начальные фазы фазометром по схеме рис. 4.2. Результаты измерений записать в табл. 4.2. Измерить (вольтметром) фазные напряжения (UАn , UВn , UСn) на фазах нагрузки. Результаты измерений записать в табл. 4.2. Измерить (ваттметром) активные мощности фаз генератора РЕА, РЕB, РЕС и фаз нагрузки РНА, РНB, РНС . Результаты измерений записать в табл. 4.3.

  2. Установить параметры нагрузки согласно п. 2 исходных данных и про­извести измерения комплексных линейных (фазных) токов IА , IB , IС , фазных напряжений (UАn , UВn , UСn) на фазах нагрузки, активных мощностей фаз генератора РЕА, РЕB, РЕС и фаз нагрузки РНА, РНB, РНС. Результаты измерений записать в табл. 4.2 и в табл. 4.3.

  3. Установить параметры нагрузки согласно п. 3 исходных данных и про­извести измерения комплексных линейных (фазных) токов IА , IB , IС, фазных напряжений (UАn , UВn , UСn) на фазах нагрузки, активных мощностей фаз генератора РЕА, РЕB, РЕС и фаз нагрузки РНА, РНB, РНС. Результаты измерений записать в табл. 4.2 и в табл. 4.3.

hello_html_76eb02f6.gif






Рис 4.2 – Рабочая схема



4.5 .Анализ результатов работы

  1. Сравнить результаты эксперимента с данными расчета и дать заключение о степени их соответствия. В случае их существенного расхождения указать возможные причины.

  2. На основе анализа результатов работы определить, как влияет несимметрия нагрузки и ее характер на симметрию фазных напряжений.

  3. Сделать вывод о роли нулевого провода для обеспечения нормальной работы несимметричной трехфазной цепи.



4.6. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

  1. титульный лист по стандартной форме;

  2. цель работы;

  3. исходные данные (эквивалентную схему исследуемой цепи и параметры ее элементов);

  4. таблицы с результатами вычислений и измерений;

  5. основные расчетные формулы и уравнения;

  6. векторные диаграммы токов и напряжений;

  7. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспери­ментальных результатов.


Контрольные вопросы


  1. В каких случаях трехфазная нагрузка включается по схеме звезды без нулевого провода?

  2. Какова роль нулевого провода в трехфазной цепи?

  3. Могут ли напряжения на отдельных фазах нагрузки в несимметричном режиме: 1) увеличиться до линейного? 2) быть равными нулю? 3) быть симмет­ричными?

  4. По какой схеме включаются в трехфазную сеть асинхронные электро­двигатели?

  5. Какие напряжения (токи) приемника называются линейными, а какие -фазными? Назовите их.


Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.


















ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5.


Тема «Измерение электрического сопротивления».

Цель лабораторной работы: научиться измерять электрическое сопротивление постоянному току методом «вольтметра-амперметра» и производить расчет.

Содержание работы.


5.1. Подготовка к лабораторной работе.


1) уясните цель и содержание работы.

2) изучите принципиальную схему лабораторной установки, ознакомьтесь с прилагающими к ней приборами, уясните назначение элементов схемы и методику измерений.

3) повторите правила техники безопасности.


5.2. Краткая теория.

Изучение сопротивлений на постоянном токе с помощью вольтметра и амперметра.

Эти измерения можно производить по двум схемам, показанным на рисунках 5.1 (а,б).

hello_html_3df420e7.png

hello_html_757ae762.png

Рис.5.1

Ценность этих систем заключается в том, что по элементу электрической цепи, сопротивление которого измеряется, можно пропустить такой же ток, как и в условиях его работы, что очень важно при измерениях сопротивлений, значения которых зависят от тока.

Идея косвенного измерения сопротивления амперметром и вольтметром основана на использовании закона Ома для участка цепи, не содержащей источника ЭДС, т.е. измеряемое сопротивление подсчитывается по величинам напряжения и тока:

hello_html_m52662b91.png

(5.1)


где
U и I показания вольтметра и амперметра. При этом получается лишь приближенное значение измеряемого сопротивления, т.к. в случае схемы а) рис.5.1 амперметр измеряет суммарный ток исследуемого элемента цепи и вольтметра:

hello_html_m73c58022.png

(5.2)



а в случае схемы б) рис.5.1 вольтметр измеряет суммарное напряжение амперметра и исследуемого элемента цепи:

hello_html_m4d0a8633.png

(5.3)



Действительное значение сопротивления Rx определяется так:

для схемы а) рис.5.1:

hello_html_m457c3751.png

(5.4)


для схемы
б) рис.5.1:

hello_html_m1ac85974.png

(5.5)


Как видно из выражений (5.4) и (5.5), при подсчёте величины искомого сопротивления по приближённой формуле (5.1), будет иметь место погрешность.

Так как в практике измерений сопротивлений этим методом подсчёт сопротивлений часто производят по приближённой формуле (5.1), то необходимо знать, какую схему следует выбрать для того, чтобы величина погрешности была невелика.

Рассмотрим выражения для относительных погрешностей обеих схем. Для схемы а) рис.5.1 погрешность равна:

hello_html_m7483680a.png

(5.6)



Замечание:

hello_html_m7e455992.png

т.к. Rx и Rv соединены параллельно.

Для схемы б) рис.5.1 относительная погрешность определяется выражением:

hello_html_m15fd922b.png

(5.7)


Замечание:

hello_html_m65ec784a.png

т.к. Rx и Ra соединены последовательно.


Из выражений (5.6) и (5.7) вытекают следующие выводы:

  1. схема а) рис.5.1 при использовании приближённой формулы (5.1) даёт заниженную величину измеряемого сопротивления по сравнению с его действительным значением. При этом погрешность тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра Rv по сравнению с измеряемым сопротивлением. Поэтому пользоваться схемой а) рис.5.1 следует в тех случаях, когда

hello_html_m6674153b.png

  1. схема б) рис.5.1 при расчёте по формуле (5.1) даёт завышенную величину измеряемого сопротивления по сравнению с его действительным значением. При этом погрешность тем меньше, чем меньше сопротивление амперметра Ra по сравнению с измеряемым сопротивлением. Поэтому пользоваться схемой б) рис.5.1 следует в тех случаях когда

hello_html_4228a447.png

Именно поэтому в большинстве случаев практики схему а) рис.5.1 применяют для измерений малых сопротивлений, а схему б) рис.5.1- для измерения средних и больших сопротивлений.

Вместе с тем следует иметь в виду, что для любого значения Rx при определённом соотношении сопротивлений Rx, Ra и Rv, схема включения приборов не влияет на величину погрешности. Это имеет место для такого значения Rx, при котором абсолютные значения погрешностей, вычисленные по формуле (5.6) и (5.7), равны между собой

hello_html_m621cb87c.png

Из этого условия получаем

hello_html_4c710ec1.png

Решая это квадратное уравнение и пренебрегая величиной hello_html_c32ccdc.pngпо сравнению с hello_html_m626e8eef.pngи величиной hello_html_5504f73e.pngпо сравнению с hello_html_7d86629c.png, что можно сделать ввиду малости сопротивления амперметра, найдём что


hello_html_m6add75f9.png

(5.8)


Очевидно, что при соблюдении условия (5.8), выбор любой из двух схем включения приборов практически безразличен и произволен.


5.3. Описание экспериментальной установки


Принципиальная схема установки для измерения сопротивлений на постоянном токе вольтметром-амперметром представлена на рис.5.2.

hello_html_18e557d0.png

Рис.5.2. Принципиальная схема установки


В состав экспериментальной установки входят:

- источник постоянного тока с ЭДС hello_html_38ced33a.pngпорядка 0,5B,

- выключатель однополюсный hello_html_47977945.pngна источнике питания,

- реостат ползунковый R1 на 500Ом,

- вольтметр,

- переключатель однополюсной на два положения П1,

- миллиамперметр,

- переключатель двухполюсной на два положения П2,

- резистор R2,

- резистор R3.

Реостат R1 служит для регулирования силы тока в измерительной цепи.

Резисторы R2 и R3 являются субъектами, сопротивление которых подлежит измерению. Такую же роль выполняет и магазин сопротивлений.

Конструктивно резисторы R2 и R3 расположены на панели переключателя П1, который обеспечивает поочерёдное включение их в измерительную схему. При необходимости переключатель П2 с резисторами R2 и R3 заменяется магазином сопротивлений.

Переключатель П1 позволяет реализовать две возможные схемы измерения сопротивлений методом вольтметра-амперметра (см. схемы на рис.5.1 ).


5.4 Задание и порядок его выполнения

  1. Собрать схему исследования (рис.5.1) и получить разрешение на проведение измерений.

  2. Составить перечень используемых электроизмерительных приборов в установке и записать их технические характеристики:

hello_html_e02d150.png


  1. Рассчитать абсолютные погрешности измерительных приборов для используемых в работе пределов измерения, определить цену деления соответствующих шкал и занести их в таблицу 1.

  2. Произвести однократные косвенные измерения сопротивлений резисторов R2 и R3 по схемам а) и б). Экспериментальные данные занести в таблицу 2.

hello_html_7f68f919.png



  1. Рассчитать величины измеренных сопротивлений резисторов по приближённой формуле (5.1) и точным формулам (5.4) и (5.5) для схем а) и б) соответственно. Определить погрешности косвенных измерений. Результаты расчётов занести в таблицу 3.

hello_html_2fd1b533.png

  1. По данным таблицы дать аргументированное заключение о применимости исследованных схем для измерения сопротивлений на постоянном токе вольтметром и амперметром.

  2. С разрешения преподавателя или лаборанта разобрать экспериментальную установку.

5.5. Содержание отчёта

  1. Название и цель лабораторной работы.

  2. Принципиальная схема экспериментальной установки (рис.5.1)

  3. Перечень использованных в работе измерительных приборов и их технические данные (таблица 1).

  4. Таблицы экспериментальных и расчётных данных (2 и 3), а также содержание расчётов сопротивлений и соответствующих погрешностей.

  5. Краткие выводы с анализом полученных результатов.

  6. Дата выполнения работы и подпись исполнителя.

Контрольные вопросы.

1. Объясните сущность метода измерения сопротивлений с помощью вольтметра и амперметра. Приведите возможные схемы включения приборов. Выведите расчётные формулы.

2.Оцените возможные систематические погрешности измерения сопротивлений методом вольтметра-амперметра для двух возможных схем включения приборов, если измеряемое сопротивление рассчитывается по формуле

hello_html_684659c0.png

где U и I показания соответствующих приборов. Какой из схем следует отдать предпочтение при измерении малых и при измерении больших сопротивлений?

3. Как рассчитать максимальную абсолютную погрешность электроизмерительного прибора?



Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6.

Тема «Исследование режимов работы однофазного трансформатора».

Цель лабораторной работы: научиться исследовать режимы работы однофазного трансформатора

Содержание работы.


6.1. План работы.


1)сборка схемы опыта;

2)исследование режимов работы трансформатора;

3)составление отчета.


6.2. Теоретические сведения и методические указания


Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством явления электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. В зависимости от назначения трансформаторы разделяются на силовые трансформаторы общего назначения и трансформаторы специального назначения (сварочные, измерительные, печные).

Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника), выполненного из ферромагнитного материала и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода. Одна из обмоток, присоединенная к источнику переменного тока, называется первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, присоединен потребитель. Мощность с первичной обмотки на вторичную передается электромагнитным путем

hello_html_m4520a587.jpg

Рисунок 6.1 – Последовательное соединение



Трансформатор – это аппарат переменного тока. Если же его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе трансформатора тоже будет постоянным как по величине, так и по направлению, поэтому в обмотках трансформатора не будет наводится ЭДС, а, следовательно, электроэнергия из первичной цепи не будет передаваться во вторичную. Трансформаторы классифицируются: по назначению; по способу охлаждения; по числу трансформируемых фаз; по форме магнитопровода; по числу обмоток на фазу.

Отношение ЭДС обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низшего напряжения называется коэффициентом трансформации

K = E1 / E2 = w1 / w2


6.3. Ход работы.

1.Собрать схему опыта в соответствии с рисунком.

hello_html_555db131.jpg

Рисунок – 6.2


ОБОРУДОВАНИЕ:

TV1- автотрансформатор;

TV2- исследуемый трансформатор;

PV1,PV2- вольтметр, 50В, 300В;

PA1,PA2- амперметр, 1А, 2А;

R н – реостат;

2.Исследовать режимы работы трансформатора.

2.1. В режиме холостого хода (без нагрузки во вторичной цепи трансформатора) изменяя величину первичного напряжения автотрансформатором TV1, провести замеры напряжения и тока на первичной и вторичной обмотках. Результаты замеров занести в таблицу 6.1.

Холостой ход


Таблица №6.1-Таблица для заполнения результатов работы

0

50

70

100

120

150

180

200

220

230

U2, В











I1, А











I2, А











K












По результатам таблицы 6.1 рассчитать коэффициент трансформации


U2

К = -------

U1


2.2. Подключить нагрузку R на вторичную обмотку трансформатора. Подать на трансформатор номинальное напряжение. Для нескольких значений R провести замеры тока и напряжения на вторичной и первичной обмотках. Результат замера записать в таблицу 6.2.

Нагрузочный режим


Таблица №6.2-Таблица для заполнения результатов работы

R

R1

R2

R3

R4

U2, B






I2 ,A






I1 ,A







По результатам табл.6.2 построить внешнюю характеристику трансформатора U2 = f(I2)


По характеристике выявить максимально допустимый ток I2 , при котором напряжение на вторичной обмотке не уменьшается более 5 % от номинального.


6.4. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

1) титульный лист по стандартной форме;

2) цель работы;

3) исходные данные;

4) таблицы с результатами вычислений и измерений;

5) основные расчетные формулы и уравнения;

6).график внешней характеристики трансформатора.


6.5. Контрольные вопросы.


1. Что называется трансформатором?

2. Классификация трансформаторов.

3. Устройство трансформатора.

4. Принцип работы трансформатора.

5. Схемы соединений обмоток трансформатора.








Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.





ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7.


Тема «Исследование работы трехфазного асинхронного электродвигателя. Пуск вход и снятие рабочих характеристик».

Цель лабораторной работы: исследование работы трехфазного асинхронного электродвигателя. Пуск вход и снятие рабочих характеристик.

Содержание работы.


7.1 Краткие теоретические сведения.


Трёхфазный асинхронный двигатель с фазным ротором, или асинхронный двигатель с контактными кольцами, применяется значительно реже, чем двигатель с короткозамкнутым ротором. Фазный ротор используется, когда необходимо плавно регулировать частоту вращения двигателя в установившемся режиме или обеспечивать большой пусковой момент при соблюдении ограничений по пусковому току.

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором производится путем включения в цепь обмотки ротора пускового реостата, который отключается после выхода двигателя на установившийся режим работы. Регулирование скорости вращения в установившемся режиме также производится при помощи реостата, изменяющего суммарное активное сопротивление обмотки ротора и, соответственно, скольжение двигателя.

Для оценки свойств электрической машины и пригодности ее для работы в заданных условиях необходимо иметь рабочие характеристики машины. Для асинхронного двигателя применяются два основных метода опытного определения рабочих характеристик: непосредственный и косвенный. Непосредственный метод получения рабочих характеристик путем изменения момента нагрузки на валу применяется обычно для двигателей малой мощности. Асинхронные двигатели с фазным ротором изготавливаются, как правило, на средние и большие мощности, поэтому их характеристики определяются косвенным методом.


7.2 Ход работы.

7.2.1. Экспериментальная часть

а) Определить номинальное напряжение обмотки статора и обмотки ротора.

б) Осуществить пуск двигателя с включением в цепь ротора пускового реостата.

в) Осуществить регулирование частоты вращения двигателя путем изменения активного сопротивления обмотки ротора с помощью реостата.

г) Провести опыт холостого хода и снять зависимости тока и потребляемой из сети мощности от приложенного к статору напряжения при отсутствии нагрузки на валу двигателя >hello_html_70322b83.png >.


д) Провести опыт нагрузки двигателя и снять зависимости скорости, потребляемого тока и мощности из сети от момента нагрузки на валу при номинальном напряжении питания двигателя >hello_html_232af724.png> при трех значениях сопротивления реостата: > hello_html_2d26aace.png>, > hello_html_514eaf31.png>, > hello_html_m4903c801.png>.

е) Провести опыт короткого замыкания и снять зависимости момента и тока короткого замыкания от приложенного к статору напряжения >hello_html_3027a9c1.png >.

7.2.2 Анализ и обработка результатов измерений


а) Рассчитать коэффициент трансформации номинальных напряжений статора и ротора.

б). По результатам опыта холостого хода построить характеристики холостого хода >hello_html_70322b83.png >и произвести разделение потерь холостого хода.

в) По результатам опыта нагрузки рассчитать и построить рабочие характеристики двигателя > hello_html_4631c30f.png> при трех значениях сопротивления реостата: > hello_html_2d26aace.png>, >hello_html_514eaf31.png >, > hello_html_m4903c801.png>.

г) По результатам опыта короткого замыкания построить характеристики короткого замыкания > hello_html_3027a9c1.png> и определить кратности пускового момента и пускового тока при номинальном напряжении питания.

д) По результатам опытов рассчитать параметры электрической схемы замещения двигателя.

е) Используя найденные параметры схемы замещения, построить механическую характеристику >hello_html_m58e0b8c2.png >.

В качестве базы для проведения эксперимента используется асинхронный двигатель с фазным ротором А56/2 со следующими параметрами:


кратность максимального момента - 2,0

коэффициент полезного действия - 75%

коэффициент мощности - 0,74

Паспортные данные:

Pн = 2,8 кВт;

схема соединения статора > hello_html_m12bfb9d3.png>:

Iн = 22,8/13,0 А;

Uн = 127/220 В;

nн = 920 об/мин;

сопротивление фазы обмотки статора R1 = 0,46 Ом

схема соединения ротора Y:

Uрн=90 В

Iрн=21,2 А


7.3. Порядок выполнения работы


Определение коэффициента трансформации обмоток

Коэффициент трансформации обмоток определяется как отношение напряжения обмотки статора к напряжению обмотки ротора при номинальном напряжении, приложенном к обмотке статора. Обмотка ротора разомкнута и соединена в звезду, а обмотка статора - в треугольник, двигатель при этом не вращается.

Пуск и регулирование двигателя с помощью реостата

Пуск двигателя производят с помощью реостата, подключенного к цепи ротора. Перед пуском реостат устанавливают в положение "номинальный режим", по мере увеличения частоты вращения ротора сопротивление пускового реостата постепенно снижают вплоть до его уменьшения до нулевого значения. Регулирование скорости АД с фазным ротором в установившемся режиме осуществляют, изменяя сопротивление реостата.

Характеристики холостого хода

Характеристиками холостого хода называются зависимости I0, P10, cosj0 = f(U1) при P2=0 или M=0, где I0 - ток статора; P10 - мощность, потребляемая двигателем при холостом ходе; cosj0 - коэффициент мощности при холостом ходе; P2 - мощность на валу; M - момент на валу.

Во время проведения опыта холостого хода устанавливают момент, равный нулю, и изменяют питающее напряжение от (1,1÷1,2)Uн до (0,4÷0,5)Uн (всего не менее 10 точек). Для каждой точки сохраняют показания приборов для последующей обработки. Коэффициент мощности рассчитывают по формуле: > hello_html_m62e3c7fb.png>.

Рабочие характеристики

При проведении опыта нагрузки устанавливают напряжение питания, равное номинальному Uн, и изменяют момент нагрузки в диапазоне от 0 до 1,25Mн (всего не менее 10 точек). Для каждой точки сохраняют показания приборов для последующей обработки. Опыт проводят при трех значениях сопротивления реостата: >R=0 >, >hello_html_514eaf31.png >, >hello_html_m4903c801.png >.

Номинальный момент двигателя (Нм) может быть рассчитан, используя паспортные данные двигателя, по формуле Mн=P2н/W2н•103, где P2н - номинальная мощность на валу двигателя, кВт; W2н=2pn2н/60 - номинальная угловая частота вращения, 1/с; n2н - номинальная частота вращения, об/мин.

По данным опыта вычисляются s1, P2, cosj1, h для построения рабочих характеристик.

Скольжение s и частота вращения ротора n2 связаны выражением s=(n1-n2)/n1, где n1 - частота вращения магнитного поля (синхронная частота вращения).

Мощность на валу двигателя, кВт: P2н=MW2•103, где W2 - угловая частота вращения ротора, 1/с. >hello_html_7b550f4d.png >.


Характеристики короткого замыкания

Опыт короткого замыкания проводится при заторможенном роторе и пониженном напряжении на зажимах статора. Напряжение питания изменяют от 0 до значения, при котором ток короткого замыкания не станет равным Iк=1,3I1н (достаточно 5-6 точек).Для каждой точки сохраняют показания приборов для последующей обработки.

По данным опыта короткого замыкания определяют пусковые свойства двигателя: кратность пускового тока Ki и кратность пускового момента KM. Если при некотором напряжении Uk измерены ток Ik и момент Mk, то пусковой момент двигателя без учета насыщения будет равен Mп=MkIп2/Ik2, где Iп - пусковой ток двигателя при номинальном напряжении U1н, определяемый из выражения Iп=IkU1н/Uk.Кратность пускового момента KM=Mп/Mн. Кратность пускового тока Ki=Iп/I1н.

Определение параметров схемы замещения двигателя

Параметры схемы замещения определяются по результатам опыта короткого замыкания.

- Полное сопротивление короткого замыкания > hello_html_m4f2305b6.png> ;

- Активное сопротивление короткого замыкания при при температуре 20°С > hello_html_43a45c49.png> ;

- Индуктивное сопротивление короткого замыкания > hello_html_7824613.png>;

- Активное сопротивление короткого замыкания при температуре 75°С

> hello_html_m2ccb6245.png>;

- Полное сопротивление короткого замыкания при температуре 75°С

> hello_html_m64857a1b.png>;

- Активное сопротивление фазы обмотки ротора при температуре 75°С

>hello_html_m1f4922ad.png >, где >hello_html_1cee8dc9.png > - приведенное к температуре 75°С активное сопротивление фазы обмотки статора.

Индуктивные сопротивления рассеяния фаз статора и ротора >X1 > и

>hello_html_m549a7a2f.png > по отдельности не известны, зато известно суммарное индуктивное сопротивление короткого замыкания. Для расчетов можно ориентировочно принять >hello_html_m5b40c9e9.png > и > hello_html_27312a27.png>.

hello_html_m594b683.png



Построение механической характеристики

Механическая характеристика двигателя рассчитывается по формуле:

> hello_html_26e20618.png>,

где > hello_html_61fc94d6.png> - число фаз обмотки статора;

>hello_html_mc211dc3.png > - синхронная угловая частота вращения поля;

> p> - число пар полюсов.

Механическая характеристика строится при изменении скольжения в диапазоне от 0 до 1,0.

Номинальный момент двигателя (Нм) может быть рассчитан, используя паспортные данные двигателя, по формуле Mн=P2н/W2н•103, где P2н - номинальная мощность на валу двигателя, кВт; W2н=2pn2н/60 - номинальная угловая частота вращения, 1/с; n2н - номинальная частота вращения, об/мин.

Скольжение s и частота вращения ротора n2 связаны выражением s=(n1-n2)/n1, где n1 - частота вращения магнитного поля (синхронная частота вращения).

Мощность на валу двигателя, кВт: P2н=MW2•103, где W2 - угловая частота вращения ротора, 1/с.


Контрольные вопросы

1. Объясните устройство и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

2. Перечислите способы пуска в ход асинхронных двигателей с фазным ротором.

3. Каких значений может достигать кратность пускового начального тока при прямом включении двигателя в сеть?

4. Объясните, чем вызвана необходимость пуска двигателя с включенным в цепь ротора пусковым реостатом.

5. Как зависят пусковой ток и пусковой момент двигателя от напряжения?

6. В каком случае возможно применение способа пуска двигателя переключением со звезды на треугольник?

7. Какие достоинства и недостатки присутствуют при регулировании частоты вращения ротора с помощью реостата, включенного в цепь фазного ротора?

8. Почему изменяется скольжение асинхронного двигателя с изменением нагрузки?

9. Как изменяется максимальный момент двигателя при регулировании с помощью реостата?

10. Объясните характер изменения I1, cosj1 и h при изменении полезной мощности P2.

11. Как определяется к.п.д. двигателя косвенным методом?

12. Какая мощность называется электромагнитной?

13. Перечислите виды потерь мощности в асинхронном двигателе. От чего эти потери зависят?

14. Как определяются электрические потери в короткозамкнутой обмотке ротора?

15. Как изменятся I1, cosj1 и h асинхронного двигателя при обрыве одной фазы питающей сети и той же нагрузке на валу?

16. Почему при обрыве одной фазы питающей сети и неизменной нагрузке на валу частота вращения двигателя снижается?













Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2 часа.











ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8.


Тема «Снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода».

Цель лабораторной работы: научиться собирать электрическую схему и снимать вольтамперную характеристику полупроводникового диода.

Содержание работы.

8.1. План работы.


1) Сборка схемы опыта;

2) Снятие прямой ветви ВАХ;

3) Снятие обратной ветви ВАХ;

4) Определение параметров диода;

5) Составление отчета


8.2. Краткие теоретические сведения.


Полупроводниковым диодом называют прибор с двумя выводами (анод и катод) и одним электронно-дырочным переходом. Принцип действия диодов основан на использовании односторонней электропроводимости, электрического пробоя и других свойств п-р перехода. Полупроводниковые диоды в основном служат для преобразования энергии и реже – для усиления электрических сигналов.

Диоды разделяются на: выпрямительные; импульсные; стабилитроны; туннельные; варикапы, в качестве усилителей электрических сигналов по мощности могут быть использованы туннельные диоды.

Основной материал диодов - кремний и германий. По конструкции диоды выполняются плоскостные и точечные. Основной характеристикой диода служит его вольт - амперная характеристика, вид которой совпадает с видом вольт - амперной характеристики (ВАХ) р - п перехода. ВАХ диода зависит от температуры окружающей среды.

Диод обладает односторонней проводимостью (как и n-p переход). Включение диода в электрическую цепь, когда плюс (+) источника подсоединен к области p (анод), а минус (-) – к области n (катод), называется прямым. В этом случае сопротивление перехода n-p мало, диод открыт, через него проходит ток. Включение диода, при котором к области p подсоединен минус источника, а области n –плюс, называется обратным. В этом случае сопротивление перехода резко возрастает, переход закрыт, ток через переход не проходит. При достижении обратным напряжением некоторого критического значения обратный ток перехода возрастает. Этот режим называется пробоем р - п перехода. Различают два вида пробоя: электрический и тепловой. Электрический пробой бывает обратимым и необратимым. При обратимом электрическом пробое при отключении источника обратного напряжения вентильные свойства (односторонняя проводимость) электронно-дырочного перехода полностью восстанавливается. Тепловой пробой приводит к разрушению кристалла и является аварийным режимом.


hello_html_23c87de1.jpg


hello_html_m7c65fb4f.jpg


Выпрямительным называют полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Принцип работы выпрямительного диода основан на выпрямительном свойстве р-п перехода. В зависимости от максимально допустимого среднего значения прямого тока диоды делятся на диоды малой (300 мА), средней (300мА – 10А) и большой мощности (10А – 1000 А). Конструктивно выпрямительный диод выполнен в металлическом герметическом сварном корпусе.

hello_html_m14d5c4c5.jpg

Очень часто требуемые допустимые выпрямленный ток и максимальное обратное напряжение превышают номинальные значения параметров существующих выпрямительных диодов. В этих случаях задача решается соответственно параллельным и последовательным соединением диодов. Последовательное включение выпрямительных диодов делается тогда, когда необходимо увеличить суммарное допустимое обратное напряжение, прикладываемое к каждому из них. Параллельное включение выпрямительных диодов, делается для увеличения допустимых значений выпрямленных токов. Кроме рассмотренных выпрямительных диодов, промышленность выпускает другие типы: высокочастотные и сверх высокочастотные – применяются в качестве выпрямительных на больших и сверхбольших частотах; импульсные – предназначенные для работы в импульсном режиме; варикапы – для использования зависимости емкости р - п перехода от обратного напряжения (регулируемые емкости); стабилитроны и стабистоны – для стабилизации напряжения; туннельные – для генерации и усиления электрических сигналов сверхвысокой частоты; обращенные – для выпрямления сигналов сверхвысокой частоты; модуляторные – для модуляции высокочастотного сигнала и др.


8.3 Описание работы.

hello_html_m31972595.jpg



1.Собрать схему опыта в соответствии с рисунком 1 для снятия прямой ветви ВАХ диода. Подключить схему к источнику постоянного напряжения, изменяя прямое напряжение от 0 до 1 вольта, производить замеры тока диода. Результат замера занести в таблицу №1. По данным таблицы № 1 построить прямую ветвь ВАХ исследуемого диода.

ОБОРУДОВАНИЕ:


VD1 – исследуемый диод;

G1 – источник постоянного напряжения;

R1 – потенциометр (делитель напряжения);

pV1 – вольтметр постоянного тока, 0-15 В;

pA1 – амперметр постоянного тока, 0- 50 мА;



8.4 Экспериментальная часть


Прямая ветвь ВАХ Табл.№1-Таблица для заполнения результатов работы

U пр. В

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

I пр. mA








2. Собрать схему опыта в соответствии с рисунком 2 для снятия обратной ветви ВАХ диода. Подключить схему к источнику постоянного напряжения, изменяя обратное напряжение от 0 до 25 вольт, производить замеры обратного тока диода. Результат замера занести в таблицу № 2. По данным таблицы № 2 построить обратную ветвь ВАХ исследуемого диода.


Обратная ветвь ВАХ

Табл. № 2-Таблица для заполнения результатов работы

U обр. В

0

5

10

15

20

25

I обр. mA










Контрольные вопросы:

1. Что называют полупроводниковым диодом?

2. Основное свойство диода.

3. Как преобразует электрический ток полупроводниковый диод?

4. Назовите разновидности диодов.


Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2 часа.













Список источников и литературы


1. Берёзкина Т.Ф., Гусев Н.Г. Масленников В.В. Задачник по общей электротехнике с основами электроники: Учебное пособие для студентов неэлектротехнических специальностей средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2001.

2. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учебное пособие для студентов неэлектротехнических специальностей средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2000.

3. Касаткин А.С. Основы электротехники: Учебное пособие для средних профессионально-технических училищ. – М.: Высшая школа, 2001.

4. Синдеев Ю.Г. Электротехника (с основами электроники): Учебное пособие для профессиональных училищ и колледжей. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2001.


Список оборудования


- мультимедийный учебный комплекс по темам:

«Цепи постоянного тока», «Цели переменного тока», «Электронные устройства», «Цифровая электроника», «Операционные усилители».

- стационарные лабораторные стенды;

- набор измерительных приборов и оборудования стендов;

- комплект приборов по направлению «Физические основы электротехники и электроники;

- комплект экспериментальных панелей по направлению «Электротехника и электроника»;

- педагогические программные средства вычислительной техники:

встроенные персональные компьютеры;

- оверхед-проектор «Горизонт»-250 Х.
















Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Автор
Дата добавления 02.11.2016
Раздел Другое
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров130
Номер материала ДБ-313421
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх