Методические указания по организации лабораторных работ по электротехнике по профессии Мастер по ремонту и обслуживанию автомобилей

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РА-

БОТ

Исследование электрических цепей, установок и приборов неизбежно связано с примене-

нием повышенных напряжений. Поражение током при этих напряжениях может привести к тяжелым последствиям. В связи с этим необходимо точно выполнять соответствующие правила безопасности.

В лаборатории электротехники опасными являются напряжения 110, 127, 220 вольт.

Опасными могут быть также ЭДС самоиндукции при размыкании цепей с большими индуктивностями и неразрядившиеся конденсаторы. Кроме того, при неправильных действиях с электрическим оборудованием возможны короткие замыкания и перегрузки в цепях, которые могут привести к перегреву и загоранию отдельных частей оборудования, к появлению расплавленных капель металла, что в свою очередь может привести к ожогам и поражению органов зрения.

В связи с этим:

Прежде, чем собирать схему, необходимо убедиться, что сетевой выключатель отключен.

При сборке электрической цепи соединения проводниками следует выполнять так, чтобы

они не ложились на шкалы приборов, имели наименьшее число пересечений между собой и были надежно присоединены к клеммам.

Во время работы со схемой нужно быть внимательным и осторожным, находиться на ра-

бочем месте и не допускать к нему посторонних. При включении цепи под напряжение необходимо предупредить об этом остальных членов бригады.

Включение схемы под напряжение разрешается только после ее проверки преподавате-

лем.

При обнаружении каких-либо неисправностей (повышенный шум, искрение, перегрев об-

моток и проводов) или при попадании кого-либо под напряжение нужно немедленно от-ключить выключатель и пригласить преподавателя.

Во время работы не касаться неизолированных частей электроцепей, находящихся под

напряжением, и открытых поверхностей реостатов во избежание ожогов.

Всякие изменения производятся при отключенном напряжении. После этого схему дол-

жен проверить преподаватель.

За порчу лабораторного имущества, вызванную небрежным обращением с ним или невы-

полнением требований данного руководства, обучающиеся несут материальную ответ-ственность.

6

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Измерение сопротивлений, токов, напряжений и мощности в цепи постоянного тока

1.1 Цель работы

Ознакомиться с измерениями токов, напряжений и сопротивлений с помощью мультиметра, с из-

мерением мощности с помощью ваттметра, экспериментально убедиться в выполнении закона

Ома и закона Джоуля-Ленца в электрической цепи постоянного тока.

1.2 Пояснения:

Для измерения силы тока через какой-либо элемент электрической цепи последовательно с

этим элементом включают измеритель тока - амперметр.

Для измерения ЭДС и напряжения на каком-либо участке электрической цепи измеритель

напряжения – вольтметр, включают параллельно этому участку.

Приборы для измерения тока и напряжения, амперметры и вольтметры, имеют одинаковые

по устройству измерительные механизмы, но отличаются параметрами измерительных схем и раз-

личным способом включения в испытуемую цепь. Амперметр должен иметь малое сопротивление,

чтобы не было влияния на ток цепи, и мощность потерь в приборе была минимальна. Сопротивле-

ние вольтметра должно быть большим, чтобы его включение не изменило режима работы цепи, и

потери в приборе были минимальны.

Мощность в электрических цепях измеряют прямым и косвенным способами. При прямом

измерении используют ваттметры, при косвенном - амперметры и вольтметры.

В цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют относительно ред-

ко, в основном используют метод амперметра-вольтметра. Определив апперметром значение тока

и вольтметром напряжение, вычисляют мощность по формуле P=UI.

При измерении мощности с помощью ваттметра токовую обмотку ваттметра включают в

цепь последовательно с приемником, а обмотку напряжения - параллельно приемнику.

Электрические сопротивления электротехнических устройств (катушек, резисторов и т.д.)

постоянному току условно можно разделить на малые (до 1 Ом), средние (от 1 до 105 Ом) и боль-

шие (свыше 105 Ом).

Для измерения малых и средних сопротивлений применяют метод амперметра – вольт-

метра, омметры, одинарные четырехплечие мосты, компенсационный метод. Для измерения

больших сопротивлений применяют мегаомметры.

Метод амперметра – вольтметра является наиболее простым косвенным методом измерения

малых и средних сопротивлений. Амперметр включают в цепь последовательно с потребителем,

сопротивление которого надо определить, вольтметр – параллельно потребителю. Cопротивление

будет равно частному от деления показаний вольтметра на показания амперметра R= UV/IA

1.3 Порядок выполнения эксперимента

1. Включите блок мультиметров , установите на одном из них переключатель в положение

измерения сопротивлений (Ω), подключите к мультиметру с помощью соединительных проводов

заданное в соответствии с вариантом (см. табл.1.1) сопротивление из набора миниблоков, выбери-

те ближайший превышающий измеряемое сопротивление предел измерения и запишите показание

мультиметра Rизм и номинальное сопротивление, указанное на этикетке миниблока

Rизм = ………..Ом; Rном = …………….Ом.

2. Соберите цепь в соответствии с принципиальной схемой (рис.1.1) и монтажной схемой

(рис. 2), установив в наборную панель миниблок с заданным сопротивлением (табл.1.1). Запишите

значение сопротивления в таблицу 1.2.

7

Рис.1.1 Принципиальная схема

3. Убедитесь, что при включении выключателя «В» в цепи появляется ток, а при выклю-

чении — исчезает.

4. Устанавливая регулятором напряжения указанные в табл. 1.1 значения, запишите в

таблицу показания приборов.

Не забывайте следить за сигнальными светодиодами ваттметра. При включении

светодиода I> или U> переводите соответствующий переключатель на больший предел. При

включении светодиода I< илы U< переключайте его на меньший предел.

Следите также за светодиодами, указывающими размерность измеряемой мощности:

Вт или мВт.

5. Вычислите значения мощности Р =UI и сопротивления R =U/I и запишите результаты в

столбцы «Вычисленные значения» таблицы 2. Сравните результаты измерений и вы-

числений и сделайте выводы.

Таблица 1.1

№ варианта 1 2 3 4 5 6

Значение со-

противления,

Ом

100 150 220 330 470 1000

Таблица 1.2

Измеренные значения Вычисленные значе-

ния

Rном,

Ом

U, В I, мА P, Вт P, Вт R, Ом

-5

4

6

8

12

8

Рис.1.2 Монтажная схема

1.4 Содержание отчета:

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Электрическая схема.

4. Таблица с результатами измерений и вычислений

5. Расчеты

6. Вывод по результатам расчетов.

1.5 Контрольные вопросы:

1) В каких единицах измеряются сила тока, напряжение, мощность и сопротивление?

2) Какими приборами производятся прямые измерения этих величин?

3) На основании какого закона по показаниям амперметра и вольтметра определяют сопро-

тивление электрической цепи?

4) Какими способами измеряют электрическое сопротивление?

5) Как производится косвенное измерение мощности?

9

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Проверка закона Ома при последовательном соединении приемников

2.1 Цель работы

Измеряя токи и напряжения, убедиться, что ток одинаков в любой точке последовательной цепи и

что сумма частичных напряжений равна напряжению, приложенному ко всей цепи. Сравнить ре-

зультаты измерения с расчётом.

2.2 Пояснения к работе

Если резисторы или любые другие нагрузки соединены последовательно (рис. 3 1), по ним

проходит один и тот же ток. Величина тока определяется приложенным напряжением U и эквива-

лентным сопротивлением Rэкв.

1=U/ Rэкв,

где Rэкв = R1+R2+R3.

Рис. 2.1

На каждый отдельный резистор при этом приходится некоторое частичное напряжение.

U1 = I R1 U2 = I R2 U3 = I R3

Сумма частичных напряжений в соответствии со вторым законом Кирхгофа равна полному

приложенному напряжению:

IR1+IR2+IR3=U

2.3 Порядок выполнения эксперимента

1. Соберите цепь согласно монтажной схеме (рис. 2.2). Последовательно с резисторами

47, 100 и 220 Ом включите специальные миниблоки для подключения амперметра.

2. С помощью двухжильного кабеля со штекером поочередно подключайте к этим ми-

ниблокам мультиметр в режиме измерения тока и измеряйте ток вдоль всей последовательной це-

пи. Убедитесь, что ток имеет одно и то же значение и запишите его в таблицу 1.

3. Затем измерьте напряжения на каждом резисторе, а также полное напряжение на

входе цепи. Все измеренные величины занесите в таблицу 2.1.

4. Рассчитайте эквивалентное сопротивление цепи, ток и падение напряжения на каж-

дом резисторе. Результаты занесите в таблицу 2.1 и сравните с измеренными значениями.

5. Проверьте выполнение второго закона Кирхгофа по экспериментальным и по рас-

чётным значениям напряжений:

U1+U2+U3=U

10

Рис. 2 2 Монтажная схема

Таблица 2.1

2.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Электрическая схема.

4. Таблица с результатами измерений и вычислений

5. Расчеты

6. Вывод по результатам расчетов.

11

2.5 Контрольные вопросы

1. Что называется электрическим током?

2. Как читается и записывается закон Ома для участка цепи и для полной цепи?

3. Что называется электрическим сопротивлением?

4. Какими свойствами характеризуется последовательное соединение резисторов? Запишите

формулы соотношений.

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

«Проверка 1-го закона Кирхгофа при параллельном соединении резисторов»

3.1 Цель работы

Измеряя напряжения и токи, убедиться, что напряжение, прикладываемое к каждому резистору,

одинаково и что сумма токов ветвей равна полному току цепи. Проверить результаты измерения

расчётом.

3.2 Пояснения к работе

Если резисторы или любые другие нагрузки соединены параллельно (рис.4.1), все они находятся

под одинаковым напряжением:

U1 = U2 = U3 = U

В каждой ветви цепи протекает свой ток. Сумма токов всех ветвей в соответствии с первым зако-

ном Кирхгофа равна полному току:

I1 + I2 + I3= I

Величина тока ветви зависит от приложенного напряжения и сопротивления данной ветви (закон

Ома).

Ток в неразветвленной части цепи зависит от приложенного напряжения и эквивалентного сопро-

тивления цепи.

для вычисления эквивалентного сопротивления и проводимости цепи служат формулы:

1 2 3

1 2 3

1 1 1 1

g g g g

R R R R

= + +

= + +

3.3 Порядок выполнения эксперимента

1. Соберите цепь согласно монтажной схеме (рис. 3.2), вставив последовательно с каждым и ре-

зисторов (680, 220 и 470 Ом) специальные миниблоки для подключения амперметра.

2. Измерьте напряжение на каждом резисторе, а также напряжение на источнике. Убедитесь, что

все они одинаковы и запишите значение напряжения в табл. 3.1

3. С помощью мультиметра, специального кабеля со штекером и миниблоков для подключения

амперметра измерьте токи в каждом резисторе и на входе цепи. Результаты запишите в табл.3.

1

4. Рассчитайте _______эквивалентное сопротивление цепи, ток в каждом резисторе и на входе цепи. Ре-

зультаты занесите в табл. 3 1 и сравните с измеренными значениями.

5. Проверьте как по экспериментальным, так и по расчётным данным, выполняется ли первый

закон Кирхгофа.

12

Таблица3.1

3.4 Содержание отчета:

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Электрическая схема.

4. Таблица с результатами измерений и вычислений

5. Расчеты

6. Вывод по результатам расчетов.

Рис. 3 2 Монтажная схема

3.5 Контрольные вопросы:

1. Что называется электрическим током?

2. Как читается и записывается закон Ома для участка цепи и для полной цепи?

13

3. Что называется электрическим сопротивлением?

4. Какими свойствами характеризуется параллельное соединение резисторов? Запишите фор-

мулы соотношений.

5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4

«Расчет сопротивления проводников и выбор сечений проводов»

4.1 Цель работы

Научиться производить расчет сопротивления проводника по его параметрам; производить

выбор сечений проводов по току

4.2 Пояснения к работе

Электрическое сопротивление R – это параметр элементов электрической цепи, который

характеризует способность элемента поглощать электрическую энергию и преобразовывать ее в

другие виды энергии.

За единицу сопротивления принят ом (Ом).

1 Ом = 1В/1А.

Величина электрического сопротивления R зависит от геометрических размеров и свойств

материала проводника

S

l

R = r ,

где r - удельное сопротивление, Ом´м или Ом´мм2/м; l - длина, м; S - площадь попереч-

ного сечения, м2 или мм2.

При прокладке силовых коммуникаций основной возникающий вопрос – выбор типа и се-

чения провода, который нужно использовать. При этом тип провода, определяющий материал и

количество изоляционных оболочек (различные виды пластика и других материалов), а также ма-

териал (медь или алюминий) и тип (одно- и многожильный) проводника, выбирается исходя из

условий, в которых будет проложен провод. Сечение же провода определяется исходя из макси-

мального тока, который будет протекать по проводу продолжительное время. Помочь в выборе

сечения провода вам помогут таблицы 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1

Сечение провода для передачи переменного тока в сетях 220/380 Вольт

Ток, А

6 10 13 16 20 25 32 40 50 63 80

Мощность,

кВт

220 В 1,2 2,2 2,9 3,5 4,4 5,5 7,0 8,8 11,0 13,9 17,6

380 В 2,3 3,8 4,9 6,0 7,6 9,5 12,2 15,2 19,0 23,9 30,4

Сечение,

мм2

Cu

0,5 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 4,0 4,0 6,0 10,0 10,0

Al

2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 4,0 4,0 6,0 10,0 16,0 25,0

14

Таблица 4.2

Сечение медного провода для передачи постоянного тока при напряжении 12 Вольт

Ток, А 16,5 21,5 25,0 32,0 43,5 58,5 77,0 103,0 142,5

Мощность,

кВт

0,20 0,26 0,30 0,38 0,52 0,70 0,92 1,24 1,71

Сечение,

мм2

0,5 0,75 1,0 1,5 2,5 4,0 6,0 10,0 16,0

4.3 Порядок выполнения работы

1. Проведите анализ формулы для расчета сопротивления [3], № 1.1 стр. 8

2. Выполните расчет по формуле сопротивления. Номер варианта соответствует последней цифре

номера в списке группы по журналу. Удельное сопротивление определить по таблице Приложение

3, стр. 327 [3]

Таблица 4.3

Вари

ант

Данные для расчета

1. Определите сопротивление алюминиевого провода, длина которого 1800 м и пло-

щадь поперечного сечения 10 мм 2 .

2. Площадь сечения медной проволоки равна 2мм2, а длина 55м. Определить ее сопро-

тивление.

3. Никелиновая проволока имеет сопротивление 200 Ом и длину 100 м. Определить

площадь поперечного сечения.

4. Сколько метров медного провода сечением 2 мм2 необходимо, чтобы сопротивление

было равно 1 Ом?

5. Электрическая плитка имеет нагревательный элемент, изготовленный из константа-

новой проволоки длиной 0,5м и сечением 0,2мм2. Каково сопротивление спирали?

6. Нужно изготовить реостат с сопротивлением 50 Ом. Имеется манганиновая прово-

лока сечением 0,2 мм2. Сколько метров проволоки потребуется?

7. Каково сопротивление алюминиевого провода сечением 2,5мм2 и длиной 300м?

8. Сопротивление нагревательной спирали 24Ом. Какой длины должен быть провод из

нихрома, если сечение его 0,3мм2?

9. Провод сечением 4мм2 и длиной 200м имеет сопротивление 6,5 Ом. Определить ма-

териал провода.

10. Нужно изготовить реостат с сопротивлением 20 Ом из манганинового провода.

Определить сечение провода, если его длина 5м.

3. Определить сечение провода по таблицам, исходя из данных, приведенных в таблице 4.4.

Таблица 4.4

№ варианта Род тока Напряжение, В Материал про-

вода

Мощность при-

емников, кВт

1 постоянный 12 медь 0,20

2 переменный 220 медь 1,2

3 переменный 220 алюминий 2,2

4 переменный 380 медь 2,3

5 переменный 380 алюминий 3,8

6 постоянный 12 медь 0,30

7 переменный 220 медь 2,9

8 переменный 220 алюминий 3,5

9 переменный 380 медь 4,9

10 переменный 380 алюминий 6,0

11 постоянный 12 медь 0,52

15

12 переменный 220 медь 4,4

13 переменный 220 алюминий 5,5

14 переменный 380 медь 7,6

15 переменный 380 алюминий 9,5

16 постоянный 12 медь 0,70

17 переменный 220 медь 7,0

18 переменный 220 алюминий 8,8

19 переменный 380 медь 12,2

20 переменный 380 алюминий 15,2

21 постоянный 12 медь 0,92

22 переменный 220 медь 11,0

23 переменный 220 алюминий 13,9

24 переменный 380 медь 19,0

25 переменный 380 алюминий 23,9

26 постоянный 12 медь 1,24

27 переменный 220 медь 17,6

28 переменный 220 алюминий 1,2

29 переменный 380 медь 30,4

30 переменный 380 алюминий 7,6

4.4 Содержание отчета:

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Формула сопротивления и анализ формулы

4. Расчеты по формуле сопротивления

5. Таблица с результатами определения сечения провода

Таблица 4.5

№ варианта Род тока Напряжение,

В

Материал про-

вода

Мощность

приемников,

кВт

Ток, А Сечение про-

вода, мм2

6. Вывод.

4.5 Контрольные вопросы:

1. Как обозначается и в каких единицах измеряется электрическое сопротивление?

2. От каких величин зависит электрическое сопротивление?

3. По каким параметрам определяют сечение провода на практике,

5.ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №5

«Расчет простой цепи постоянного тока при последовательном и параллельном соединении

элементов»

5.1 Цель работы

Научиться производить расчет простой цепи на основе соотношений для последовательно-

го, параллельного и смешанного соединения резисторов.

16

5.2 Пояснения к работе

Простой цепью называют электрическую цепь, которая сводится к цепи с одним источни-

ком электрической энергии и эквивалентным резистором. Расчет простой цепи при заданном

напряжении на зажимах и известных сопротивлениях участков заключается в нахождении токов и

напряжений на всех участках цепи. При этом используется метод эквивалентных преобразований

последовательного, параллельного и смешанного соединений элементов.

Соединение, при котором один и тот же ток проходит через все приемники электроэнергии,

называется последовательным (рис. 1.6.). Эквивалентное сопротивление последовательной цепи

равно сумме сопротивлений отдельных приемников

R= R1 + R2 + R3 +…+ RN

Cила тока во всех приемниках, включенных последовательно, одинакова:

1 2 3 ... I = I = I = I =

Падение напряжения на каждом участке электрической цепи постоянного тока согласно закону

Ома пропорционально его сопротивлению

U1 = I R1; U2 = I R2; U3 = I R3

Общее напряжение, подключенное к последовательной цепи, равно сумме падений напряжения на

отдельных приемниках

U = U1 + U2 + U3+…+ UN.

Примером последовательного соединения может служить цепь, состоящая из проводов и

приемника энергии.

Соединение, при котором все участки цепи присоединяются к одной паре узлов, т.е. нахо-

дятся под действием одного и того же напряжения, называют параллельным.

... 1 2 3 U =U =U =U =

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов, текущих в разветвленных

участках цепи

1 2 3 I = I + I + I .

Эквивалентная или общая проводимость параллельной цепи (разветвления) равна сумме

проводимостей всех параллельных ветвей

1 2 3

1 2 3

1 1 1 1

g g g g

R R R R

= + +

= + +

.

Смешанным соединением называется последовательно-параллельное соединение сопро-

тивлений или участков цепи.

17

Закон Ома – один из основных законов электротехники, широко применяемый для расчета

цепей.

Закон Ома для участка цепи: сила тока I на участке цепи прямо пропорциональна напря-

жениюU , приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна сопротивлению R этого

участка

R

U

I = .

Закон Ома для полной цепи имеет выражение

R r

E

I

+

= ,

где I - сила тока, А; E - ЭДС источника, В; R - сопротивление внешнего участка цепи, Ом;

r - внутреннее сопротивление источника питания, Ом.

4.3 Задание для расчета

4.3.1 Выполните расчет простой цепи по закону Ома. Номер варианта соответствует последней

цифре номера в списке группы по журналу.

Вариант 1

1. Лампочка карманного фонаря подключена к сухой батарее с напряжением 2,5В. Какой ток

течет через лампочку, если ее сопротивление 8,3Ом.

2. ЭДС элемента Вольта 1В, его внутреннее сопротивление 0,5Ом. Какой ток потечет че-

рез лампочку с сопротивлением 5Ом, подключенную к элементу?

Вариант 2

1. К батарее с напряжением 4,5В подключена лампочка, спираль которой имеет сопротивле-

ние 15Ом. Какой ток течет через лампочку?

2. Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи 0,05Ом ЭДС 24В. Каково сопротивле-

ние нагрузки, если ток в цепи 10А?

Вариант 3

1. Через спираль кипятильника протекает ток 0,5А при напряжении 220В. Каково сопро-

тивление спирали?

2. Кислотный аккумулятор с ЭДС 2,5В и внутренним сопротивлением 0,2Ом замкнут на

нагрузку с сопротивлением 2,6Ом. Определить ток в цепи.

Вариант 4

1. Спираль электрической плитки имеет сопротивление 97Ом и подключена к сети с напря-

жением 220В. Какой ток проходит через спираль?

2. ЭДС элемента Вольта 1В, его внутреннее сопротивление 0,5Ом. Какой ток потечет через

лампочку с сопротивлением 5Ом, подключенную к элементу?

Вариант 5

1. Через спираль кипятильника протекает ток 0,5А при напряжении 220В. Каково сопротив-

ление спирали?

2. Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи 0,05Ом, ЭДС 24В. Каково сопротивле-

ние нагрузки, если ток в цепи 10А?

Вариант 6

1. Какой ток протекает через электрическую плитку с сопротивлением 60Ом при включении

ее в сеть с напряжением 127В.

2. Аккумулятор с внутренним сопротивлением 0,4Ом работает на лампочку с сопротивлением

12,5Ом; при этом ток в цепи равен 0,26А. Определить ЭДС аккумулятора.

Вариант 7

1. Какое падение напряжения получается на нити лампы с сопротивлением 15Ом при про-

хождении тока 0,3А.

18

2. Генератор постоянного тока с внутренним сопротивлением 0,5Ом и ЭДС 130В создает в

цепи ток 24А. Определить сопротивление электроприемника.

Вариант 8

1. Нагревательный элемент включен в сеть напряжением 220В через амперметр, который по-

казывает ток 2,47А. Какое сопротивление имеет нагревательный элемент?

2. ЭДС элемента Вольта 1В, его внутреннее сопротивление 0,5Ом. Какой ток потечет через

лампочку с сопротивлением 5Ом, подключенную к элементу?

Вариант 9

1. Какое сопротивление имеет лампочка от мотоцикла, если при напряжении 6В она потреб-

ляет ток 3,5А?

2. Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи 0,05Ом ЭДС 24В. Каково сопротивле-

ние нагрузки, если ток в цепи 10А?

Вариант 10

1. Лампочка имеет сопротивление нити накала в нагретом состоянии 20Ом. Напряжение рав-

но 36В. Определить ток, протекающий по нити.

2. Кислотный аккумулятор с ЭДС 2,5В и внутренним сопротивлением 0,2Ом замкнут на

нагрузку с сопротивлением 2,6Ом. Определить ток в цепи.

4.3.2 Задачи на последовательное соединение резисторов

Определить эквивалентное сопротивление цепи, силу тока и падение напряжения на каждом рези-

сторе.

Известные

величины

Номер задачи

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10

U,В 120 125 150 160 180 200 225 240 270 220

R1,Ом 16 120 110 140 120 25 28 100 40 25

R2,Ом 20 60 100 60 180 35 20 140 20 35

R3,Ом 16 120 15 50 60 40 24 60 30 40

4.3.3 Задачи на параллельное соединение резисторов

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10

U,В 90 130 156 180 210 234 240 260 360 260

R1,Ом 36 100 30 24 300 24 60 40 40 20

R2,Ом 18 25 45 12 60 36 40 60 120 30

Определить эквивалентное сопротивление, общий ток и токи в отдельных ветвях.

4.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Расчеты по п.4.3.1

4. Расчеты по п.4.3.2 и схема соединения

5. Расчеты по п.4.3.3 и схема соединения

6. Вывод.

4.5 Контрольные вопросы:

1. Что называется электрическим током?

2. Что называется мощностью электрического тока, в каких единицах она измеряется?

3. Как читается и записывается закон Ома для участка цепи и для полной цепи?

4. Какими свойствами характеризуется последовательное соединение резисторов?

5. Какими свойствами характеризуется параллельное соединение резисторов?

19

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №6

Расчет простой цепи постоянного тока при смешанном соединении элементов

6.1 Цель работы:

Рассчитать токи, напряжения и мощность в цепи при смешанном соединении резисторов. Прове-

рить выполнение первого и второго законов Кирхгофа и баланса мощностей.

6.2 Пояснения к работе

На рис. показан пример цепи со смешанным (т.е. последовательно-параллельным) соединением

резисторов. Цепь состоит из последовательно (R1 и R2) и параллельно (R3 и R4) соединенных рези-

сторов.

Рис. 6.1

Участки цепи с последовательным и параллельным соединением резисторов относительно друг

друга соединены последовательно. Чтобы вычислить полное сопротивление цепи сначала опреде-

ляют эквивалентное сопротивление параллельного участка:

3 4

3 4

34 R R

R R

R

+

=

Затем определяют эквивалентное сопротивление всей цепи, состоящей теперь из трёх последова-

тельно соединённых сопротивлений:

1 2 3 R R R R э = + +

Для расчёта токов в этой цепи необходимо сначала определить по закону Ома ток в эквивалентном

сопротивлении, он же в сопротивлениях R1 и R2:

э R

U

I = 1

После этого, опять же по закону Ома, определяются напряжение на участке с параллель-

ным соединением и токи в параллельных ветвях:

1 1 1 U = I R 2 2 2 U = I R 34 1 34 U = I R

3

34

3 R

U

I =

4

34

4 R

U

I =

Мощность, потребляемая на участке цепи, определяется по формулам:

20

P=U I; P= I2 R; P=

R

U 2

Баланс мощности:

Мощность, потребляемая цепью, равна сумме мощностей, потребляемых каждым из резисторов

(участков):

P=P1+P2+P3+…

6.3 Задание для расчета

В соответствии с заданием для четырех резисторов, входящих в схему цепи для вашего варианта

(Табл.6.1), определить эквивалентное сопротивление цепи, ток I и мощность P, потребляемые це-

пью, а также токи, напряжение и мощности на каждом из резисторов. Произвести проверку по ба-

лансу мощностей и сделать вывод

Таблица 6.1

№ Вари-

анта

U,B R1,Ом R2,Ом R3,Ом R4,Ом

1 15 100 22 33 47

2 14 22 330 47 10

3 12 33 100 22 47

4 11 470 33 10 22

5 10 47 150 33 22

6 9 220 33 47 100

7 8 33 47 100 220

8 15 47 100 33 22

9 14 100 33 47 22

10 12 100 22 47 33

11 11 100 150 33 47

12 10 33 150 47 22

13 9 22 100 150 33

14 8 220 150 22 47

15 15 150 220 47 33

16 14 22 33 100 150

17 12 33 100 150 220

18 11 220 47 33 22

19 10 10 22 100 150

20 9 220 10 47 33

21 8 47 100 150 220

22 15 100 150 33 47

23 14 220 150 22 47

24 13 33 47 100 220

25 12 150 47 470 330

26 11 33 200 150 100

27 10 100 470 330 22

28 9 470 100 220 150

29 8 330 22 47 100

30 15 10 47 330 220

21

6.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Схема соединения

4. Задание

5. Расчеты токов и напряжений

6. Расчеты мощности и проверка баланса мощности

7. Вывод.

6.5 Контрольные вопросы

1. Что называется электрическим током?

2. Что называется мощностью электрического тока, в каких единицах она измеряется?

3. Как читается и записывается закон Ома для участка цепи и для полной цепи?

4. Что называется электрическим сопротивлением?

5. Какими свойствами характеризуется последовательное соединение резисторов?

6. Какими свойствами характеризуется параллельное соединение резисторов?

7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Исследование цепи переменного тока при последовательном соединении активного, индук-

тивного и емкостного сопротивлений и наблюдение резонанса напряжений

7.1 Цель работы

Определить экспериментально параметры цепи с последовательным соединением R, L и С

для трёх случаев ХL, > ХC, ХL = ХC и ХL<ХC. Построить векторные диаграммы. Сделать расчёт цепи

при резонансе и сравнить результаты расчёта с экспериментальными данными.

7.2 Пояснения к работе

В цепи переменного тока кроме активных сопротивлений используются также катушки

индуктивности и конденсаторы. В связи с особенностями однофазных электрических цепей сину-

соидального тока рассмотрим основные соотношения между электрическими величинами для

наиболее характерных цепей, например для цепи с последовательным соединением активного, ин-

дуктивного и емкостного сопротивлений (рис. 1).

Напряжения на активном, индуктивном и емкостном сопротивлениях могут быть опреде-

лены по формулам:

U I R, R = × L L U = I × x , C C U = I × x .

При этом следует иметь в виду, что R U - совпадает по фазе с током, L U - опережает по

фазе ток на 90 o , C U - отстает от тока на 90 o .

Результирующее напряжение U представляет геометрическую сумму напряжений R U ,

L U , C U . На рис. 2.1 представлена векторная диаграмма этих напряжений.

Результирующее напряжение U можно найти не только графически (в этом случае диа-

грамма должна быть построена в масштабе), но и математически, на основании теоремы Пифаго-

ра:

2 2 ( ) R L C U = U + U -U .

22

Если каждое из напряжений на векторной диаграмме разделить на ток I , то получится

фигура, подобная векторной диаграмме, которая будет называться треугольником сопротивлений

(рис.2.1), т.к.

I

U

R R = ,

I

U

x L

L = ,

I

U

x C

C = .

Из треугольника сопротивлений следует, что

2 2 ( ) L C z = R + x - x .

Если каждое из напряжений на векторной диаграмме умножить на ток I , то получится

фигура, подобная векторной диаграмме, которая будет называться треугольником мощностей, так

как

P U I R = × , Q U I L L = × , Q U I C C = × , S =U × I ,

где Р – активная мощность, Вт; Q – реактивная мощность, вар; S – полная мощность, В

А.

Из треугольника мощностей следует, что

2 2 ( ) L C S = P + Q -Q .

Cosj

S

P

= - называется коэффициентом мощности.

Рис 7.1

а) схема последовательного соединения R,L и C; б) векторная диаграмма токов и напряже-

ний; в) треугольник сопротивлений; г) треугольник мощностей

7.3 Порядок выполнения эксперимента:

1. Измерьте омметром и запишите активное сопротивление катушки индуктивности 900 вит-

ков. Rк= ........... Ом.

2. Снимите с трансформатора катушку 900 витков, вставьте в неё только одну половинку

разъёмного сердечника и соберите цепь, принципиальная схема которой показана на рис.

5.2, а монтажная — на рис. 5.3.

23

Рис.7.2 Принципиальная схема

3. Установите переключатель сигналов генератора напряжений в положение «~», регулятор

частоты — в положение 1000 Гц и регулятор напряжения в крайнее правое положение

(максимальная амплитуда).

4. Включите генератор и, регулируя частоту, добейтесь резонанса по максимуму тока.

5. Измерьте мощность, ток и напряжения на входе цепи, на резисторе, на катушке с с актив-

ным внутренним сопротивлением и на конденсаторе. Запишите эти показания приборов в

верхнюю строку табл. 5.1.

6. Включите параллельно конденсатору 1 мкФ конденсатор 0,47 мкФ и запишите показания

приборов в строку ХL > Хс.

7. Оставьте в цепи один конденсатор 0,47 мкФ и запишите показания приборов в строку ХL <

Хс.

8. По опытным данным рассчитайте напряжения на активном и ивдуктивном сопротивлениях

катушки и занесите результаты также в табл. 7.1.

Таблица 7.1

7.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Электрическая схема.

4. Таблица с результатами измерений и вычислений

5. Расчеты

6. Вывод по результатам расчетов.

7.5 Контрольные вопросы

1.Какие сопротивления в цепи переменного тока Вам известны?

2.От чего зависит индуктивное сопротивление?

3.От каких величин зависит емкостное сопротивление?

4. Что такое полное сопротивление неразветвленной цепи переменного тока?

24

5.При каких условиях в цепи возникает резонанс напряжений?

8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Исследование трёхфазной цепи при соединении нагрузки в звезду

8.1 Цель работы

В трехфазной цепи при соединении нагрузки в звезду измерить действующие значения то-

ков и напряжений, мощность для следующих случаев:

• Симметричная активная нагрузка с нейтральным проводом и без него.

• Несимметричная активная нагрузка с нейтральным проводом и без него.

8.2 Пояснения к работе

Если нагрузки (приемники) соединены в трехфазную цепь по схеме «звезда» (рис. 6.1), то к

сопротивлениям нагрузки приложены фазные напряжения. Линейные напряжения (Uл) в 3 раз

больше фазных (Uф), а линейные токи (Iл) равны фазным (Iф).

Ток нейтрали (IN) равен векторной сумме этих токов: IN = IA+IB +IC

Рисунок 8.1.

При симметричных напряжениях и одинаковых сопротивлениях токи также симметричны и

их векторная сумма (IN) равна нулю. Если же сопротивления фаз нагрузки неодинаковы, то через

нулевой провод протекает некоторый ток IN ≠0.

Мощность складывается из мощностей трёх фаз: ΣР= РA+РB +РC.

Активная мощность в четырёхпроводной трёхфазной цепи измеряется с помощью трёх ваттметров

(рис. 9-За), а в трёхпроводной - с помощью двух ваттметров

8.3 Порядок выполнения эксперимента

1.Соберите цепь с симметричной активной нагрузкой (RA=RB=RC= 1 кОм) согласно принципиаль-

ной схеме (рис. 8.1) и монтажной схеме (рис.8.2).

2.Измерьте напряжения и токи на нагрузке в схеме с нейтральным проводом и вьгчислите мощно-

сти. Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 8.1

3.Подключая ваттметр сначала в фазу А, затем в фазу В и, наконец, в фазу С измерьте мощности

трёх фаз и вычислите суммарную мощность. Результаты запишите в также в табл. 8.1 Проверьте

25

баланс мощностей, те, сравните суммарную измеренную мощность с суммой рассчитанных фаз-

ных мощностей.

4.Уберите из схемы нейтральный провод (перемычку между точками N и О) и снова измерьте токи

и напряжения.

5.Подключая токовую цепь ваттметра сначала в фазу А, а цепь напряжения — на напряжение UAB,

затем токовую цепь в фазу С, а цепь напряжения — на напряжение Uсв, измерьте две мощности

и вычислите суммарную мощность. Проверьте баланс мощностей.

6.Повторите измерения и вычисления для несимметричной нагрузки с нейтральным и без

нейтрального провода (RA = 1 кОм, Rв = 330 Ом, Rс = 470 Ом).

Рис. 8 2 Монтажная схема

8.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Электрическая схема.

4. Таблица с результатами измерений и вычислений

5. Расчеты

6. Вывод по результатам расчетов.

26

Таблица 8.1

8.5 Контрольные вопросы

1. Что называется трехфазной системой переменного тока?

2. Начертите схему соединения обмоток генератора звездой.

3. Какие существуют соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами

при соединении в звезду?

4. Напишите формулы для определения активной, реактивной и полной мощностей трех-

фазного тока.

9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9

Исследование трёхфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник

9.1 Цель работы

В трехфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник измерить действующие значе-

ния токов и напряжений, мощность для следующих случаев:

• Симметричная активная нагрузка.

• Несимметричная активная нагрузка.

9.2 Пояснения к работе

27

В схеме «треугольник» нагрузка каждой фазы включается на линейное напряжение, кото-

рое в данном случае равно фазному напряжению

Uл = Uф

Линейные токи (Iл) в 3 раз больше фазных (Iф)

Iл= 3 Iф

Рисунок 9.1.

Мощность складывается из мощностей трёх фаз: ΣР= РAB+РBC +РCA.

Активная мощность в трёхфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник измеряется с по-

мощью двух ваттметров.

9.3 Порядок выполнения эксперимента

1. Соберите цепь с симметричной активной нагрузкой (RAВ=RBС=RCА= 1 кОм) согласно прин-

ципиальной схеме (рис. 9.1) и монтажной схеме (рис.9.2).

2. Измерьте напряжения и токи на нагрузке и вычислите мощности. Результаты измерений и

вычислений занесите в табл. 9.1

3. Подключая токовую цепь ваттметра сначала в фазу А, а цепь напряжения — на напряжение

UAB, затем токовую цепь в фазу С, а цепь напряжения — на напряжение Uсв, измерьте две мощно-

сти и вычислите суммарную мощность. Проверьте баланс мощностей.

4. Повторите измерения и вычисления для несимметричной нагрузки с нейтральным и без

нейтрального провода (RA = 1 кОм, Rв = 330 Ом, Rс = 470 Ом).

28

Рис. 9 2 Монтажная схема

9.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Электрическая схема.

4. Таблица с результатами измерений и вычислений

5. Расчеты

6. Вывод по результатам расчетов.

29

Таблица 9.1

9.5 Контрольные вопросы

1. Что называется трехфазной системой переменного тока?

2. Начертите схему соединения обмоток генератора треугольником.

3. Какие существуют соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами

при соединении в треугольник?

4. Напишите формулы для определения активной, реактивной и полной мощностей трех-

фазного тока.

10. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №10

Расчет сопротивления заземляющих устройств

10.1 Цель работы

Научиться производить расчет сопротивления заземляющих устройств.

10.2 Пояснения к работе

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землёй

металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Назначение

защитного заземления - снизить до безопасного значения напряжение относительно земли на ме-

таллических частях электрооборудования, оказавшегося под напряжением из-за нарушения изоля-

ции, и предотвратить поражение людей электрическим током при прикосновении их к электро-

оборудованию.

30

Заземляющее устройство - устройство для электрического соединения с землёй электриче-

ских приборов, машин и аппаратов. Заземление состоит из зарытых в землю металлических элек-

тродов (заземлителей) и проводников, соединяющих их с заземляемыми частями установок. За-

землители представляют забитые вертикально в землю стальные трубы, рельсы или горизонтально

уложенные стальные полосы и провода. В качестве заземлителя могут использоваться стальной

трос или цепь.

Заземлению подлежат корпуса насосов, конвейеров, трансформаторов, выключателей и

другого электрооборудования; приводы коммутационной аппаратуры; вторичные обмотки изме-

рительных трансформаторов; каркасы распределительных щитов, корпуса трансформаторных

подстанций; корпуса кабельных муфт, оболочки бронированных кабелей; опоры линий электропе-

редачи, осветительные устройства и т.д.

Рис. 1. Примерная схема защитного заземления:

1 - главный заземлитель, 2 - заземляющие шины ГПП, 3 - заземляющий провод, 4 - местные зазем-

лители, 5 - отводы от местных заземлителей, 6 - заземляющие жилы ТП (трансформаторная под-

станция), 7 - заземляющий провод, 8 – электроустановка

Основную роль при расчёте заземляющих устройств играют токи замыкания на землю или

на корпус в сетях напряжением 6-10 кВ. В сетях напряжением 0,4 кВ токи замыкания на землю

малы и при расчёте заземляющих устройств не учитываются.

Расчёт токов однофазного замыкания на землю в сетях напряжением 6-10 кВ производится

с целью выбора и настройки релейной защиты от однофазных замыканий, а также для определе-

ния величины допустимого сопротивления защитного заземления.

Расчётный ток однофазного замыкания на землю , А ,

350

U (35L L ) ë ê â -

= ç I

где Uл - линейное напряжение сети, кВ; Lк, Lв - суммарная длина электрически связанных

между собой соответственно кабельных и воздушных линий, км.

Расчёт заземляющих устройств ведётся исходя из нормированной допустимой величины

сопротивления заземления, которая у наиболее удалённой электроустановки должна быть не более

4 Ом.

31

500

4r

£ ä R ,

где ρ -удельное сопротивление грунта, Ом м (табл. 1).

Таблица 1

Грунт Удельное сопротивле-

ние р Ом-см

Грунт Удельное сопротивле-

ние р Ом-см

Песок (4-7) •104 Песчаник (2-3,5)•106

Супесок речной 3•104 Уголь бурый (4,5-5)•106

Каменистая глина (1-2)•104 Углистый сланец (1-1,5)•106

Глина (0,40,6) • 104 Суглинок (0,8-1,0) • 104

Чернозём (0,5-2) • 104 Торф 0,2 • 104

Величина допустимого сопротивления, Ом, заземляющего устройства проверяется по току

однофазного замыкания на землю:

ïð ç

ïð äîï

K I

U

×

£ ä R

где Uпр доп = 40 В - допустимое напряжение прикосновения; Кпр - коэффициент прикос-

новения (принимается Кпр = 1,0); Iз - расчётный ток однофазного замыкания на землю, А.

В качестве допустимой величины сопротивления заземляющего устройства принимается

наименьшее значение из расчётных по удельному сопротивлению земли и по току однофазного

замыкания на землю, но не более 40 Ом.

10.3 Задание для расчета

1. Изобразить схему защитного заземления

2. Рассчитать допустимую величину сопротивления заземления с центральным заземляю-

щим контуром на ГПП 35/6 кВ. Суммарная длина воздушных и кабельных линий 6 кВ соответ-

ственно Lв и Lк . В качестве заземляющего магистрального провода ВЛ-6 кВ используется провод

АС-35. Исходные данные для расчёта по вариантам приведены в таблице.

Таблица Данные для расчета

№ вари

анта

Тип грунта Lв км Lк км № ва-

ри

анта

Тип грунта Lв км Lк км

1 Чернозем 4,0 4,0 16 Каменистая

глина

2,5 1,8

2 Глина 4,6 3,4 17 Песок 2,7 1,6

3 Суглинок 4,5 3,6 18 Торф 2,9 2,1

4 Каменистая

глина

4,9 3,5 19 Глина 4,0 3,0

5 Песок 4,3 1,8 20 Суглинок 3,8 2,1

6 Торф 4,2 2,0 21 Каменистая

глина

3,5 2,4

7 Чернозем 4,7 2,3 22 Песок 3,7 2,3

8 Глина 4,4 2,7 23 Торф 3,3 1,5

9 Суглинок 4,8 3,0 24 Чернозем 3,1 2,9

10 Каменистая

глина

3,9 2,1 25 Суглинок 3,4 2,7

32

11 Песок 4,6 2,0 26 Каменистая

глина

3,2 2,1

12 Торф 4,1 1,9 27 Песок 2,7 2,5

13 Чернозем 3,6 2,5 28 Торф 2,8 1,9

14 Глина 3,0 2,2 29 Чернозем 2.6 2,4

15 Суглинок 2,4 2,0 30 Глина 2,2 1,9

10.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Электрическая схема.

4. Задание

5. Расчеты

6. Вывод по результатам расчетов.

10.5 Контрольные вопросы

1. В каких случаях применяется защитное заземление и зануление?

2. Какими нормативными документами руководствоваться при расчете заземления?

11. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11

Снятие вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов и стабилитронов

11.1 Цель работы

Снять экспериментально и построить графики вольтамперных характеристик полупроводникового

диода и стабилитрона.

11.2 Пояснения к работе

Вольтамперная характеристика представляет собой график зависимости напряжения от тока U(I)

(или наоборот I(U)) на данном элементе электрической цепи.

У линейных резисторов вольтамперная характеристика представляет собой прямую линию U=RI

(рис. ). У нелинейных элементов (лампы накаливания, электрическая дуга, диоды, транзисторы и

другие электронные приборы) эта зависимость более сложная и часто неоднозначная.

Рис. 11.1

33

Две принципиальные схемы для снятия вольтамперных характеристик на постоянном токе изоб-

ражены на рис. 11.2а и 11.2б. В них используется регулируемый источник постоянного напряже-

ния, а резистор в этих схемах служит для ограничения тока в цепи при малых сопротивлениях ис-

следуемых элементов.

Рис.11.2а Рис 11.2б

Схема (а) называется схемой измерения с погрешностью по напряжению. Она используется в том

случае, когда сопротивление испытуемого элемента велико по сравнению с сопротивлением ам-

перметра. Тогда показание вольтметра близко к напряжению на элементе, хотя фактически он из-

меряет сумму напряжений на данном элементе и амперметре.

Вторая схема (б) называется схемой измерения с погрешностью по току. Здесь амперметр факти-

чески измеряет сумму токов в данном элементе и вольтметре. Эта схема используется, если сопро-

тивление испытуемого элемента мало по сравнению с сопротивлением вольтметра. Тогда ток

вольтметра гораздо меньше тока в испытуемом элементе и им можно пренебречь.

11.3Порядок выполнения работы

1. Соберите цепь (рис.11.2.а) для снятия вольтамперной характеристики диода и стабилитро-

на. Монтажная схема изображена на рис. 11.3. Обратите внимание, что вольтметр и ампер-

метр в этой схеме своими положительными клеммами могут быть подключены к точке «А»

либо к точке «Б».

2. Установите диод и, изменяя ток или напряжение в цепи, как показано в табл. 11.1, запиши-

те в табл. 11.1 соответствующие значения напряжения на диоде и на рис. 11.4 постройте

график вольтамперной характеристики диода. В этом опыте при отрицательных напря-

жениях и токах вольтметр должен быть подключен к точке «А», а при положитель-

ных — к точке «В».

3. Замените диод стабилитроном и, устанавливая токи или напряжения, указанные в табл. 8.2,

снимите его вольтамперную характеристику. В этом опыте, наоборот, при отрицатель-

ных напряжениях и токах вольтметр должен быть подключен к точке «В», а при по-

ложительных — к точке «А». График вольтамперной характеристики стабилитрона по-

стройте на том же рис. 11.4.

Таблица 11.1

Таблица 11.2

34

Рис. 11.3 Монтажная схема

Рис. 11.4

35

11.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Электрическая схема.

4. Таблица с результатами измерений

5. Графики вольтамперных характеристик

6. Вывод по результатам работы.

11.5 Контрольные вопросы:

1. Какой полупроводниковый прибор называется диодом?

2. Изобразите и поясните вольтамперную характеристику диода.

3. Для чего служит стабилитрон?

4. Изобразите и поясните вольтамперную характеристику стабилитрона.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №12

Расчет выпрямителей

12.1 Цель работы:

Освоить методику расчета схем выпрямления, закрепить умение работать по алгоритму.

12.2 Пояснения к работе:

Выпрямители – это устройства, которые служат для преобразования переменного тока в

постоянный ток. Они применяются в качестве источников питания электронной аппаратуры.

В состав выпрямителя входят: силовой трансформатор, служащий для преобразования пе-

ременного питающего напряжения; вентиль, обладающий односторонней проводимостью и обес-

печивающий преобразование переменного тока в выпрямленный (ток одного направления); сгла-

живающий фильтр, который служит для преобразования выпрямленного тока в ток, близкий по

форме к постоянному току.

Наиболее распространенные схемы выпрямления следующие:

· однофазная однополупериодная

· однофазная двухполупериодная

· однофазная мостовая для двухполупериодного выпрямления

· трехфазная однополупериодная

· трехфазная мостовая.

Для питания ряда узлов электронной аппаратуры обычно требуется постоянное напряже-

ние. Для того чтобы выпрямленное напряжение имело требуемую форму, применяют сглаживаю-

щие фильтры. Фильтры могут быть емкостные, индуктивные, индуктивно-емкостные и резистор-

но-емкостные..

Данная работа относится к расчету выпрямителей переменного тока, собранных на полу-

проводниковых диодах. Подобные схемы широко применяются в различных электронных устрой-

ствах и приборах. При решении задач следует помнить, что основным параметрами полупровод-

никовых диодов является допустимый ток Iдоп, на который рассчитан данный диод, и обратное

напряжение Uобр выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период.

Обычно при составлении схемы выпрямителя, и выпрямительным напряжением Uо, в кото-

ром работает потребитель постоянного тока. Отсюда не трудно определить ток потребителя

Io=Po/Uo.

Сравнивая ток потребителя, следует учесть, что для однополупериодного выпрямителя ток

через диод равен току потребителя, т.е. надо соблюдать условие

Iдоп>Io.

36

Для двухполупериодной и мостовой схемы выпрямления ток через диод равен половине то-

ка потребителя, т.е. следует соблюдать условие

Iдоп≥0,5 Io.

Для трехфазного выпрямителя, следовательно, необходимо, чтобы

Iдоп≥I/3 Io.

Напряжение, действующее на диод в непроводящий период, Uв, также зависит от той схе-

мы выпрямителя, которая применяется в конкретном случае. Так, для однополупериодного и двух-

полупериодного выпрямителей Uв=pUo=3.14Uo:

для мостового выпрямителя

Uв=pUo/2=1,57Uo,

а для трехфазного выпрямителя

Uв=2,1Uo.

При выборе диода, следовательно, должно соблюдаться условие

Uобр≥Uв.

12.3 Задание для расчета

Произвести расчет выпрямителя, предназначенного для питания энергией постоянного тока

потребителя мощностью Р0 при напряжении U0, используя стандартные диоды. Вычертить схему

выпрямителя. Значения мощности и напряжения потребителя, параметры диода и вид схемы вы-

прямления приведены в таблице 12.1

Таблица 12.1

Вари-

ант

Р0,

Вт

U0,

В

Схема выпрямителя Тип диода Параметры диода

Iдоп, А Uобр, В

1 150 50 однополупериодная Д215Б 2 200

2 600 40 однополупериодная Д 242 10 100

3 100 50 однополупериодная Д 304 3 100

4 40 10 однополупериодная Д 205 0,4 400

5 150 1500 однополупериодная Д 210 0,1 500

6 2800 400 двухполупериодная Д 224 10 50

7 600 200 двухполупериодная Д 302 1 200

8 80 400 двухполупериодная Д 211 0,1 600

9 600 100 двухполупериодная Д242Б 2 100

10 144 120 двухполупериодная Д 226 0,3 400

11 160 400 двухполупериодная Д 217 0,1 800

12 2000 100 мостовая Д 244 5 50

13 1000 50 мостовая Д 304 3 100

14 800 200 мостовая Д 221 0,4 400

15 2000 60 мостовая Д 224 10 50

16 1500 80 трехфазная Д 304 3 100

17 1000 100 трехфазная Д214Б 2 100

18 400 200 трехфазная Д 222 0,4 600

19 5000 200 трехфазная Д 244 5 50

20 840 120 трехфазная Д 303 3 150

12.4 Алгоритм расчета

1. Определяем ток потребителя

Io=Po/Uo

2. Находим напряжение, действующее на диод в непроводящий период для заданной схемы вы-

прямителя:

37

для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей

Uв=p*Uo=3.14*Uo

для мостового выпрямителя

Uв=p*Uo/2=1,57*Uo,

а для трехфазного выпрямителя

Uв=2,1*Uo.

3. Проверяем диод по параметрам Uобр и Iдоп. Диод должен удовлетворять условиям

Uобр≥Uв

Для однополупериодного выпрямителя

Iдоп>Io.

Для двухполупериодной и мостовой схемы выпрямления

Iдоп≥0,5 Io.

Для трехфазного выпрямителя

Iдоп≥1/3 Io.

4. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнить условие Uобр≥Uв надо диоды соединить

последовательно, а для выполнения условия по току надо диоды соединять параллельно.

12.5 Контрольные вопросы:

1. Назовите элементы выпрямителя и их назначение.

2. Перечислите известные Вам схемы выпрямления.

3. Какие условия должны выполняться в целях нормальной эксплуатации диодов в выпрями-

теле?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 13

«Вычисление погрешностей измерительных приборов. Изучение характеристик элек-

тромеханических измерительных приборов»

13.1 Цель работы

Изучить устройство, принцип действия и характеристики электромеханических приборов.

13.2 Пояснения к работе

Большую группу измерительных приборов составляют электромеханические показываю-

щие приборы. Их основными частями являются измерительная цепь, измерительный механизм и

отчетное устройство.

В зависимости от физических явлений, положенных в основу создания вращающего мо-

мента, различают магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукцион-

ные и электростатические измерительные механизмы. Аналогичное название в зависимости от

этого имеют электромеханические приборы.

Принцип действия прибора, возможность его работы в тех или иных условиях, возможные

предельные погрешности прибора могут быть установлены по условным обозначениям, нанесен-

ными на циферблат прибора. Основные условные обозначения приведены в табл. 13.1.

38

Таблица 13.1

На рис. 13.1 приведена шкала измерительного прибора.

Рисунок 13.1

Общими элементами электромеханических приборов являются: отсчетное устройство, по-

движная часть измерительного механизма, устройства для создания вращающего, противодей-

ствующего, и успокаивающего моментов. Чтобы подвижная часть быстрее устанавливалась, меха-

низм снабжают успокоителями или демпферами. Широко применяются воздушный и магнитоин-

дукционный демпферы.

Магнитоэлектрический механизм (рис 13.2 а) состоит из постоянного магнита 1, магни-

топровода 2, полюсных наконечников 3 и цилиндрического сердечника 4. В рабочем зазоре между

сердечником и полюсными наконечниками создаётся однородное магнитное поле. Подвижная ка-

тушка 5, выполненная из тонкого изолированного провода, намотанного на алюминиевый каркас,

помещена в рабочем зазоре и укреплена на осях. Концы обмотки электрически соединены со спи-

ральными пружинами 6, по которым измеряемый ток поступает в катушку.

На каждый из проводков катушки действует сила, определяемая по закону Ампера, при-

чем силы, действующие на обе активные стороны катушки, будут направлены в противоположные

стороны. Под действием пары таких сил создаётся вращающий момент.

Противодействующий момент создаётся кручением растяжек или пружин, которые слу-

жат также для подвода тока в подвижную часть. При установившемся отклонении вращающий

момент равен противодействующему, и тогда угол отклонения стрелки пропорционален току.

Магнитоэлектрические приборы применяют для измерения постоянных токов (ампермет-

ры), напряжений (вольтметры), сопротивлений (омметры).

39

А) б)

Рисунок 13.2

Электромагнитный механизм (Рис.13.2 б)состоит из неподвижной катушки 1 и укреп-

лённой на оси 5 подвижной пластинки 2 из магнитномягкого материала.

Когда через катушку проходит ток, создаётся магнитное поле, которое намагничивает

пластинку и она втягивается внутрь катушки. Возникающий при этом вращающий момент про-

порционален квадратной силе тока. Противодействующий момент создаётся спиральной пружи-

ной 6. С учетом равенства моментов получаем, что угол отклонения стрелки пропорционален

квадрату силы тока.

Электромагнитные приборы применяют для измерения в цепях переменного тока в каче-

стве амперметров, вольтметров, фазометров.

Электродинамический механизм (рис.13.3) состоит из неподвижной 1 и подвижной 2

катушек. Подвижная катушка укреплена на растяжках и может поворачиваться вокруг оси внутри

двух секций неподвижной катушки.

При включении прибора в цепь постоянного тока вращающий момент пропорционален

произведению токов, проходящих через катушки. При включении прибора в цепь переменного то-

ка средний за период вращающий момент и угол поворота подвижной части прибора зависят не

только от действующих значений токов, но и от угла сдвига их фаз.

Рис. 13.3

Электродинамические приборы применяют в цепях постоянного и переменного тока для

измерения тока, напряжения и мощности, причём шкала амперметров и вольтметров квадратич-

ная, а шкала ваттметров - равномерная.

40

13.3 Порядок выполнения работы

I. Для выданного прибора в соответствии с таблицей определить:

1. Название

2. Измеряемую этим прибором величину

3. Цену деления прибора

4. Верхний предел измерения

5. Систему

6. Род тока

7. Класс точности

8. Абсолютную погрешность, получаемую при измерении этим прибором

9. Приняв сопротивление амперметра 0,05 Ом (вольтметра 5 кОм) определить сопротив-

ление шунта (добавочного резистора), позволяющего расширить предел измерения в 10

раз.

II. Изучив на натуральных образцах устройство электромеханических приборов, заполнить

таблицы 13.1, 13.2.

Таблица 13.1

Название системы прибора Обозначение на шкале Элементы устройства

Таблица 13.2

Название системы прибора Принцип действия Применение

13.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Описание электромеханического прибора

4. Таблицы

5. Вывод.

13.5 Контрольные вопросы

1. Назовите основные элементы электромеханических приборов

2. Какие системы электроизмерительных механизмов широко применяют в настоящее время?

3. Для какого рода тока предназначены магнитоэлектрические измерительные механизмы? Элек-

тромагнитные механизмы?

4. Для измерений какой величины применяют электродинамические механизмы?

41

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 14

«Расчет и выбор электроаппаратов»

14.1 Цель работы

Изучить устройство, принцип действия и применение электрических аппаратов, научиться произ-

водить расчеты для выбора электроаппаратов

14.2 Пояснения к работе

Электрические аппараты - это электротехнические устройства, предназначенные для

управления электрическими и неэлектрическими объектами, а также для защиты этих объектов

при режимах работы, отличных от нормы.

Выбор электрического аппарата осуществляется по его функциональному назначению, по ро-

ду напряжения и тока, по величине мощности.

Следует иметь в виду современную тенденцию, заключающуюся в том, что, при выборе между

предохранителями и автоматическими выключателями, предпочтение отдается последним в силу

их большей надежности, лучшей защиты от неполнофазных режимов, универсальности и т.д.

Выбор аппаратов по напряжению заключается в соответствии номинального напряжения, ука-

занного в паспорте аппарата, и рода (переменное, постоянное) номинальному напряжению пита-

ющей сети. При выборе аппарата по току следует учесть, что его номинальный ток должен быть

не меньше рабочего тока установки.

Выбор автоматических выключателей. Автоматические выключатели выбираются прежде

всего по номинальным значениям напряжения и тока. Затем определяются токи установки тепло-

вого и электромагнитного расцепителей

Тепловой расширитель автомата защищает электроустановку от длительной перегрузки по то-

ку. Ток установки теплового расширителя принимается равным на 15-20% больше рабочего тока:

IТ.Р.=(1,15-1,2) IР ,

Где

IР - рабочий ток электроустановки, А.

Электромагнитный расцепитель автомата защищает электроустановку от коротких замыка-

ний. Ток установки электромагнитного распределителя определяется из следующих соображений:

автомат не должен срабатывать от пусковых токов двигателя электроустановки теплового IПУСК ДВ.,

а ток срабатывания электромагнитного IЭМР выбирается кратным току срабатывания теплового

расцепителя:

IЭМР=К IТ.Р,

Где

К=4,510-коэфициент кратности тока срабатывания электромагнитного расцепителя.

Выбранный автоматический выключатель проверяется по чувствительности и по отключаю-

щейся способности. Автоматы с номинальным током до 100 А должны срабатывать при условии,

что:

IЭМР=1,4 IО.К..З.,

Где IО.К..З.- ток однофазного короткого замыкания.

Автоматы с номинальным током более 100А должны срабатывать при:

IЭМР=1,26 IО.К..З.

Iокз= In max+ Iном,

Где In max – пусковой ток наиболее мощного двигателя; Iном – сумма номинальных токов

остальных двигателей.

Выбор предохранителей. Ток плавкой вставки предохранителя выбирается в соответствии с

выражением:

IПЛ.=3 IО.К..З.

Ток плавкой вставки предохранителей, используемых для защиты асинхронного двигателя с

короткозамкнутым ротором:

IПЛ.=IПУСК/αI

Где IПУСК- пусковой ток двигателя, А,

42

αI - коэффициент, зависящий от условий пуска, при средних условиях пуска αI =2,5, при _______более длительных пусках αI=1,6-2,0.

14.3 Порядок выполнения работы

1. Заполнить таблицу

Таблица 1 - Электрические аппараты

Группа

Основные эле-менты устрой-ства

Принцип дей-ствия

Виды

Применение

2. Произвести расчет предохранителя и автоматического выключателя по задачнику [3] №10.14,.10.17

3. Для выданного аппарата в соответствии с приложением определить:

1. Название

2. Элементы устройства

3. Принцип действия

4. Применение

14.4 Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Таблица

4. Расчет

5. Описание электроаппарата

6. Вывод.

14.5 Контрольные вопросы

1. Перечислите известные вам виды коммутационных аппаратов

2. Перечислите известные вам аппараты защиты и управления

3. Укажите назначение кнопочной станции

4. Укажите назначение автоматического выключателя

5. Укажите назначение пакетного переключателя

6. Укажите назначение плавкого предохранителя

7. Укажите, из чего состоит магнитный пускатель

8. Укажите, из чего состоит кулачковый контроллер

9. Поясните принцип действия контактора

10. Поясните принцип действия реле

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Прошин В.М. Лабораторно-практические работы по электротехнике. –М.: Изд. Центр «Академия», 2004

2. Беглецов Н.Н., Галишников Ю.П., Сенигов П.Н. Электрические цепи и основы электрони-ки. Руководство по выполнению базовых экспериментов. – Челябинск: ООО «Учебная тех-ника», 2006.

3. Задачник по электротехнике: Учеб. пособие/П.Н. Новиков, В.Я. Кауфман, О.В. Толчеев и др. - М.: ИРПО; Изд. центр «Академия», 2006