ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
МИНСК
УДК 621.3 + 621.38] (07)
ББК 31.2 я7 + 32.85 я7
Э 45
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Электротехника и электроника» рассмотрены на заседании методической комиссии агроэнергетического факультета и рекомендованы к изданию на ротапринте УО БГАТУ.
Протокол № 9 от 17 мая 2006 г.
Составители: Евгений Валерьевич Зайцев,
Игорь Иосифович Скочек
Рецензент:
канд. техн. наук, доцент кафедры электроснабжения БГАТУ Н.Е. Шевчик
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение........................................................... | |
| Правила выполнения лабораторных работ............................ | |
| Правила безопасности при выполнении лабораторных работ............ | |
| Лабораторная работа № 1 Электроизмерительные приборы непосредственного отсчета. Поверка амперметра и вольтметра методом сравнения.............................................. | |
| Лабораторная работа № 2 Исследование цепи синусоидального тока с последовательным соединением катушки индуктивности и конденсатора. Резонанс напряжений............................................ | |
| Лабораторная работа № 3 Исследование цепи синусоидального тока с параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора. Резонанс токов. Компенсация реактивной мощности в цепях синусоидального тока.................................... | |
| Лабораторная работа № 4 Трехфазная цепь. Соединение нагрузки звездой... | |
| Лабораторная работа № 5 Трехфазная цепь. Соединение нагрузки треугольником.................................................. | |
| Лабораторная работа № 6 Испытание однофазного трансформатора........ | |
| Лабораторная работа № 7 Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором............................. | |
| Лабораторная работа № 8 Испытание генераторов электрической энергии... | |
| Лабораторная работа № 9 Исследование неуправляемых выпрямителей..... | |
| Лабораторная работа № 10 Изучение логических элементов и комбинационных устройств..................................... | |
| Литература......................................................... | |
| Приложения........................................................ |
ВВЕДЕНИЕ
Данные методические указания к лабораторным работам составлены в соответствии с программой дисциплин «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА» и «ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА» для специальностей:
74 06 01 — «Техническое обеспечение процессов сельскохозяйственного производства»;
36 12 01 — «Проектирование и производство сельскохозяйственной техники»;
74 06 02 — «Техническое обеспечение процессов хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» агромеханического факультета (АМФ) и
74 06 03 — «Ремонтно-обслуживающее производство в сельском хозяйстве»;
74 06 06 — «Материально-техническое обеспечение АПК» факультета технического сервиса в АПК (ФТС).
Методические указания включают десять лабораторных работ по темам: «Электроизмерительные приборы», «Теория электрических цепей», «Электрические машины и трансформаторы» и «Основы электроники». В описании каждой лабораторной работы указывается ее цель, даются методические указания по подготовке к ней, сведения из теории, программа работы и методика ее выполнения, содержание отчета.
Сведения из теории, которые приводятся в начале каждой лабораторной работы, занимают значительный объем и могут служить, с учетом дефицита учебников, основой для подготовки студентов. Конечно, для глубокого и полного изучения дисциплины студентам необходимо обратиться к учебникам и учебным пособиям, перечень, которых приведен в конце.
ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторные занятия преследуют цель более глубокого усвоения теоретических вопросов путем экспериментальной проверки основных положений курса. Кроме того, эти занятия способствуют выработке навыков проведения исследований и анализа работы электрических схем.
Перед выполнением лабораторных работ каждый студент должен изучить правила безопасности, относящиеся к данной лаборатории.
Каждый студент обязан подготовиться к самостоятельному выполнению лабораторной работы. Предварительная подготовка состоит в изучении описания лабораторной работы и соответствующего теоретического материала по конспекту и учебным пособиям. Электрические схемы и таблицы для записи наблюдений (протокол наблюдений) должны быть подготовлены заранее. Лабораторные работы оформляются в тетради.
Перед началом выполнения каждой работы преподавателем проводится проверка готовности студентов к этой работе. Неподготовленные студенты к работе не допускаются.
Студентам перед началом работы нужно подробно ознакомиться с находящимся на рабочем месте оборудованием, т.е. узнать назначение каждого элемента оборудования, основные номинальные данные объекта испытания, а для приборов — пределы измерений, род тока и цену деления шкалы.
Каждая новая собранная электрическая цепь должна быть проверена преподавателем или инженерно-лаборантским составом и только с их разрешения может быть включена под напряжение. То же самое относится к цепям, когда в них произведены какие-либо изменения.
Во время выполнения лабораторных работ студенты должны строго выполнять правила безопасности и соблюдать учебную дисциплину. Лица, нарушающие правила безопасности, отстраняются от выполнения работы.
Проводя те или иные испытания, необходимо особенно тщательно определять и записывать показания приборов. Следует помнить, что небрежность в отсчете показаний приборов и записях обычно приводит к неправильным выводам о свойствах испытуемой схемы. При наличии грубых ошибок в испытаниях опыт или вся лабораторная работа должны быть переделаны.
При выполнении работы бригадой студенты должны распределить обязанности и затем, при выполнении последующих пунктов, этими обязанностями меняться. При этом все должны активно вникать в смысл испытаний.
После окончания каждого опыта и всей лабораторной работы необходимо ознакомить с результатами преподавателя и только после этого разбирать электрическую цепь.
После окончания лабораторной работы необходимо оборудование и приборы оставить на рабочем месте в том порядке, в каком они находились перед началом занятий. После этого студенты приступают к оформлению отчета.
Оформление отчета по проведенной работе производится каждым студентом.
Отчет должен содержать:
1. Название работы, цель работы;
2. Схемы электрические принципиальные всех цепей, исследованных в данной работе;
3. Таблицы, графики или иные результаты всех опытов, проведенных в работе;
4. Расчетные формулы и результаты вычислений;
5. Анализ результатов и выводы.
Отчеты оформляются на специальных бланках или в обычной тетради аккуратно, с использованием чертежных инструментов и с соблюдением стандартных обозначений для элементов электрических схем.
Все графики должны быть выполнены в соответствующем масштабе и с обозначением величин. На графиках обязательно должны быть нанесены точки, по которым строились кривые.
Отчет по проведенной работе должен быть защищен студентом перед началом следующей работы. В противном случае студент не допускается к выполнению следующей лабораторной работы.
ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Исследование электрических цепей, установок и приборов неизбежно связано с применением повышенных напряжений. Поражение током при этих напряжениях может привести к тяжелым последствиям. Необходимо, чтобы лица, работающие в опасных условиях, постоянно и точно выполняли соответствующие правила безопасности.
В лабораториях электротехники и электроники опасными являются напряжения 110, 127, 220 В; опасными могут быть также ЭДС самоиндукции при размыкании цепей с большими индуктивностями, а также неразрядившиеся конденсаторы. Кроме того, при неправильных действиях с электрическим оборудованием возможны короткие замыкания и перегрузки в цепях, которые могут привести к появлению расплавленных капель металла и перегреву отдельных частей оборудования. Это может привести к поражению органов зрения и к ожогам.
При выполнении лабораторных работ необходимо строго соблюдать следующие правила безопасности:
1. Прежде чем собирать схему, необходимо убедиться, что сетевой выключатель отключен.
2. При сборке электрической цепи соединение проводниками следует выполнить так, чтобы они не ложились на шкалы приборов, имели наименьшее число пересечений между собой и были надежно присоединены к клеммам. Все неиспользованные проводники должны быть убраны в ящик стола.
3. Включение схемы под напряжение разрешается только после проверки ее преподавателем или лаборантом.
4. Во время работы со схемой нужно быть внимательным и осторожным, находиться на рабочем месте и не допускать к нему посторонних. Каждый включающий цепь под напряжение должен предупредить о своем действии остальных членов бригады.
5. При обнаружении каких-либо неисправностей (повышенный шум, искрение, перегрев обмоток или проводов, отсутствие свечения сигнальной лампы) или при попадании кого-либо под напряжение нужно немедленно отключить выключатель и пригласить преподавателя.
6. Во время работы не касаться неизолированных частей электрических цепей, находящихся под напряжением, и открытых поверхностей реостатов во избежание ожогов.
7. Всякие переключения в схеме проводятся при отключенном стенде. После этого схему должен проверить преподаватель или лаборант.
8. После окончания работы необходимо показать преподавателю протокол наблюдения (результаты экспериментов) и только после этого, с разрешения преподавателя, разобрать схему и навести порядок на рабочем месте.
9. За порчу лабораторного оборудования, вызванную небрежным обращением с ним или невыполнением требований данного руководства, студенты несут ответственность.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫНЕПОСРЕДСТВЕННОГО ОТСЧЕТА. ПОВЕРКА АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА
МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ
Цель работы: Ознакомиться с устройством, принципом работы электроизмерительных приборов непосредственного отсчета (амперметрами, вольтметрами, ваттметрами), методикой измерения токов и напряжений в электрических цепях. Изучить методику поверки технических электроизмерительных приборов методом сравнения их показаний с показаниями образцовых приборов.
Подготовка к работе
1. Изучить тему «Электроизмерительные приборы и измерения» по конспекту лекций, по литературе [1, § 3.1–3.5; 3, § 12.1–12.3].
2. Ознакомиться с описанием лабораторной работы.
3. Самоконтроль:
1) Дайте классификацию электроизмерительных приборов по назначению;
2) Назовите системы измерительных приборов, используемых электрических цепях постоянного тока;
3) Объясните принцип действия электроизмерительных приборов магнито-электрической системы;
4) Назовите системы электроизмерительных приборов, используемых в электрических цепях переменного тока;
5) Объясните принцип действия электроизмерительных приборов электромагнитной системы;
6) Объясните принцип действия электроизмерительных приборов электродинамической системы;
7) Поясните способ расширения предела измерения амперметра и вольтметра постоянного тока;
8) Назовите все виды погрешностей и дайте им характеристику;
9) Что такое абсолютная, относительная и приведенная погрешность?
10) По какой погрешности устанавливается класс точности электроизмерительных приборов?
11) Сформулируйте требования, предъявляемые к образцовому прибору;
12) Изложите методику поверки технических электроизмерительных приборов методом сравнения;
13) Определите абсолютную погрешность, допускаемую заданным прибором.
4. Оформить протокол отчета.
Сведения из теории
Электроизмерительные приборы позволяют осуществить измерения электрических и неэлектрических величин. Электроизмерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам: методу измерения, принципу действия, роду измеряемой величины, роду тока, степени точности измерения и виду выдаваемой информации.
По методу измерения электроизмерительные приборы делятся на приборы непосредственного отсчета и приборы сравнения. В приборах непосредственного отсчета шкала градуируется в единицах измеряемой величины, которая определяется непосредственно по показанию стрелки на шкале прибора (амперметры, вольтметры, фазометры, ваттметры и т.д.).
К приборам сравнения относятся компенсаторы и электроизмерительные мосты, в которых значение измеряемой величины сравнивается со значением известной однородной измеряемой величины, называемой мерой.
По принципу действия приборы разделяются на электромеханические, электронные, тепловые и другие. В электромеханических приборах непосредственной оценки используется взаимодействие электрических величин, создающих вращающий момент для передвижения подвижной системы и стрелки приборов. В зависимости от природы физического взаимодействия, происходящего в измерительном механизме, приборы бывают с магнитоэлектрическим, электромагнитным, электродинамическим, индукционным, электростатическим, термостатическим, детекторным и вибрационным измерительным механизмом.
Электронными приборами являются такие, у которых основные функциональные узлы выполнены на базе электронных схем и преобразователей. У электронных приборов чаще всего индикация цифровая или электронным лучом на электронно-лучевых трубках.
По роду измеряемой величины или по назначению приборы делятся: на амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры, счетчики электрической энергии, частотомеры и др. По роду тока электроизмерительные приборы делятся на приборы постоянного и переменного тока. По степени точности измерений приборы делятся на восемь классов точности.
По виду выдаваемой информации приборы бывают аналоговые и цифровые. У аналоговых приборов (чаще всего стрелочных) измеряемая величина представляет собою непрерывную функцию измеряемой величины. Цифровые приборы выдают информацию об измеряемой величине дискретно в виде цифр. В этом случае исчезает субъективная ошибка, присущая приборам со стрелочной индикацией.
На лицевой стороне прибора на шкале отсчета имеются различные значки, определяющие назначение прибора, его положение при работе, род тока, класс точности, защищенность от внешних магнитных и электрических полей.
В приложениях 1 и 2 приведены основные условные обозначения на панелях электроизмерительных приборов и их содержание. Рассмотрим приборы непосредственного отсчета с электромеханическим преобразовательным механизмом.