МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по дисциплине
“ЭЛЕКТРОТЕХНИКА” для студентов
всех неэлектротехнических специальностей
очной и заочной форм обучения
Часть I
Тюмень 2002
Составители: к.т.н., доцент Червяков Д.М.
к.т.н., доцент Панфилов Г.А.
ст.преподаватель Кречина Г.С.
ассистент Власова Е.П.
Содержание
| ВВЕДЕНИЕ | |
| ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ | |
| 1.Последовательное, параллельное и смешанное соединение пассивных элементов при постоянном токе | |
| 2. Последовательное соединение R, L,C элементов. Резонанс напряжений | |
| 3. Параллельное соединение R, L, C элементов в цепях синусоидального тока. Резонанс токов | |
| 4. Исследование свойств трёхфазной цепи при соединении потребителей “звездой” | |
| 5. Испытание однофазного трансформатора | |
| СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |
ВВЕДЕНИЕ.
Методические указания предназначены для оказания помощи студентам неэлектротехнических специальностей при подготовке и проведении лабораторных работ по курсу “Электротехника”. Содержание лабораторных работ соответствует типовой программе одноимённого курса.
Экспериментальные задачи, предлагаемые на лабораторных занятиях, могут быть успешно решены в отведённое время только при условии тщательной подготовке к ним. В подготовку к каждой лабораторной работе входит подробное изучение её содержания по данным методическим указаниям, изучение соответствующих разделов теоретического курса, а также аккуратное оформление бланка-заготовки для выполнения работы. В бланке указывается название и цель лабораторной работы, вычерчиваются схемы электрических цепей, таблицы для записи показаний приборов, приводятся необходимые формулы для расчётов.
Получив допуск к лабораторной работе, необходимо приступить к сборке электрической цепи на стенде согласно схеме. При сборке схем рекомендуется соединять сначала элементы последовательной цепи, а затем подключать параллельные ветви. В трёхфазных цепях собирать схемы рекомендуется по отдельным фазам с последующим соединением этих цепей звездой или треугольником.
ВНИМАНИЕ. Рукоятка регулятора напряжения (ЛАТРа), расположенная на горизонтальной части стенда, должна быть установлена в крайнее левое положение, что соответствует напряжению, равному нулю.
К проведению опыта студенты приступают только после проверки собранной цепи преподавателем и получение на это разрешения.
В процессе измерений необходимо следить за тем, чтобы пределы измерительных приборов соответствовали величине измеряемого параметра.
При переходе от одного этапа к другому и после завершения работы необходимо обратиться к преподавателю для проверки достоверности полученных результатов до разборки электрических цепей. Если результаты признаны неудовлетворительными, опыт необходимо повторить. Разборка электрических цепей экспериментальной установки производиться с разрешения преподавателя.
Полученные данные наблюдений студенты обрабатывают и составляют отчёт о выполненной лабораторной работе.
При составлении отчёта в формулах и электрических схемах следует применять условные обозначения, рекомендуемые ГОСТом. Электрические схем, векторные диаграммы и графики вычерчиваются аккуратно с помощью чертёжных принадлежностей.
При защите отчёта студент обязан объяснить любой выполненный опыт или расчёт, соответствие результатов опытов положением теории и ответить на дополнительные вопросы преподавателя по изучаемой теме, после чего по лабораторной работе получает зачёт.
Лабораторные работы
Последовательное, параллельное и смешанное соединения пассивных элементов при постоянном токе.
Цель работы:
Исследовать распределение токов, напряжений и мощностей при различных способах соединения пассивных элементов.
Основные теоретические положения
Последовательное соединение
Последовательным называется соединение, когда конец одного элемента соединяется с условным началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.
I R1 R2 R3
 | |||||
 |  |
Рис. 1.1. Последовательное соединение
Для последовательного соединения характерным является общий ток.
Эквивалентное сопротивление:
RЭ=R1+R2+R3.
Напряжение на отдельных элементах распределяется пропорционально величинам их сопротивлений:
U=U1+U2+U3.
Суммарная мощность приёмников:
P=P1+P2+P3.
Мощность отдельного элемента:
Pi=I2 Ri=Ui I.
6. Рассчитать величины, входящие в табл.5.4. Построить зависимости U2, h, cos j1 от I2 при U1Н=const.
7.Начерчить схему замещения трансформатора и указать параметры элементов схемы замещения.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение, устройство и принцип действия трансформатора.
2. Какие потери мощности имеют место в трансформаторе?
3. С какой целью строится схема замещения?
4. Как проводиться опыт холостого хода и какие параметры трансформатора определяются из этого опыта?
5. Как проводиться опыт короткого замыкания и какие параметры трансформатора определяются из этого опыта?
6. Чем отличается опытное короткое замыкание от аварийного?
7. Каково условие максимума КПД и график зависимости КПД от нагрузки?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1. Электротехника / Под ред. В.Г.Герасимова. - М.: Высшая школа, 1985.
2. Сборник задач по электротехнике и основам электроники /Под ред. В.Г.Герасимова.- М.: Высшая школа, 1987.
Дополнительная
1. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. – М.: Высшая школа, 1985.
2. Лабораторные работы по общей электротехнике /Под ред. В.Г.Герасимова. – М.: Высшая школа, 1977.
Таблица 5.2
| Измерено | Вычислено | ||||||||
| U10, B | U20, B | P0, Вт | I10, A | K | cosj0 | I10, % | Z0, Ом | R0, Ом | X0, Ом |
 |
3. Провести опыт короткого замыкания. Для этого в схеме рис.5.2 заменить вольтметр V2 на амперметр. С помощью ЛАТРа повысить напряжение от 0 до значения, при котором ток в первичной обмотке трансформатора достигнет номинального значения. Снять показания приборов и занести в табл.5.3.
Таблица 5.3
| Измерено | Вычислено | ||||||||
| U1K, B | I1H, A | I2H, A | PK, Вт | U1K, % | ZK, Ом | RK, Ом | XK, Ом | R1, Ом | X1, Ом |
4. Для проведения нагрузочного режима собрать цепь по схеме рис.5.3.
 |
Рис.5.3. Схема проведения нагрузочного режима работы трансформатора
5. Изменяя нагрузочное сопротивление, снять 5¸6 точек и данные внести в табл.5.4.
Примечание: Первой строчкой в табл.5.4. перенести данные опыта холостого хода.
Таблица 5.4
| Измерено | Вычислено | |||||||||
| U1H, B | I1, A | P1, Вт | U2, B | I2, A | cosj1 | h | P2, Bт | DU2, % | b | cosj2 |
Параллельное соединение
Параллельным соединением называется такое соединение, при котором соединяются вместе начала приёмников и соответственно их концы. Напряжение подаётся на начало и концы.
Рис.1.2. Параллельное соединение
При параллельном соединении элементы находятся под одним и тем же напряжением – напряжением питающей сети.
Эквивалентное сопротивление определяется из выражения:
или
где g – проводимость элемента.
Токи в ветвях распределяются обратно пропорционально сопротивлениям элементов:
Смешанное соединение
Смешанным называется такое соединение, при котором имеют место и последовательное, и параллельное соединения элементов.
Рис.1.3. Смешанное соединение элементов
Для схемы рис.1.3. справедливы соотношения:
 |
Порядок выполнения лабораторной работы
Последовательное соединение
1. Собрать цепь по схеме рис.1.4, используя резисторы и измерительные приборы на панели № 6 лабораторного стенда.
 |
2. Включить автомат, расположенный в нижней части стола под откидной крышкой, нажать кнопку “Пуск” магнитного пускателя, рукоятку ЛАТРа установить в крайнее левое положение, при котором U=0 и нажать кнопку подачи постоянного напряжения.
а его КПД:
где 
Коэффициент загрузки:
Изменение вторичного напряжения при переменной нагрузке принято выражать в процентах от номинального значения:
где U2 – напряжение на зажимах вторичной обмотке трансформатора при заданной нагрузке.
Порядок выполнения работы:
1. На основании известных и вычисленных паспортных данных заполнить табл.5.1.
Таблица 5.1
| Паспортные данные | Вычислено | |||||||
| Sн, BA | f, Гц | U1н, B | U2н, B | I1н, A | I2н, A | Uк.з., % | ∆Pст, Вт | ∆Pм, Вт |
2. Собрать схему по рис.5.2. для проведения опыта холостого хода трансформатора. Установить ЛАТРом напряжение U10 = U1н, снять показания приборов и занести в табл.5.2.
Рис.5.2. Схема проведения опыта холостого хода
Рис.5.1. Схема замещения трансформатора
В опыте холостого хода R1 << R0 и X1 << X0, поэтому параметрами R1 и X1 можно пренебречь. Тогда
В опыте короткого замыкания, который проводится при пониженном напряжении 
и номинальном токе I1K = I1Н величиной тока намагничивания можно пренебречь.
В этом случае:
 | |||
 | |||
где RK и XK – активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания.
Параметры обмоток в схеме замещения
Коэффициент трансформации трансформатора
Коэффициент мощности трансформатора находят по формуле:
Рис.1.4. Схема проведения опыта № 1.
3. Поворачивая рукоятку ЛАТРа по часовой стрелке, установить напряжение U=50 В. Потенциометр R1 полностью введён. Снять показания приборов и занести в табл.1.1.
Таблица 1.1
| Измерено | Вычислено | ||||||||
| U, B | U1, B | U2, B | I, A | R1, Ом | R2, Ом | RЭ, Ом | P1, Вт | P2, Вт | PЭ, Вт |
4. При том же напряжении источника питания уменьшить сопротивление потенциометра R1 примерно наполовину и снова снять показания всех приборов.
5. Произвести расчёт всех параметров, указанных в табл.1.1.
Параллельное соединение
1. Собрать цепь по схеме рис.1.5.
 |
Рис.1.5. Схема проведения опыта № 2
2. Рукоятку ЛАТРа установить в нулевое положение, потенциометр R/1 полностью введён.
3. Включить питание, установить ЛАТРом напряжение U=50 B и снять показания всех приборов. Данные занести в табл.1.2.
Примечание: R1 = R/1 + R//1, P1 = P/1 + P//1.
Таблица 1.2
| Измерено | Вычислено | ||||||||
| U, B | I, A | I1, A | I2, A | R1, Ом | R2, Ом | RЭ, Ом | P1, Вт | P2, Вт | PЭ, Вт |
4. Не меняя напряжение источника питания U=50 В, полностью вывести потенциометр R1 и результаты всех приборов занести в табл.1.2.
5. Рассчитать величины, входящие в табл.1.2.
Смешанное соединение
 |
1. Собрать цепь по схеме рис.1.6.
Рис.1.6. Схема проведения опыта № 3
2. Рукоятку ЛАТРа установить в нулевое положение, потенциометр R2 введён.
3. Включить питание, установить ЛАТРом напряжение U=80 В и снять показания всех приборов. Данные занести в табл.1.3.
Таблица 1.3
| Измерено | Вычислено | |||||||||||
| U, B | U1, B | U23, B | I1, A | I2, A | I3, A | R1, Ом | R2, Ом | R3, Ом | P1, Вт | P2, Вт | P3, Вт | P, Вт |
3. Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями при соединении приёмников звездой.
4. Условие симметрии нагрузки.
5. Построить векторные диаграммы токов и напряжений для различных режимов.