Схема лабораторной работы и её описание.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Методические указания к лабораторным работам для бакалавров 

по направлению 09.03.01 Информатика и вычислительная техника,
профиль «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

по направлению 12.03.04 Биотехнические системы и технологии,

профиль «Инженерное дело в медико-биологической практике»

по направлению 21.03.02 Землеустройство и кадастры,

профиль «Кадастры недвижимости,

по направлению 08.03.01 Строительство,

профиль «Автомобильные дороги и аэродромы»

 

 

 

Тверь 2020

УДК 621.3(075.8)

ББК 31.2я7

 

Рецензент: доцент кафедры ЭСиЭ ТвГТУ Кузьмин Г.С.

 

Электротехника / сост.: Л.А. Романова, К.Б. Корнеев ‒ Тверь: ТвГТУ, 2020.

Методическое указание к лабораторным работам для бакалавров по дисциплинам:

«Электротехника» направление 09.03.01― Информатика и вычислительная техника.

«Электротехника и электроника (часть I)» направление 12.03.04 ― Биомедицинские системы и технологии.

«Электротехника и электроснабжение» направление 08.03.01 ― Строительство (АДА).

«Электротехника и электроснабжение» по направлению 21.03.02 ― Землеустройство и кадастры.

Методическое указание предназначены для ознакомления студентов всех форм обучения с основами электротехники.

Соответствуют требованиям Государственного образовательного и охватывают основные разделы лекционного курса

Обсуждены на заседании кафедры «Электроснабжение и электротехника» и рекомендованы к изданию. (протокол № от 27.12 2019г.)

 

© Тверской государственный технический университет, 2020

©Романова Л.А., Корнеев К.Б.,2020

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И МЕТОДОВ РАСЧЁТА
ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ

Цель работы.

1.1. Ознакомление с методами измерения токов, напряжений и сопротивлений с помощью амперметра, вольтметра, мультиметра.

1.2. Расчёт линейных электрических цепей с одним источником питания.

1.3. Исследование мостовой цепи постоянного тока с резистивным датчиком.

Подготовка к работе.

3.1. Начертить схему измерительного моста, исследуемого в работе
(рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема измерительного моста.

3.2 Подготовить таблицы 1.1÷1.4.

Порядок выполнения работы.

4.1. Экспериментально мультиметром проверить технические данные моста и записать в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Технические данные измерительного моста

	R20, кОм	R22, кОм	R23,кОм	R24,кОм	UCT, В
Дано	4,7	10,0	4.7	―	―
Измерено

4.2. Рассчитать сопротивление уравновешенного моста из условия равновесия моста: R₁  R₂₂ = R₂₀  R_23.. 

= (1+N) – сопротивление неуравновешенного моста, где N – номер бригады.     

4.3.  На функциональном блоке (рис. 1.1) собрать схему измерительного моста, представленную на рис. 1.2, подключить точку «B» к ЛАТРу, установив расчётное значение  для неуравновешенного моста.

4.4. Рабочий режим моста устанавливается переключателем SA13 в положение «2».

В рабочем режиме измеряется напряжение вольтметром PV1(0÷5[B]); напряжение вольтметром PV1(0÷25[B], отключив его из ; ток амперметром РА3(0÷2,5[мА]).

 SA11 – вверх. Замкнуть (вверх) SA7. Переключатель ЛАТРа перевести в диапазон «0–110» и вывести на «0». Замкнуть SA3 (вверх) и по синей шкале установить = 20B.

В рабочем режиме неуравновешенного моста измерить , рассчитать . Результаты записать в табл. 1.2.

Все выключатели перевести в нижнее положение.    

Таблица 1.2. Рабочий режим моста

Экспериментальные данные				Расчётные значения
PV1	PA3	―	Расчёт
	,мА	,кОм	,кОм	,мА	,В

 

Цель работы.

1.1. Определение параметров схемы замещения индуктивной катушки с магнитопроводом.     

1.2. Изучение основных режимов работы электрической цепи при последовательном соединении R, L, C.

1.3. Изучение методов построения векторных диаграмм напряжений
и токов.

Подготовка к работе.

3.1. Начертить электрическую схему для определения параметров катушки индуктивности (рис. 2.3;2.4) и табл. 2.1;2.2, электрическую схему последовательного соединения X_L, R17, C11 c включением измерительных приборов (рис. 2.5 и табл. 2.3, 2.4, 2.5).

Порядок выполнения работы.

ВНИМАНИЕ! Проверить, чтобы все выключатели были выключены, а ЛАТР установлен в «0» нулевое положение.

4.1. Определение параметров схемы замещения катушки индуктивности

Определение параметров схемы замещения катушки индуктивностиL1.

Собрать на функциональном блоке (рис. 2.1) схему для определения параметров катушки индуктивности L1, соответствующую рис. 2.3. Рис. 2.3. Электрическая схема определения параметров катушки индуктивности .

Замкнуть SA3. Регулируя напряжение ЛАТРом, установить номинальный режим работы I_Н = 0,8А, результаты измерений записать в табл. 2.1.

По результатам таблицы 2.1 рассчитать значение резонансной емкости результат занести в таблицу 2.2.

Рис. 2.4. Электрическая схема определения параметров катушки индуктивности .

Определение параметров схемы замещения катушки индуктивности L2.

Тумблер SA4 выключен (рычажок ‒ вниз)

Cобрать схему рис.2.4. Замкнуть SA3. Регулируя напряжение ЛАТРом, установить U=110B результаты измерений записать в табл.2.3.(Результатами расчёта воспользоваться в лаб. работе № 3.)

 

Таблица 2.1. Параметры схемы замещения катушки индуктивности L1

Опытные данные			Расчётные значения
PV3	РА1	PW1
U, B	I, A	P, Вт	Z1, Ом	ZК1, Oм	ХL1, Oм	RК1, Ом	L1,Гн

 

Таблица 2.2. Расчёт резонансной ёмкости Срез.

 

I, А	, Ом	Uмин., В	Срез., мкФ

 

Таблица 2.3. Параметры схемы замещения катушки индуктивности L2

Опытные данные			Расчётные значения
PV3	РА1	PW1
U, B	I, A	P, Вт	Z2, Ом	ZК2, Oм	ХL2, Oм	RК2, Ом	R18,Ом

Рис. 2.5. Электрическая схема последовательного соединения L; C; R

 

4.2. Экспериментальная проверка расчётного значения ёмкости конденсатора Срез., при котором в цепи наступает резонанс напряжений.

На функциональном блоке (рис. 2.2) собрать схему последовательного соединения катушки индуктивности L1, резистора R17, конденсатора С11, соответствующую схеме (рис. 2.5).

Тумблер SA4 должен находиться в выключенном положение (рычажок – вниз).

Установить по результатам расчёта (табл. 2.2) Uмин. при токе, не превышающем I _H  = 0,8 А. Изменяя ёмкость конденсатора С11, экспериментально, по максимуму тока, определить значение ёмкости, при котором в последовательной цепи наступает резонанс напряжений. Результаты записать в табл. 2.4.

 

Таблица 2.4. Экспериментальное определение Срез.

 

Экспериментальные значения				Расчёт
PV3	PA1	PW
U, В	I, A	P, Вт	Срез., мкФ

 

4.3. Изменяя ёмкость конденсатора с шагом 10 мкФ при U_мин, снять зависимость I = (), рассчитать  = (), желательно контролировать  мультиметром. Результаты измерений и расчётов записать в табл. 2.5.

 

Таблица 2.5. Зависимости I = () и  = ()

	PV3	PV2	PA1	PW	Расчёт
С11, мкФ	U, B		I, A	P, Вт	XC11, Ом	, град.

Цель работы.

1.1. Исследование трёхфазной цепи при соединении потребителей звездой.

1.2. Изучение методов расчёта трёхфазных цепей при соединении потребителей звездой.

2. Схема лабораторной установки (рис. 3.1).

 

Рис. 3.1. Функциональный блок – система, соединённая звездой

 

В лабораторной работе исследуются трёхфазные системы с симметричной активной нагрузкой, несимметричной нагрузкой с нейтральным проводом и без него. Электрическая 4-проводная несимметричная система, на базе которой проводятся все эксперименты, представлена на рис. 3.2.

R41=R18(cтенд)

Подготовка к работе.

3.1. Изучить классификацию трёхфазных цепей.

3.2. Начертить электрические схемы и к ним соответствующие таблицы для проведения опытов по определению параметров:

4-х проводной симметричной активной нагрузки;

4-х проводной несимметричной нагрузки;

3-х проводной несимметричной нагрузки.

 

4. Порядок выполнения лабораторной работы.

4.1. 4-х проводная симметричная активная нагрузка, R37 = R39 = R40, устанавливается при замыкании следующих элементов: R38; C11; L2 и R18. Замкнуть SA14; SA15.

Измерить фазные напряжения, ток фазы «С» и ток в нейтральном проводе. Данные измерений записать в табл. 3.1. По результатам эксперимента определить фазные токи, суммарную мощность  Разомкнуть SA14; SA15.

Таблица 3.1. 4-проводная симметричная активная нагрузка

Экспериментальные данные						Расчётные значения
PV4	PV2	PV3	W	PA1	РА2	―
Ua, B	Ub, В	Uc, B	P(b+с), Вт	Ic, А	IN, А

4.2. 4-х проводная несимметричная нагрузка. Снять шунтирующие перемычки.

Установить заданное значение ёмкости С11: 1-я бр.‒30мкФ; 2-я бр.‒40мкФ; 3-я бр.‒50мкФ. Замкнуть SA14; SA15. Измерить фазные напряжения, мощность, ток в нейтральном проводе. Рассчитать комплексные значения токов в фазах А, В, С и определить ток в нейтральном проводе. Результаты расчётов и измерений записать в табл. 3.2. Разомкнуть SA14; SA15.

Таблица 3.2. 4-х проводная несимметричная нагрузка

Экспериментальные данные						Расчётные значения
PV4	PV2	PV3	W	PA1	PA2			‒	‒
Ua, B	Ub, B	Uc, B	P(b+с), Вт	Ic, A	IN, A

Рассчитать параметры несимметричной нагрузки. Определить на функциональном блоке лаб. работы № 2: R18 R_К2; XL2 (табл.2.3).  Результаты расчётов записать в табл. 3.3.

Таблица 3.3. Параметры несимметричной нагрузки

 

Zа		Zb		Zc
R39, Oм	R38, Ом	R40, Oм	XC11, Ом	R37, Ом	XL2, Ом	RK2,Ом	R18, Oм

 

4.3. 3-х проводная несимметричная нагрузка При заданном значении емкости С11 отключить нейтральный провод (разомкнуть SA15), а общую точку ваттметров PW1, PW2 подключить к фазе «А». Замкнуть SA14. Убедиться в неравенстве фазных напряжений нагрузки. Рассчитать ―  напряжение смещения нейтрали, а также фазные напряжения нагрузки  и токи. Сравнить результаты расчёта и эксперимента.     

Рассчитать активную мощность трёхфазной цепи и сравнить с показаниями ваттметров P = PW1+PW2. Результаты измерений и расчётов записать в табл. 3.4.

Таблица 3.4. 3-х проводная несимметричная нагрузка

Экспериментальные данные					Расчётные значения
PV4	PV2	PV3	W	PA1
Uа, В	Ub, В	Uc, B	P, Вт	Ic, A

 

Цель работы.

1.1. Изучение устройства и принципа действия однофазного трансформатора.

1.2. Изучение схемы замещения трансформатора и определения её параметров в опыте холостого хода (х.х.) и короткого замыкания (к.з.).

1.3. Изучение влияния характера нагрузки на внешнюю характеристику и к.п.д. трансформатора.

Порядок выполнения работы.

3.1. Опыт холостого хода трансформатора (х.х.) выполняется на функциональном блоке лабораторной установки (рис. 4.1). Замыкание контактов осуществляется в соответствии с электрической схемой (рис. 4.2).

                  

Рис. 4.2. Опыт холостого хода трансформатора

При проведении опыта холостого хода трансформатора тумблер SA4 на наборном поле разомкнут (установить в нижнее положение). Замкнуть SA3 и, регулируя TV2, установить номинальное напряжение первичной обмотки
U = 220 B. Показания приборов записать в табл. 4. 2.

 

Таблица 4.2. Опыт холостого хода

 

Измерительные приборы				Расчётные значения
PV3	PV2	PA1	PW1
U10, B	U20, B	I10, A	P0, BT	R0, OM	Z0, OM	X0, OM	n

 

Пользуясь показаниями приборов, определить параметры схемы замещения трансформатора:

 – коэффициент трансформации.

3.2. Опыт короткого замыкания трансформатора (к.з.) выполняется на функциональном блоке лабораторной установки (рис. 4.1). Замыкание контактов осуществляется в соответствии с электрической схемой (рис. 4.3). SA4 – замкнут (вверх); SA3 – замкнуть (вверх).

Переключатель ЛАТРа перевести на синюю шкалу. Изменяя напряжение первичной обмотки, установить ток первичной обмотки трансформатора, соответствующий номинальному току  А.

Результаты измерений записать в табл. 4.3.

Рис. 4.3. Опыт короткого замыкания

Таблица 4.3. Опыт короткого замыкания

Электроизмерительные приборы и измеряемые величины				Расчётные величины
PW1	PA1	PA2	PV3	RК, Ом	XК, Ом	ZК, Ом	R1, Ом	X1, Ом	R2, Ом	X2, Ом
PK, Вт	I1K, А	I2K, А	U1К, В

 

Пользуясь показаниями приборов PW1, PV3, PA2, определить параметры схемы замещения трансформатора:

 (возможно )

Активные и реактивные сопротивления обмоток трансформатора:

3.3. Работа трансформатора под нагрузкой

В качестве нагрузки трансформатора используется цепочка R18, L2 на функциональном блоке лабораторной установки (рис. 4.4). Соответствующая электрическая схема для определения параметров нагрузки представлена на рис. 4.5.

Рис. 4.4. Функциональный блок нагрузки

ВНИМАНИЕ! Тумблер SA 4 должен находиться в выключенном положении (рычажок вниз).

Рис. 4.5. Электрическая схема нагрузки

Установить автотрансформатором TV2 напряжение U = 110 В и записать показания приборов в табл. 4.4.

 

Таблица 4.4. Параметры нагрузки

Экспериментальные данные			Расчётные значения
PV3	PA1	W
U,B	I,A	P,Bт	ZН,Ом	R,Ом	XL2,Ом	RK2

 

Пользуясь показаниями приборов, определить:

R₁₈ = 30 Oм.

На функциональном блоке установки (рис. 4.1) подключить нагрузку трансформатора R18, L2 cогласно рис.4.6. Установить ЛАТРом U_1Н = 220 В, измерить U₂ – напряжение на вторичной обмотке под нагрузкой, сравнить с расчётным значением, I2 – ток вторичной обмотки.

Рис. 4.6. Электрическая схема трансформатора под нагрузкой

 

Таблица 4.5. Работа трансформатора под нагрузкой

 

Эксперимент. данные				Расчётные значения
PV3	PA1	PV2	PA2
, B	, A	, B	, A				, B

 

Рассчитать:

– напряжение на вторичной обмотке;

 потери напряжения;

η – к.п.д. трансформатора под нагрузкой   

где

_k.a. – активная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора

_k.p/. – реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
трансформатора;

 

3.4. Построить внешнюю характеристику трансформатора

3.5. Показать Т-образную схему замещения трансформатора и указать параметры.

3.6. Изучить устройство, принцип действия однофазного и трёхфазного трансформатора.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

 

Цель работы.

1.1. Изучение принципа действия трёхфазного асинхронного двигате-
ля (АД) с короткозамкнутым ротором.

1.2. Построение характеристики «момент‒скольжение» электродвигателя = (s).

1.3. Построение механической характеристики  

Подготовка к работе.

3.1. Изучить конструкцию трёхфазного асинхронного двигателя.

3.2. Способы пуска асинхронных двигателей.

3.3. Подготовить таблицы для проведения эксперимента.

Порядок выполнения работы.

4.1. Для выполнения лабораторной работы на наборном поле (рис. 5.1) собирается схема, представленная на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Исследование асинхронного двигателя.

4.2. Установить SA17 в положение «Y», резистор R43 в положение «min», включить SA14. Кнопкой SB3 запустить двигатель. 

 Замкнуть:

SA16 ― подключить обмотку возбуждения нагрузочного генератора; 

SA19 ― подключить ШИП;

SA18 ― подключить измеритель скорости;

SA21 ― замкнуть. 

Изменяя сопротивление R43, установить ток в фазе статора АД при   

4.3. Изменяя I_ЯГ с помощью R43, нагружаем асинхронный двигатель до . Снять следующие показания:

N (измеритель) – частоты вращения;

PW = P_W1+W2 =P1 – мощность потребляемая из сети;

РА1 – тока фазы статора;

РА4 – тока якоря генератора;

РV3 – линейного напряжения, приложенного к двигателю;

PV1 – напряжения генератора.

Заполнить табл. 5.2.

Таблица 5.2. Результаты эксперимента

 

Измеряемые величины

Расчётные значения

РV3

РА1

РW

PV1

PA4

Изм.

―

―

―

Частоту вращения вала двигателя измеряют цифровым измерителем в относительных единицах. Для определения истинного значения нужно воспользоваться формулой

где N – текущее показание измерителя.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Методические указания к лабораторным работам для бакалавров 

по направлению 09.03.01 Информатика и вычислительная техника,
профиль «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

по направлению 12.03.04 Биотехнические системы и технологии,

профиль «Инженерное дело в медико-биологической практике»

по направлению 21.03.02 Землеустройство и кадастры,

профиль «Кадастры недвижимости,

по направлению 08.03.01 Строительство,

профиль «Автомобильные дороги и аэродромы»

 

 

 

Тверь 2020

УДК 621.3(075.8)

ББК 31.2я7

 

Рецензент: доцент кафедры ЭСиЭ ТвГТУ Кузьмин Г.С.

 

Электротехника / сост.: Л.А. Романова, К.Б. Корнеев ‒ Тверь: ТвГТУ, 2020.

Методическое указание к лабораторным работам для бакалавров по дисциплинам:

«Электротехника» направление 09.03.01― Информатика и вычислительная техника.

«Электротехника и электроника (часть I)» направление 12.03.04 ― Биомедицинские системы и технологии.

«Электротехника и электроснабжение» направление 08.03.01 ― Строительство (АДА).

«Электротехника и электроснабжение» по направлению 21.03.02 ― Землеустройство и кадастры.

Методическое указание предназначены для ознакомления студентов всех форм обучения с основами электротехники.

Соответствуют требованиям Государственного образовательного и охватывают основные разделы лекционного курса

Обсуждены на заседании кафедры «Электроснабжение и электротехника» и рекомендованы к изданию. (протокол № от 27.12 2019г.)

 

© Тверской государственный технический университет, 2020

©Романова Л.А., Корнеев К.Б.,2020

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И МЕТОДОВ РАСЧЁТА
ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ

Цель работы.

1.1. Ознакомление с методами измерения токов, напряжений и сопротивлений с помощью амперметра, вольтметра, мультиметра.

1.2. Расчёт линейных электрических цепей с одним источником питания.

1.3. Исследование мостовой цепи постоянного тока с резистивным датчиком.

Схема лабораторной работы и её описание.

Рис. 1.1. Функциональный блок постоянного тока

 

ВНИМАНИЕ! При выполнении лабораторной работы все выключатели, не используемые в работе, должны быть выключены (тумблер вниз).

Для выполнения лабораторной работы собирается схема питания ЛАТРа на функциональном блоке синусоидального тока (TV2) – нижний конец ЛАТРа подключается перемычкой к фазе «В», тумблер переключения пределов регулирования напряжения ЛАТРа в положение «0 110», SA3 – подключает ЛАТР к сети.

Напряжение на выходе ЛАТРа регулируется двумя переключателями: левым – с шагом 10 В и правым – с шагом 1 В. При этом левый переключатель имеет рабочее положение «0», «10», «20», а правый работает во всех положениях. Напряжение на выходе ЛАТРа устанавливается не более 20 25 В.

Тумблер SA11 должен быть замкнут (верхнее положение).

Измерительный мост включается тумблером SA7 (верхнее положение).

Вольтметр PV1 работает в диапазоне 0÷5[B].

Амперметр PA3 работает в диапазоне 0÷2,5[мA].

Подготовка к работе.

3.1. Начертить схему измерительного моста, исследуемого в работе
(рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема измерительного моста.

3.2 Подготовить таблицы 1.1÷1.4.

Порядок выполнения работы.

4.1. Экспериментально мультиметром проверить технические данные моста и записать в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Технические данные измерительного моста

	R20, кОм	R22, кОм	R23,кОм	R24,кОм	UCT, В
Дано	4,7	10,0	4.7	―	―
Измерено

4.2. Рассчитать сопротивление уравновешенного моста из условия равновесия моста: R₁  R₂₂ = R₂₀  R_23.. 

= (1+N) – сопротивление неуравновешенного моста, где N – номер бригады.     

4.3.  На функциональном блоке (рис. 1.1) собрать схему измерительного моста, представленную на рис. 1.2, подключить точку «B» к ЛАТРу, установив расчётное значение  для неуравновешенного моста.

4.4. Рабочий режим моста устанавливается переключателем SA13 в положение «2».

В рабочем режиме измеряется напряжение вольтметром PV1(0÷5[B]); напряжение вольтметром PV1(0÷25[B], отключив его из ; ток амперметром РА3(0÷2,5[мА]).

 SA11 – вверх. Замкнуть (вверх) SA7. Переключатель ЛАТРа перевести в диапазон «0–110» и вывести на «0». Замкнуть SA3 (вверх) и по синей шкале установить = 20B.

В рабочем режиме неуравновешенного моста измерить , рассчитать . Результаты записать в табл. 1.2.

Все выключатели перевести в нижнее положение.    

Таблица 1.2. Рабочий режим моста

Экспериментальные данные				Расчётные значения
PV1	PA3	―	Расчёт
	,мА	,кОм	,кОм	,мА	,В