Бежецкий промышленно-экономический техникум

БЕЖЕЦКИЙ ПРОМЫШЛЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

 

 

 

Методические указания

По выполнению лабораторных занятий

                              для специальностей

 

140206 «Электрические станции, сети и системы»

140613 «Техническая эксплуатация и обслуживание

электрического и электромеханического оборудования»

 

Часть I

 

2005

 

Методические указания

Рассмотрены и утверждены

На заседании методической комиссии

дисциплин энергетического профиля

 

Протокол № _____ от «____» ___________ 2005 г.

 

Председатель комиссии ___________И.А. Дёмкина               

 

Методические указания составлены

в соответствии с рабочей программой

по дисциплине «Электротехника»                 

по специальности 140206, 140613

      

_______________С.А. Горбунова

лабораторная  работа 1

 

 

Тема: «Ознакомление со стендами в лаборатории.      Изучение правил сборки электрических цепей»

Цель:

- ознакомиться с правилами техники безопасности,

-правилами поведения в лаборатории,

-правилами выполнения работ, сборкой схем.

Характер занятия: репродуктивный.

Форма организации занятия: групповая (студенты выполняют работу на 5 лабораторных стендах в группах в количестве 3-4 человека).

Обеспечение занятия: методические указания, папка для оформления лабораторных работ, письменные принадлежности, конспект.

Оборудование: лабораторный стенд, приборы.

Требования к знаниям и умениям студентов

 

Студент должен

знать:

-что такое электрическая цепь;

-обозначение элементов электрической цепи;

-общие требования безопасности при проведении работ;

уметь:

-чертить и собирать схему электрической цепи;

-снимать показания с приборов:

-определять цену деления приборов.

 

Теория

Общие требования безопасности

1. К выполнению лабораторных работ на стендах, установках допускаются студенты, изучившие соответствующие разделы изучаемого материала и прошедшие инструктаж по технике безопасности.

2. Ответственный за проведение лабораторных работ на силовых установках является преподаватель, ведущий данный предмет.

 

Требования безопасности перед началом работ

1. Перед началом работы студенты должны изучить и повторить теорию по данной работе.

2. Студенты должны изучить инструкцию по технике безопасности при проведении лабораторных работ в кабинете 21п и расписаться в журнале по технике безопасности.

3. Перед проведением лабораторных работ преподаватель обязан ознакомить студентов с порядком включения и выключения установок, снятием показаний приборов и последовательностью выполнения работы

 

Требования безопасности во время работы

1. Осмотреть установленные на рабочем месте приборы и оборудование. В отношении незнакомых приборов и оборудования следует попросить пояснения у преподавателя.

2. Перед сборкой схемы нужно расположить приборы таким образом, чтобы их показания было удобно фиксировать.

3. Сборку схем следует проводить в определённом порядке: сначала проводят все соединения токовой цепи, а затем собирают цепи напряжения.

4. После сборки схема должна быть проверена преподавателем.

Без разрешения руководителя подключать схемы

к сети категорически воспрещается!

 

5. В процессе работы необходимо держать в поле зрения все приборы и следить за тем, чтобы в схеме не возникали такие режимы, при которых стрелки приборов выходят за пределы шкалы. Несоблюдение этого правила может привести к порче дорогостоящих приборов!

6. Результаты измерений заносятся каждым студентом в таблицу измерений.

7. Если работа предусматривает сборку нескольких схем, то перед разборкой предыдущей схемы нужно тщательно проверить полученные результаты и лишь после этого переходить к сборке последующей схемы.

8. По окончании работы следует отключить стенд, утвердить у преподавателя полученные результаты и лишь после этого разобрать последнюю схему, привести в порядок рабочее место.

 

Требования безопасности в аварийных ситуациях

1. В случаях возникновения аварийной ситуации (нагрев двигателя, появление искрения и т.д.) необходимо отключить установку от электросети и поставить в известность преподавателя.

 

Порядок выполнения работы

 

1 Записать тему, цель, оборудование.

2 Ознакомиться с требованиями безопасности перед началом работ и во время работ.

3 Пройти инструктаж по технике безопасности. Расписаться в журнале.

4 Записать данные для всех приборов, имеющихся в лаборатории.

	- изоляция прибора испытана при напряжении 2 кВ.
	- прибор устанавливается в горизонтальном положении.
	- прибор рассчитан на постоянный и переменный ток.

 

5 Записать основные системы измерения.

6 Пройти в лабораторию, ознакомиться с приборами, заполнить таблицу.

Наименование прибора	количество	Система измерения	Цена деления

 

7 Собрать схему электрической цепи показать её преподавателю, снять показания и занести их в таблицу.

Схема

 

 

Рисунок 1

 

Наименование прибора	Ед. измерения	Показание без учета цены деления	Цена деления	Показание с учетом цены деления
1	2	3	4	5
Амперметр (I)	А
Вольтметр (U)	В

 

8 Сделать вывод.

9 Сдать работу преподавателю.

 

Система оценки: зачтено (незачтено).

 

 

Контрольные вопросы

 

1 Что такое электрическая цепь?

2 Чем характеризуется электрическая цепь?

3 Какие бывают основные элементы электрической цепи?

4 Что такое схема электрической цепи?

5 Какова последовательность сборки схемы? 

Лабораторная работа 2

 

 

Цель:

- опытным путем убедиться в том, что ток на данном участке цепи прямопропорционален напряжению и обратнопропорционален сопротивлению.

 

Характер занятия: репродуктивный.

 

Форма организации занятия: групповая (студенты выполняют работу на 5 лабораторных стендах в группах в количестве 3-4 человека).

 

Обеспечение занятия: Методические указания, папка для оформления лабораторных работ, письменные принадлежности, конспект.

 

Оборудование: лабораторный стенд, амперметр, вольтметр.

 

Требования к знаниям и умениям студентов

Студент должен

знать:

- что такое электрическая цепь;

- закон Ома;

- Обозначение элементов электрической цепи;

уметь:

- чертить и собирать схему электрической цепи;

- снимать показания с приборов;

- строить график зависимости тока от напряжения.

 

 

Теория

 

Закон Ома для всей цепи

Ток в цепи прямопропорционален ЭДС и обратнопропорционален сумме

сопротивлений внутреннего и внешнего участков цепи.

 

 

Порядок выполнения работы

 

1 Записать тему, цель, оборудование.

2 Собрать схему.

 

Схема

 

Рисунок 1

 

3 Начертить таблицу измерений

U	I опыт		II опыт		III опыт
	I1	R1	I2	R2	I3	R3
1	2	3	4	5	6	7

 

4 Провести первый опыт, когда все тумблеры на участке CZ будут включены, при этом изменяя  напряжение записать показания тока в таблицу.

5 Провести второй опыт при отключенном тумблере на участке CZ в том же порядке.

6 Провести третий опыт при двух отключенных тумблерах на участке CZ в том же порядке.

7 Рассчитать сопротивление для каждого опыта по формуле .

8 Построить график зависимости тока от напряжения для каждого опыта в масштабе.

9 Сделать вывод.

10 Сдать работу преподавателю.

 

Система оценки: зачтено (незачтено).

 

 

Контрольные вопросы

 

1 Как читается закон Ома для участка цепи и для всей цепи?

2 Как вы убедились, что ток прямопропорционален напряжению?

3 Как вы убедились, что ток обратнопропорционален сопротивлению?

 

Лабораторная работа 3

 

 

Цель:

- опытным путем выяснить справедливость первого и второго законов Кирхгофа.

 

Характер занятия: репродуктивный.

 

Форма организации занятия: групповая (студенты выполняют работу на 5 лабораторных стендах в группах в количестве 3-4 человека).

 

Обеспечение занятия: методические указания, папка для оформления лабораторных работ, письменные принадлежности, конспект.

 

Оборудование: лабораторный стенд, амперметр, вольтметр.

 

Требования к знаниям и умениям студентов

Студент должен

знать:

- что такое узел;

- что такое контур и ветвь;

- формулировку 1-го и 2-го законов Кирхгофа;

уметь:

- чертить и собирать схему электрической цепи;

- снимать показания с приборов;

- составлять уравнения для узла и контура по 1-му и 2-му законам соответственно.

 

 

Теория

 

Первый закон Кирхгофа справедлив для точки, в которой соединяются несколько проводников или для узла.

Сумма токов, входящих в узел равна сумме токов, выходящих из узла.

 

 - 1-ый закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма токов узла равна нулю.

Второй закон Кирхгофа справедлив для замкнутого контура.

 

Замкнутый контур – это замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Ветвь – это участок электрической цепи между двумя узлами.

 - 2-ой закон Кирхгофа

 

Во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма ЭДС равняется алгебраической сумме падения напряжения на участках контура.

 

 

Порядок выполнения работы

 

1 Записать тему, цель, оборудование.

2 Собрать схему 1.

 

Схема

 

Рисунок 1

 

3 Начертить таблицу измерений 1

№ опыта	U	I	U1	Ucz	Uby	R1	Rcz	Rby
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1
2

 

4 Провести два опыта при разных напряжениях. Записать в таблицу 1 показания амперметра и вольтметра. Рассчитать сопротивление по формуле:

 

5 Собрать схему 2 для исследования законов Кирхгофа.

Схема

 

Рисунок 2

 

6 Начертить таблицу измерений 2.

 

№ опыта	E	I1	I2	I3
1	2	3	4	5
1
2

 

7 Провести два опыта при разных напряжениях. Показания амперметров и вольтметра записать в таблицу 2.

8 Указать в схеме 2 направление тока в каждой ветви и в каждом контуре.

9 Составить для схемы 2 уравнения по 1-му и 2-му законам Кирхгофа.

10 В составленные уравнения подставить числовые значения из таблиц 1 и 2. И проверить правильность проведенных опытов.

11 Сделать вывод.

12 Сдать работу преподавателю.

 

Система оценки: зачтено (незачтено).

 

 

Контрольные вопросы

 

1 Как читается первый закон Кирхгофа?

2 Что называется узлом?

3 Что называется ветвью?

4 Что называется контуром?

5 Как читается второй закон Кирхгофа?

 

Лабораторная работа 4

 

 

Теория

 

Сопротивление – величина, обратная проводимости.

, Ом;

, См (Сименс)

где

R – сопротивление,

 G – проводимость.

, Ом

 

 

где

 - удельное сопротивление (табличная величина),

 - длина проводника, м

 - площадь поперечного сечения проводника, мм².

 

Порядок выполнения работы

 

1 Запишем тему, цель, оборудование.

2 Исследуем последовательное соединение сопротивлений.

2.1 Чертим и собираем схему 1.

 

Схема

 

 

Рисунок 1

 

2.2 Чертим таблицу измерений 1.

№ опыта	U	I	Ucz	Uby	R	Rby	Rcz
1	2	3	4	5	6	7	8
1
2
3

 

2.3 Проводим измерения в следующем порядке:

1 опыт – когда все тумблеры на участках by и cz включены;

2 опыт – когда на участках cz и by выключено по одному тумблеру;

3 опыт – когда на участках cz и by выключено по два тумблера.

Записываем в таблицу 1 показания амперметра и вольтметра. Рассчитываем сопротивление по формуле .

2.4 Делаем вывод по последовательному соединению, т.е. должны соблюдаться следующие уравнения:

 

3 Исследуем параллельное соединение сопротивлений.

3.1 Чертим и собираем схему 2

 

Схема 2

z

 

Рисунок 2

 

3.2 Чертим таблицу измерений 2

№ опыта	U	Ucz	Uby	I	Icz	Iby	G	Gcz	Gby
1
2
3

 

3.3 Проводим измерения в следующем порядке:

1 опыт – когда на участках cz и by все тумблеры включены;

2 опыт – когда на участках cz и by выключено по одному тумблеру;

3 опыт – когда на участках cz и by выключено по два тумблера.

Записываем в таблицу 2 показания амперметра и вольтметра. Рассчитываем проводимость по формуле .

3.4 Делаем вывод по параллельному соединению, т.е. должны соблюдаться следующие уравнения:

4 Сдаем работу преподавателю.

 

Система оценки: зачтено (незачтено).

 

 

Контрольные вопросы

1 Как читается закон Ома?

2 Что называется сопротивлением?

3 Что называется проводимостью?

4 Как рассчитать ток, напряжение и сопротивление при последовательном и параллельном соединении потребителей?

Лабораторная работа 5

 

 

Цель:

- научиться измерять потенциалы точек последовательной электрической цепи и по данным измерений строить потенциальную диаграмму.

 

Характер занятия: репродуктивный.

 

Форма организации занятия: групповая (студенты выполняют работу на 5 лабораторных стендах в группах в количестве 3-4 человека).

 

Обеспечение занятия: методические указания, папка для оформления лабораторных работ, письменные принадлежности, конспект.

 

Оборудование: лабораторный стенд, амперметр, вольтметр.

 

Требования к знаниям и умениям студентов

Студент должен

знать:

- что такое потенциал и напряжение;

- что такое потенциальная диаграмма;

- порядок построения потенциальной диаграммы;

уметь:

- чертить и собирать схему электрической цепи;

- пользоваться амперметром, вольтметром;

- рассчитывать сопротивление по закону Ома;

- строить потенциальную диаграмму.

 

 

Теория

 

Напряжение, равное разности потенциалов, характеризуется величиной работы по перемещению единичного заряда из одной точки поля в другую

, В

, В

где   А – работа, Дж

        Q – заряд, Кл

         - потенциалы, В

 

Потенциал поля в данной точке характеризуется величиной работы по перемещению единичного положительного заряда из данной точки к поверхности земли или в точку с нулевым потенциалом.

Потенциальная диаграмма – это график распределения потенциала вдоль замкнутого контура электрической цепи.

 

Пример и порядок построения потенциальной диаграммы

R1=2 Ом R2=1 Ом R3=3 Ом R4=2 Ом E1=6 В E2=14 В

 

 

Рисунок 1

 

 

1 Отметим произвольно направление тока в данной цепи.

Определим значение этого тока по закону Ома:

А.

 

2 Разобьем данную цепь на отдельные участки и определим потенциал каждого участка:

В

В

В

В

В

В

 

3 Строим потенциальную диаграмму в прямоугольной системе координат. По вертикальной оси будем откладывать потенциал (), по горизонтальной оси – сопротивление каждого участка, при чем прибавляя к одному сопротивлению сопротивление следующего участка. Таким образом, по горизонтальной оси будет отложено в масштабе все сопротивление цепи.

Схема

 

Рисунок 2

Порядок выполнения работы

 

1 Записать тему, цель, оборудование

2 Чертим и собираем схему

 

Схема

Рисунок 3

 

3 Чертим таблицу измерений 1

№	U=E	I	U1	Ucz	Uby	Uax	R1	Rcz	Rby	Rax
1
2

 

4 Проводим два измерения при разных напряжениях. Записываем в таблицу 1 показания амперметра и вольтметра. Рассчитываем сопротивление каждого участка схемы по закону Ома .

5 Чертим таблицу измерений 2.

№
1	0
2				0

 

6 Измеряем потенциалы точек и данные записываем в таблицу 2.

7 Для проверки рассчитаем потенциалы точек для двух случаев: при ; при .

8 Построим потенциальные диаграммы для обоих случаев, соблюдая масштаб.

9 Делаем вывод.

10 Сдаем работу преподавателю.

 

Система оценки: зачтено (незачтено).

 

Контрольные вопросы

 

1 Что называется потенциалом?

2 Что такое потенциальная диаграмма?

3 Какой порядок построения потенциальной диаграммы?

Лабораторная работа 6

 

Цель:

- научиться определять КПД передачи линии и выяснить от чего зависят потери и КПД в линии.

 

Характер занятия: репродуктивный.

 

Форма организации занятия: групповая (студенты выполняют работу на 5 лабораторных стендах в группах в количестве 3-4 человека)

 

Обеспечение занятия: методические указания, папка для оформления лабораторных работ, письменные принадлежности, конспект.

 

Оборудование: лабораторный стенд, амперметр, вольтметр.

 

Требования к знаниям и умениям студентов

Студент должен

знать:

- материал урока: «Потеря напряжения в проводах. КПД передачи»;

- устройство лабораторного стенда;

уметь:

- пользоваться приборами, используемыми в данной работе.

- строить графики.

 

Теория

 

Потеря напряжения в линии рассчитывается по следующей формуле:

, В

где    - напряжение в начале линии (передаваемое), В

         - напряжение в конце линии (потребляемое), В

Потери мощности в линии рассчитываются по следующей формуле:

, Вт

где    - мощность передаваемая, Вт

         - мощность потребляемая, Вт

Коэффициент полезного действия (КПД) определяется по формулам:

, %

, %

 

Порядок выполнения работы

 

1 Запишем тему, цель, оборудование.

2 Чертим и собираем схему.

 

Схема

 

Рисунок 1

 

3 Чертим таблицу измерений.

№	Измерено			Вычислено
	U1	U2	I	P1	P2	ΔP	ΔU	h	R
1
2
3
4
5
6

 

4 Проводим измерения в следующем порядке:

В 1, 2, 3 опытах все тумблеры на участках cz  и ax включены. При этом в 1 опыте на участке by включены все тумблеры, во 2 опыте – 1 тумблер выключен, в 3 опыте – 2 тумблера выключены. Устанавливая напряжение U₁ (одинаковое для всех опытов), измеряем и записываем в таблицу напряжение U₂ (на участке by) и ток в цепи.

В 4, 5, 6 опытах на участках cz и ax выключены по одному тумблеру. При этом в 1 опыте на участке by включены все тумблеры, во 2 опыте - 1 тумблер выключен, в 3 опыте 2 тумблера выключены. Устанавливая напряжение U₁ (одинаковое для всех опытов), измеряем и записываем в таблицу напряжение U₂ (на участке by) и ток в цепи.

5 Рассчитываем остальные величины в таблице по следующим формулам:

 - мощность подаваемая;

 - мощность потребляемая;

 - потери мощности в линии;

 - потери напряжения в линии;

 - КПД;

 - сопротивление линии.

 

6 Строим графики зависимости U₂ от I, ΔU от I, ΔP от I, h от I.

 

7 Делаем вывод.

8 Сдаем работу преподавателю.

 

Система оценки: зачтено (незачтено).

 

 

Контрольные вопросы

 

1 Почему возникают потери при передаче электрической энергии?

2 Обозначение напряжений, мощностей передаваемых и потребляемых.

3 Как определяют КПД передачи?

Лабораторная работа 7

 

Тема: «Опытная проверка результатов преобразования треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду»

 

Цель:

- убедиться в справедливости формул при переключении с треугольника сопротивлений на эквивалентную звезду.

 

Характер занятия: репродуктивный.

 

Форма организации занятия: групповая (студенты выполняют работу на 5 лабораторных стендах в группах в количестве 3-4 человека).

 

Обеспечение занятия: методические указания, папка для оформления лабораторных работ, письменные принадлежности, конспект.

 

Оборудование: лабораторный стенд, три амперметра, вольтметр.

 

Требования к знаниям и умениям студентов

Студент должен

знать:

- условия преобразования треугольника сопротивлений в звезду;

- формулы сопротивлений;

- устройство лабораторного стенда;

уметь:

- пользоваться амперметром, вольтметром;

- чертить и собирать схемы;

- делать вывод.

 

Теория

 

Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду возможно, когда не изменяются напряжения между узловыми точками и токи в этих точках.

Схема

Рисунок 1

     

     

     

;

;

.

 

 

Порядок выполнения работы

 

1Запишем тему, цель, оборудование.

2 Чертим и собираем схему соединения сопротивлений треугольником.

 

Схема

 

Рисунок 2

 

3 Чертим таблицу измерений.

Соединение	№	UAB	UBC	UCA	IA	IB	IC
	1
	2
	1
	2

 

4 Проводим два измерения при соединении сопротивлений треугольником при различных напряжениях. При этом на участках ax, by, cz включены по одному тумблеру. В таблицу измерений записываем показания вольтметра и амперметра.

5 Производим переключение с треугольника на звезду, уменьшив сопротивление каждого участка в 3 раза (включив все тумблеры) Проводим два измерения при тех же напряжениях, что и при соединении треугольником. Заносим показания амперметра и вольтметра в таблицу измерений.

 

Схема

 

Рисунок 3

 

6 Сравним измерения при соединении сопротивлений звездой и треугольником. Сделаем вывод.

7 Сдаем работу преподавателю.

 

Система оценки: зачтено (незачтено).

 

 

Контрольные вопросы

 

1 Назвать условия преобразования с треугольника на звезду, со звезды на треугольник.

2 Когда применяют преобразование треугольника в звезду?

3 Назвать формулы преобразования треугольника сопротивлений в звезду.

Лабораторная работа 8

 

Теория

 

Электрическая цепь, имеющая хотя бы один участок (элемент), сопротивление которого зависит от силы тока или от напряжения, называют нелинейной.

Нелинейные элементы – это элементы, имеющие нелинейную зависимость между током и напряжением.

К нелинейным элементам относятся: лампы накаливания, электронные лампы, различные полупроводниковые и другие приборы.

 

 

Порядок выполнения работы

 

1 Запишем тему, цель, оборудование.

2 Чертим и собираем схему последовательного соединения линейного и нелинейного элементов.

Схема

 

 

Рисунок 1

 

3 Чертим таблицу измерений.

 

№	I	U	U1	Ut
1
2
3

 

4 Проводим три измерения, изменяя напряжение в цепи. Показания амперметра и вольтметра записываем в таблицу измерений.

5 Строим графики зависимости тока в цепи от напряжения на отдельных участках

 

 

6 Делаем вывод о напряжении в цепи и напряжениях на отдельных участках при .

7 Чертим и собираем схему параллельного соединения линейного и нелинейного элементов.

Схема

•

Рисунок 2

 

8 Чертим таблицу измерений

 

№	U	I	I1	It
1
2
3

 

9 Проводим три измерения, изменяя напряжение в цепи. Показания амперметра и вольтметра записываем в таблицу измерений.

10 Строим графики зависимости тока от напряжения на отдельных участках.

11 Делаем вывод о токе в цепи и токах на отдельных участках.

12 Сдаем работу преподавателю.

 

Система оценки: зачтено (незачтено).

 

Контрольные вопросы

1 Какой элемент называется линейным?

2 Какой элемент называется нелинейным?

3 Приведите примеры нелинейных элементов.

4 Что представляет собой вольт-амперная характеристика для линейного элемента и что для нелинейного элемента?

Лабораторная работа 9

 

Теория

 

Магнитное поле – одна из сторон электромагнитного поля, возникает при движении электрических зарядов и вокруг проводов с током.

Интенсивность магнитного поля в каждой его точке характеризуется магнитной индукцией. Это векторная величина, зависит от величины силы, действующей со стороны поля на движущуюся заряженную частицу, от величины заряда и скорости движения. Рассчитывается по формуле:

, Тл (Тесла).

Произведение магнитной индукции на площадь, перпендикулярную к вектору магнитной индукции, называется магнитным потоком:

, Вб (Вебер).