Электротехника и электроника. Методические указания к лабораторным

Электротехника и электроника. Методические указания к лабораторным

Работам по электротехнике и электронике. Ульяновск. 2013. УЛГУ АМТ.

Стр-94, рис-44,табл-27.

В данной работе представлены методические указания для выполнения

лабораторных работ по электротехнике и электронике. В каждом

методическом указании представлен рисунок схемы, указаны необходимые

измерительные приборы, таблицы, в которые заносятся показания

приборов, образцы оформления отчетов лабораторных работ.

Методические указания предназначены для студентов всех

технических специальностей учебного заведения.

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Лабораторные работы проводятся после прохождения студентами вводного инструктажа на рабочем месте. Лабораторные работы проводятся для закрепления теоретического материала, проверки опытным путем основных положений и законов, изучаемого предмета. При выполнении лабораторных работ студенты получают навыки работы с измерительными приборами, умение сборки электрических цепей, и пользование электрическими машинами и аппаратами, применяемыми на практике.

Студенты при выполнение работы должны также производить необходимые расчеты, строить графики и диаграммы. Для того чтобы в ходе лабораторной работы студенты успешно выполнили опыты, необходима предварительная подготовка. Только изучив по учебникам теоретический материал, осмыслив его сущность и основное содержание работы, также заранее познакомившись с принципом действия и правилами эксплуатации используемых в лабораторной работе приборов, можно приступить к ее выполнению.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать: наименование и цель работы, перечень используемого оборудования и измерительных приборов, их технические характеристики, схемы, таблицы с данными наблюдениями и результаты вычислений, графики, векторные диаграммы, расчетные формулы, выводы.

Векторные диаграммы и графики строятся с соблюдением масштаба. Для выполнения графиков лучше использовать миллиметровую бумагу.

Вычерчивая графики, необходимо на осях координат написать обозначения величин, единицы их измерения.

При построении графиков можно выбрать масштаб таким образом, чтобы, точки не сливались друг с другом. Лучше брать такой масштаб, когда, например, одной, десяти или ста единицам измеренной величины соответствует 1 см, построив на координатной плоскости экспериментальные точки, иногда полезно между этими точками провести главную кривую.

 

 

Тема: ЗНАКОМСТВО С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ. СБОРКА ПРОСТЕЙШИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

Цель работы: научиться пользоваться измерительными приборами, собирать простейшие электрические схемы.

Приборы и оборудование:

1. Потребители – лампы накаливания;

2. Амперметр на 1 А или на 2,5 А;

3. Вольтметр на 150 В или на 300 В;

4. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с приборами и оборудованием.

2. Записать технические данные приборов в таблицу.

3. Зарисовать простейшую электрическую цепь, где в качестве потребителя используется лампа накаливания, и показать преподавателю.

4. Собрать на стенде эту электрическую цепь, подключить измерительные приборы: амперметр и вольтметр.

5. Произвести необходимые измерения и записать в таблицу результаты измерения.

6. Составить отчет по результатам выполненной работы. Зарисовать электрическую схему, используемую в работе, соблюдаю ГОСТ.

Е, В	I, А	U, В	R, Ом

 

Контрольные вопросы:

1. Каким образом необходимо подключить амперметр и вольтметр в электрическую схему?

2. Что называется электрическим током?

3. Что называется электрическим напряжением участка цепи?

4. Что называется электрическим сопротивлением проводника?

5. Что называется силой тока?

 

Тема: ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА СВОЙСТВ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО, ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ РЕЗИСТОРОВ

Цель работы: экспериментальным путем проверить правила последовательного и параллельного соединения резисторов.

Обычно электрическая цепь состоит из нескольких потребителей, соединенных между собой последовательно, параллельно или смешанным образом. Для простоты расчетов все эти потребители /резисторы/ мысленно заменяют одним, при включении, которого режим цепи не изменялся бы, напряжение и ток остались бы прежним. Сопротивление этого резистора называют эквивалентным общему сопротивлению составляющих цепь резисторов.

Резистор – это структурный элемент электрической цепи, основное назначение которого оказывает известное /номинальное/ сопротивление электрическому току, для регулирования значений тока и напряжений.

Приборы и оборудование:

1. Источник электрической энергии;

2. Резисторы;

3. Амперметр (2 А);

4. Вольтметр постоянного тока;

5. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

1. Последовательное соединение резисторов:

а) Собрать цепь по схем;

Рис. 1 Схема последовательного соединения резисторов

б) Замкнуть цепь;

в) Измерить величину напряжений U₁ и U₂ и на отдельных резисторах (R₁ и R₂) и проверить соотношение U_общ = U₁ + U₂, измерить силу тока;

г) Подсчитать общее сопротивление резисторов: R_об = U_об/I;

д) Проверить справедливость формулы: P=U_об·I;

е) Записать показания всех приборов в табл.2.

Таблица 2

Число резисторов	Сопротивление, Ом	Напряжение, В	Сила тока	Эквивалент сопротивления, Ом	Мощность, Вт
R1	R2	U1	U2	Uоб	I	Rобщ	Р

2. Параллельное соединение резисторов:

а) Собрать цепь по схеме;

Рис. 2 Схема параллельного соединения резисторов

б) Замкнуть цепь;

в) Измерить силы токов I, I₁, I₂ и проверить соотношение I = I₁ + I₂;

г) Подсчитать мощность тока по формуле: U_об · I;

д) Подсчитать общее сопротивление резисторов: R_об = ;

е) Проверить справедливость формулы: ;

ж) Записать показания всех приборов в таблицу 3.

Таблица 3

Число резисторов	Сопротивление, Ом	Сила тока, А	Uоб, В	R, Ом	Р, Вт
R1	R2	I 1	I 2	I

Контрольные вопросы:

1. Как можно осветить елку шестивольтовыми лампочками, если напряжение в сети 220 В?

2. Для освещения трамвайного вагона применено 10 ламп, рассчитанных на напряжение 120. Как включены эти лампы?

3. Учащийся при измерении силы тока в лампе включил по ошибке вольтметр вместо амперметра. Что при этом произойдет?

Тема: ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ

Цель работы: научиться практически, измерять мощность в цепи однофазного переменного тока.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного токов используются ваттметры электродинамической системы. Неподвижная (токовая) обмотка ваттметра включается в цепь последовательно, подвижная (обмотка напряжения) обмотка – параллельно потребителю. В отличие от амперметров и вольтметров на лицевую панель выведены четыре зажима, два из них обозначены I или А – это токовые зажимы, а два других обозначены U или V – это зажимы обмотки напряжения. Два зажима помечены точками (или звездочками) называются генераторными, они одновременно являются началами обмоток. Генераторные зажимы следует объединить и подключить к проводу от источника питания. При таком подключении ваттметра стрелка будет отклоняться вправо.

Приборы и оборудование:

1. Ваттметр;

2. Амперметр с пределом измерения 2,5 А;

3. Вольтметр с пределом измерения 150 В или 300 В;

4. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

1. Записать в таблицу технические данные электроизмерительных приборов, используемых в работе.

2. Собрать электрическую цепь, согласно рис.4.

 

 

Рис.4. Схема измерения мощности в цени однофазного переменного тока

3. Подать напряжение в электрическую цепь и снять показания приборов. Меняя ламповую нагрузку выполнять три опыта. Данные измерений записать в табл.5.

Таблица 5

№ п/п	Данные измерений	Данные вычислений
I, A	U, B	P, Вт	P, Вт

Контрольные работы:

1. На чем основан принцип работы ваттметра электродинамической системы?

2. Указать основные детали электродинамической системы?

3. Как включается подвижная обмотка и неподвижная обмотка ваттметра?

4. Каким образом можно измерить активную мощность, если под рукой нет ваттметра электродинамической системы?

 

Формулы для расчета

Контрольные вопросы:

1. На чем основано преобразование величины напряжения в трансформаторе?

2. Чем опасно короткое замыкание во вторичной цепи трансформатора и как проводится опыт короткого замыкания?

3. Какие потери мощности имеются в трансформаторе их определить опытным путем?

4. Как определить КПД трансформатора?

Таблица 25

Частота f, Гц	UВЫХ, В	UВХ, В	К

Контрольные работы:

1. Объясните назначение усилителя.

2. Назначение всех элементов принципиальной схемы.

 

Общие положения

Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного тока. Основными элементами сглаживающего фильтра являются одна или несколько катушек индуктивности, обладающих индуктивностью L, включенных последовательно к нагрузке и конденсаторы С, включенные параллельно цепи нагрузки. Чем больше величины L и С в фильтре, тем выше коэффициент сглаживания.

Приборы и оборудование:

1. Панель выпрямителя;

2. Осциллограф;

3. Емкостные и индуктивные фильтры;

4. Вольтметр.

Порядок выполнения работы:

1. Собрать электрическую цепь однополупериодного выпрямителя.

Рис. 39

2. Подключить емкостный фильтр и замерить напряжение на выходе.

3. Подключить индуктивный фильтр и замерить напряжение на выходе.

4. Найти отношение U_2м/U₀ для каждого фильтра и сравнить.

5. Тоже самое проделать с мостовым выпрямителем.

Контрольная вопросы:

1. Что называется сглаживающим фильтром?

2. Какие знаете фильтры?

3. Как зависит от L и С фильтра коэффициент сглаживания?

Рассчитать фильтр (емкость или индуктивность фильтра) по соответствующему заданию.

 

Порядок выполнения работы.

1. Собрать электрическую схему.

2. Снять зависимость напряжения на выходе датчика в зависимости от положения ползунка потенциометра без нагрузки.

Данные измерения записать в таблицу.

3. Снять зависимость напряжения на выходе датчика от положения ползунка потенциометра с нагрузкой.

Данные измерения записать в таблицу.

Х, см
UВЫХ без RH
UВЫХ c RH

4. Построить зависимость U_ВЫХ = f (х) с нагрузкой и без нее.

Контрольные вопросы:

1. Что представляет собой электрический датчик?

2. Какие основные требования предъявляются к электрическим датчикам?

3. Что представляет собой потенциометрический датчик?

 

 

ОБРАЗЦЫ ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТОВ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Лабораторная работа

Тема: «Испытание генератора постоянного тока с параллельным возбуждением»

Цель работы: Практически научиться проводить простейшие испытания, дающие возможность судить о магнитных и электрических свойствах машин.

Выполнил студент гр. 490 - РАд Васильев О.А.

Проверил преподаватель Хайдукова В.В.

Приборы	Номинальное значение	Цена деления
Амперметр	2,5 А	0,025 А
Вольтметр	600 В	4 В
Вольтметр	65 В	0,2 В
Амперметр	250 мА	2 мА

 

Рис. 1

№ п/п	IВ, мА	Е, В

 

№ п/п	U, В	IH, А	IВ, мА	IЯ, А	%
				0,055
		0,525		0,662
		1,225		1,357
		1,7		1,807

Контрольные вопросы:

1. На основе какого физического явления происходит преобразование механической энергии в электрическую в генераторах?

2. Как в машине постоянного тока переменные напряжения (и токи) в обмотках якоря преобразовываются в постоянное напряжение на зажимах якоря (постоянный ток во внешней цепи)?

3. Чем обусловлено незначительное уменьшение напряжения на зажимах якоря, при увеличении нагрузки и как практически его регулировать?

4. Каковы могут быть причины отказа самовозбуждения генератора параллельного возбуждения?

Ответы на контрольные вопросы:

1. В генераторах энергия механическая преобразовывается в электрическую энергию. Двигатель в качестве, которого используют турбину или двигатель внутреннего сгорания вращает якорь в магнитном поле возбуждения. Вследствие этого вращения изменяется магнитный поток, пронизывающий нитки якоря, при этом индуктируется переменная ЭДС, которая создает переменный ток, который преобразуется в постоянный при помощи коллектора.

2. С помощью коллектора.

3. Уменьшением напряжения на зажимах генератора обусловлено:

3.1. Увеличение падения напряжения в обмотке якоря.

3.2. Уменьшением магнитного потока в машине.

3.3. Уменьшением напряжения подводимого к обмотке якоря.

4. Причинами отказа самовозбуждения является:

Отсутствие остаточного магнитного поля.

Неправильное подключение обмотки возбуждения к обмотке якоря.

 

 

Лабораторная работа

Тема: «Исследование режимов работы однофазного трансформатора»

Цель работы: Освоить практическое определение потерь в трансформаторе.

Выполнил студент гр. 490 - Рад Васильев О.А.

Проверил преподаватель Хайдукова В.В.

Приборы	Номинальное значение	Цена деления
Амперметр	5 А	0,05 А
Вольтметр	300 В	2 В
Ваттметр	750 Вт	5 Вт
Амперметр	10 А	0,1 А

 

Рис. 1

Данные измерений	Данные вычислений
U1, В	U2, В	I0, А	Р0, Вт	R1, Ом	Рм, Вт	РСТ, Вт	К	cos	0
		0,5			0,75	4,25		0,08	85,5

Р_М = 0,5 · 3 = 0,75

Р_СТ = Р₀ – Р_М

Р_СТ = 5 – 0,75 = 4,25

Рис. 2

Данные измерений	Данные вычислений
I1, А	I2, А	Uк, В	РК, Вт	R, Ом	РМ, Вт	РСТ, Вт
1,45	6,8				27,1	7,9

Контрольные вопросы:

1. На чем основано преобразование величины напряжения в трансформаторе?

2. Чем опасно короткое замыкание во вторичной цепи трансформатора и как проводится опыт короткого замыкания?

3. Какие потери мощности имеются в трансформаторе их определить опытным путем?

4. Как определить КПД трансформатора?

Ответы на контрольные вопросы:

1. Принцип работы основан на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, протекающий в первичной обмотке, создает переменный магнитный поток, этот поток замыкается в сердечнике трансформатора и пронизывает как первичную, так и вторичную обмотки и индуктируют ЭДС. Под действием ЭДС вторичной обмотки по потребителю будет протекать ток.

2. В опыте короткого замыкания вторичная обмотка замыкается накоротко. Но это опасно, потому что при этом токи в обмотках будут во много раз больше номинальных. Трансформатор выйдет из строя. Опыт проводится следующим образом: к первичной обмотке подводится пониженное напряжение, а вторичная замыкается накоротко.

3. В трансформаторе имеются потери в меди и потеря в стали.

4. КПД трансформатора :

где Р₂ - мощность вторичной обмотки;

Р₁ - мощность первичной обмотки.

 

Литература:

1. Попов В.С., Николаев С.А. Москва «Энергия» 1976 г. Общая электротехника с основами электроники.

2. Евдокимов Ф.Е. Москва «Высшая школа» 1982 г. Общая электротехника.

3. Данилов И.А., Иванов П.М. Москва «Высшая школа» 2000 г. Общая электротехника с основами электроники.

4. Харченко В.М. Москва «Энергоиздат» 1982 г. Основы электроники.

 

Содержание

Предисловие 3

Содержание отчета 4

Знакомство с измерительными приборами, сборка простейших

электрических схем 5

Опытная проверка свойств последовательного, параллельного

соединения резисторов 7

Определение потери напряжения в проводах электрической цепи 10

Измерение мощности 14

Измерение электрического сопротивления. Прямые и косвенные

методы измерения электрического сопротивления 16

Проверка измерительного прибора по эталону 19

Последовательное соединение активного и индуктивного сопротивлений 22

Последовательное соединение активного и емкостного сопротивлений 25

Исследование неразветвленной R, L, С цепи синусоидального тока 28

Исследование разветвленной R, L, С цепи синусоидального тока 31

Исследование трехфазной четырехпроводной электрической цепи

синусоидального тока 35

Исследование трехфазной трехпроводной электрической цепи

синусоидального тока 38

Измерение мощности в цепях трехфазного переменного тока 41

Исследование режимов работы однофазного трансформатора 45

Исследование рабочих характеристик трехфазного асинхронного

двигателя с короткозамкнутым ротором 48

Испытание генератора постоянного тока с параллельным возбуждением 52

Исследование электромагнитного реле 57

Исследование работы полупроводникового диода 60

Исследование входных и выходных характеристик биполярного транзистора 63

Исследование формы кривой напряжения на выходе однополупериодного

и двухполупериодного выпрямителя с фильтром 68

Исследование характеристик усилителя на биполярном транзисторе 74

Электронный стабилизатор 77

Исследование L, С фильтров 79

Снятие характеристик измерительных преобразователей 81

Исследование но осциллографе формы и амплитуды напряжения 84

Образцы оформления отчетов лабораторных работ 87

Литература 93

Электротехника и электроника. Методические указания к лабораторным