Главная страница
Навигация по странице:

  • ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Часть I

  • Введение Общие положения о работе лаборатории

  • Правила техники безопасности при работе в лаборатории общей электротехники

  • Подготовка к проведению эксперимента

  • Порядок проведения работ

  • Отчет по выполненной работе

  • Паспортные данные прибора

  • Краткое описание лабораторного стенда

  • Лабораторная работа № 1 Исследование последовательной цепи переменного тока Цель работы

  • Методические указания по выполнению работы

  • Обработка результатов измерений и составление отчета по работе

  • методичка электротехника Рукобратский Сезина. Электротехника



    Скачать 4 Mb.
    НазваниеЭлектротехника
    Анкорметодичка электротехника Рукобратский Сезина.doc
    Дата04.05.2018
    Размер4 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файламетодичка электротехника Рукобратский Сезина.doc
    ТипМетодические указания
    #20167
    страница1 из 5
      1   2   3   4   5

    Министерство образования и науки

    Российской Федерации
    Санкт-Петербургский государственный

    архитектурно-строительный университет
    Факультет инженерной экологии и городского хозяйства
    Кафедра электроэнергетики и электротехники

    ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

    Часть I
    Методические указания

    к выполнению лабораторных работ

    Санкт-Петербург

    2014
    УДК 621.311.1; 621.314.042.52; 621.314.222.6
    Рецензент канд. техн. наук; доц. Резниченко В. В.
    Электротехника. Часть I: метод. указания / сост.: Н. И. Рукобратский, И. С. Сезина; СПбГАСУ. – СПб., 2014. – С. 52.

    Методические указания к лабораторным работам разработаны применительно к читаемому в СПбГАСУ курсу для всех специальностей очного, вечернего и заочного обучения, могут быть использованы при подготовке к экзаменам.

    Методические указания содержат все сведения, необходимые для выполнения лабораторных работ.

    Табл. 11. Ил. 14.

    © Санкт-Петербургский государственный

    архитектурно-строительный университет, 2014

    Введение
    Общие положения о работе лаборатории
    До начала лабораторных работ студенты обязаны ознакомиться с организацией их выполнения, правилами техники безопасности в лаборатории электротехники и пройти инструктаж по технике безопасности с распиской об этом в соответствующем журнале.

    Работы в лаборатории могут проводиться только с разрешения профессорско-преподавательского состава кафедры.

    При выполнении студентами лабораторной работы на рабочем месте могут находиться только материалы, необходимые для выполнении данной работы: инструкции, руководства и черновые записи по проводимой работе.

    При выполнении работ в лаборатории студенты обязаны: бережно обращаться с лабораторным имуществом, знать правила пользования измерительными приборами, применять приборы и аппараты только по прямому назначению в пределах допустимых величин тока и напряжения.

    Студенты, виновные в повреждении приборов и аппаратов, несут за это материальную ответственность.
    Правила техники безопасности при работе в лаборатории общей электротехники
    1. Проводить работу на стенде разрешается группе студентов не менее двух человек. Работа на стенде одного студента разрешается в порядке исключения и только в присутствии преподавателя или лаборанта.

    2. Перед сборкой схемы на рабочем месте студенты обязаны убедиться, что стенд лабораторной установки отключен от сети электропитания.

    3. Сборку схемы разрешается производить только исправными изолированными проводами с наконечниками.

    4. Подключать схему к электросети разрешается только с разрешения преподавателя или лаборанта.

    5. Перед подключением схемы к электросети студенты должны обязательно убедиться, что никто не прикасается к токоведущим частям установки.

    6. В случае необходимости каких-либо переключений или отключений элементов экспериментальной установки, находящейся под напряжением, установка должна быть отключена от сети.

    7. Включение и отключение стенда от электросети должно производиться одним и тем же лицом. В случае ненормальной работы установки или угрозе поражения электрическим током кого-либо из работающих, отключение стенда от сети должно быть произведено немедленно любым из участников работы. О случившемся должно быть доложено руководителю работ или кому-либо из персонала лаборатории. Повторное включение установки может быть допущено только руководителем работ после ее проверки и устранения неисправностей.

    8. При временном прекращении работ на лабораторном стенде он должен быть отключен от сети.
    Подготовка к проведению эксперимента
    При подготовке к лабораторным работам и составлении отчета рекомендуется использовать материал лекций и рекомендованную учебную литературу. До начала выполнения работ каждый студент обязан:

    а) ознакомиться с содержанием предстоящей работы и получить указания преподавателя по всем неясным вопросам;

    б) подробно ознакомиться со схемой лабораторной установки, номинальными данными приборов и аппаратов, смонтированных на лабораторном стенде, и особенно с расположением выключателей, подающих питание установке;

    в) подготовить предварительные черновые записи по предстоящей работе, принципиальную схему, таблицу для записи паспортных данных приборов, таблицы для записи экспериментальных данных, расчетные формулы и т. п.

    Примечание. Изучение теоретического материала, описание выполняемой лабораторной работы, подготовка черновых записей (схем, таблиц, формул и т. п.) производятся студентом до прихода в лабораторию для выполнения работы.

    Перед началом работы студенты опрашиваются руководителем работ по содержанию предстоящей лабораторной работы. Студенты, не подготовленные к проведению лабораторной работы, не допускаются к ее выполнению.

    Для проведения лабораторных работ учебная группа делится на бригады численностью в два - четыре человека.

    Из числа студентов бригады, выполняющей лабораторную работу, один назначается старшим и следит за соблюдением техники безопасности и настоящего положения во время проведения эксперимента.
    Порядок проведения работ
    Учебно-лабораторные работы выполняются студентами в соответствии с данными методическими указаниями и требованиями руководителя занятиями. При ознакомлении со схемой установки и лабораторным стендом студенты должны определить назначение каждого из приборов, аппаратов, смонтированных на стенде и их место в схеме выполняемой лабораторной работы с учетом назначения, пределов измерения приборов и измеряемых ими величин. Паспортные данные приборов, используемые в данной работе, записать в табл. 1. Данные приборов указаны на их шкалах.

    Собрать схему лабораторной установки. Сборку схемы разрешается производить только исправными проводниками с исправными наконечниками и обязательно при отключенном электропитании. При сборке схемы вначале, как правило, следует включать главные токовые цепи, затем - параллельные измерительные цепи и цепи сигнализации и блокировки. Присоединение проводников к клеммам приборов и аппаратов должно быть надежным и обеспечивать хороший электрический контакт. К каждому зажиму электроизмерительных приборов и реостатов разрешается подключать не более двух проводников.

    Собранную схему студенты обязаны показать преподавателю или лаборанту для проверки правильности ее сборки и получения разрешения на выполнение эксперимента.
    Порядок окончания работ
    По окончании работы студенты обязаны отключить схему от электросети.

    Каждый студент обязан предъявить руководителю работ на проверку и подпись черновик записей результатов экспериментов, после чего руководитель разрешает произвести разборку схемы.

    Разобрав схему, студенты обязаны: аккуратно сложить все проводники, использованные при работе и убрать их в стол лабораторного стенда; привести в порядок свое рабочее место и возвратить персоналу лаборатории приборы, полученные на время выполнения работы.
    Отчет по выполненной работе
    Отчет по выполненной работе составляется лично каждым студентом и предъявляется руководителю работы на следующем занятии. Студенты, не сдавшие отчеты по предыдущей лабораторной работе, к выполнению следующей работы не допускаются.

    Отчет должен содержать:

    а) титульный лист;

    б) принципиальную электрическую схему с необходимыми пояснениями к ней;

    в) таблицу с записью паспортных данных применяемых в работе измерительных приборов;

    г) таблицы с экспериментальными данными и результатами вычислений;

    д) графики и векторные диаграммы;

    е) основные формулы, по которым производилась обработка экспериментальных данных, и примеры расчетов.

    Отчет оформляется на листах бумаги формата А4 или двойных листах из тетради в клетку и подписывается студентами с указанием даты оформления отчета. Текст, таблицы, формулы в отчете должны быть написаны чернилами.

    Принципиальная электрическая схема лабораторной установки должна быть выполнена с обязательным соблюдением требований ГОСТ ЕСКД в части условных графических обозначений и правил выполнения электрических схем.

    Паспортные данные приборов рекомендуется записывать в табл. 1.

    Формы таблиц для записи экспериментальных данных и вычисленных величин приведены в методических указаниях к каждой конкретной работе.

    Графики и векторные диаграммы должны быть выполнены с указанием на них принятых масштабов.
    Таблица 1

    Паспортные данные прибора





    п/п


    Наименование прибора

    Обозначение

    по схеме

    Тип прибора

    Система

    Класс

    точности

    Пределы измерения

    Цена деления

    Заводской номер

    Примечание






























    На титульной странице отчета по работе в правом верхнем углу должны быть указаны специальность, группа, фамилия и инициалы студента. Ниже должны быть указаны номер и наименование лабораторной работы, приведена схема лабораторной установки. Все другие материалы отчета разместить на следующих страницах.
    Краткое описание лабораторного стенда
    Лабораторный стенд предназначен для проведения лабораторных работ по электротехнике.

    Схема лабораторной работы собирается студентом на стенде с помощью соединительных проводников.

    Конструктивно стенд выполнен в виде приборного щита (рис. 1), на котором расположены электроизмерительные приборы, элементы включения и питания стенда и другое электрооборудование. На лабораторном столе установлен также блок реостатов и выключателей и могут находиться дополнительное оборудование и измерительные приборы, необходимые для проведения конкретной лабораторной работы.

    Все элементы, необходимые для сборки исследуемых лабораторных схем, выведены на клеммы передних панелей блоков.

    Лабораторный стенд включает в себя:

    – блок конденсаторов;

    – блок однофазного счетчика;


    Рис. 1 Общий вид приборного щита

    1-блок конденсаторов; 2-блок однофазного счетчика; 3-блок питания; 4-блок измерительных приборов; 5-блок выпрямителя и лабораторного автотрансформатора (ЛАТР); 6-блок ламп накаливания


    – блок питания;

    – блок электроизмерительных приборов;

    – блок выпрямителя с автотрансформатором;

    – блок ламповых реостатов.

    Блок конденсаторов состоит из двух групп конденсаторов переменной и постоянной емкости. Группа конденсаторов переменной емкости набирается путем суммирования отдельных емкостей. Суммирование производится при включении тумблеров блока с указанием номинала подключаемой емкости.

    Группа конденсаторов постоянной емкости состоит из трех отдельных конденсаторов емкостью 10; 20 и 30 мкФ.

    Блок однофазного счетчика энергии предназначен для определения потребляемой энергии.

    Блок питания имеет следующие выводы на панели стенда:

    – две розетки для подключения стенда к сети с однофазным напряжением 127, 220, В;

    – клеммы 0, А, В, С — для подключения трехфазного напряжения с нулевым проводом;

    – три предохранителя на 5 А каждый;

    – три сигнальные лампы.

    Блок измерительных приборов представлен амперметрами, миллиамперметрами и вольтметрами постоянного и переменного тока.

    На панели блока выпрямителя и автотрансформатора (ЛАТР) размещены следующие элементы:

    – клеммы для подключения первичной обмотки автотрансформатора к сети с напряжением-127, 220 В;

    – маховик для установки заданного выходного напряжения;

    – клеммы вторичной обмотки автотрансформатора;

    – клеммы выпрямленного напряжения ( + ) и (–);

    – два тумблера включения выпрямителя.

    Блок ламповых реостатов имеет три группы ламп, которые через клеммы А и Х, В и Y, С и Z подключаются к сети. Сопротивления в каждой группе зависят от количества включенных ламп. Включение лампы производится тумблером, установленным под лампой.

    Лабораторная работа № 1
    Исследование последовательной цепи переменного тока
    Цель работы
    Измерение и вычисление параметров последовательной цепи. Приобретение навыков в построении векторных диаграмм.
    Программа работы
    1. Ознакомиться с лабораторным стендом и выбрать необходимые измерительные приборы и электрооборудование.

    2. Собрать измерительную цепь (рис. 1. 1, а) и после проверки ее преподавателем записать паспортные данные используемых приборов в таблицу "Паспортные данные приборов".

    3. Подключить к измерительной цепи последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор. Снять резонансную кривую зависимости тока цепи от емкости конденсатора.

    4. Исследовать работу неразветвленной цепи, содержащей:

    а) последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор;

    б) катушку индуктивности;

    в) конденсатор;

    г) ламповый реостат.

    5. НИРС: снять резонансную кривую зависимости тока цепи от частоты напряжения питания, используя звуковой генератор переменной частоты.
    Методические указания по выполнению работы
    1. Выбор пределов измерения измерительных приборов производится исходя из следующих условий:

    а) предел измерения вольтметров и обмотки напряжения ваттметра зависит от величины измеряемого напряжения (250 В);

    б) предел измерения амперметра определяется величиной максимального тока в цепи (1 А).

    2. При сборке схемы использовать ламповый реостат, который обладает только активным сопротивлением rr; катушку индуктивности со стальным сердечником zk, которая обладает активным сопротивлением rk и реактивным (индуктивным) сопротивлением xk; переменный конденсатор с дискретным изменением емкости, который обладает реактивным (емкостным) сопротивлением xс (активным сопротивлением конденсатора можно пренебречь).



    Рис. 1.1. Принципиальные схемы:

    а — измерительная цепь; б — нагрузки, подключаемые к зажимам измерительной цепи (последовательное соединение катушки индуктивности и конденсатора, катушка индуктивности, конденсатор, ламповый реостат)
    3. Для снятия резонансной кривой подключить к точкам ХТ3, ХТ4 измерительной цепи (рис. 1.1, а) последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор.

    Изменяя емкость конденсатора от 0,5 до 10 мкФ, через 0,5 мкФ записать в табл.1.1 значения емкости и тока.

    По полученным экспериментальным данным построить резонансную кривую I=f(C). Определить резонансную емкость конденсатора Ср, соответствующую максимальному значению тока. Провести прямую, параллельную оси абсцисс, на уровне 0,7 Imax и определить емкости конденсатора Cmin и Cmax, соответствующие точкам пересечения этой прямой и резонансной кривой.
    Таблица 1.1

    Зависимость тока цепи от емкости конденсатора при последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора


    C, мкФ




    I, A




    4. Для исследования работы неразветвленной цепи к точкам ХТ3, ХТ4 измерительной цепи (рис. 1.1, а) поочередно подключить нагрузки, приведенные на рис. 1.1, б: последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор; катушку индуктивности; конденсатор; ламповый реостат. Произвести измерения тока, мощности и напряжений. Результаты измерения записать в табл. 1.2.

    При последовательно соединенных катушке индуктивности и конденсаторе измерения произвести при трех емкостях конденсатора Cmin , Ср и Cmax , определенных ранее.
    Обработка результатов измерений

    и составление отчета по работе
    При последовательном соединении участков электрической цепи полное сопротивление всей цепи
     (1.1)
    и определяется из выражения (1.2)
    где rактивное сопротивление всей цепи; x – реактивное сопротивление всей цепи.
    Таблица 1.2

    Результаты измерений в неразветвленной цепи


    № п/п


    Характер нагрузки


    Измеренные величины


    Примечание

    U, B

    I, A

    P, Вт

    Uk, B

    Uc, B

    1

    Катушка индуктивности и конденсатор
















    xk < xc(Cmin= )

    2
















    xk = xc (Cp= )

    3
















    xk > xc (Cmax= )

    4

    Катушка индуктивности



















    5

    Конденсатор
















    Cmin=

    6

    Ламповый реостат



















    Активное сопротивление катушки вычисляется по формуле:
     (1.3)
    где Рk — активная мощность, потребляемая катушкой индуктивности, в опытах 1, 2, 3 и 4 равная активной мощности всей цепи Р.

    Реактивное (индуктивное) сопротивление катушки определяется следующим образом:
     (1.4)
    где  - полное сопротивление катушки индуктивности.

    Индуктивность катушки вычисляется по формуле:
     (1.5)
    где ω, с-1 — круговая частота напряжения питания; f = 50 Гц — циклическая частота напряжения питания.

    Реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора можно вычислить следующим образом:
     (1.6)
    Емкость конденсатора определяется по формуле:
    . (1.7)
    Коэффициенты мощности всей цепи cosφ и катушки индуктивности cosφк вычисляются по формулам:
    (1.8)

    (1.9)
    Составляющие напряжения катушки Uak — активная и реактивная Upk — определяются по формулам:
    (1.10)
    Активное сопротивление лампового реостата определяется по данным опыта 6 как
    (1.11)
    Реактивное сопротивление всей цепи при последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора можно определить по формуле:
    . (1.12)
    Рассчитанные значения параметров цепи записать в табл. 1.3.

    По результатам измерений и расчетным данным строятся векторные диаграммы. На рис. 1.2 приведен пример построения векторной диаграммы.



    Рис. 1.2. Пример построения векторной диаграммы для последовательного соединения катушки индуктивности и конденсатора
    Таблица 1.3

    Параметры неразветвленной цепи


    № п/п

    Ламповый реостат

    Катушка индуктивности

    Конденса-тор

    Вся цепь

    rr, Ом

    rk, Ом

    xk, Ом

    zk, Ом

    cosφk

    L, мГн

    Uak, B

    Upk, B

    xc,Ом

    C, мкФ

    r, Ом

    x, Ом

    z,Ом

    cosφ

    1











































    ...












































    При построении векторных диаграмм для последовательного соединения элементов электрической цепи за исходный вектор принимается вектор тока. Векторы напряжений откладываются в масштабе, общем для всех напряжений. Вектор Ūr совпадает по направлению с вектором тока, а вектор Ūс отстает от вектора тока на угол π/2. Вектор напряжения Ūk строится как векторная сумма вектора активной составляющей Ūаk, совпадающего по фазе с вектором тока, и вектора индуктивной составляющей Ūpk, опережающего вектор тока на угол π/2.

    Вектор приложенного к схеме напряжения Ū равен векторной сумме векторов напряжений на отдельных элементах цепи.

    При последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора и условии
    хk= хс . (1.13)
    наступает резонанс напряжений.

    В этом режиме цепь ведет себя как активное сопротивление:
     (1.14)
    При резонансе напряжений, если реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора значительно больше активного сопротивления цепи, на катушке индуктивности и конденсаторе возникают перенапряжения, величина которых существенно больше напряжения питания, что может привести к пробою изоляции и выходу из строя этих элементов.

    В отчете привести:

    – принципиальные схемы с необходимыми пояснениями;

    – паспортные данные приборов;

    – таблицы и расчетные формулы;

    – резонансную кривую;

    – векторные диаграммы для режимов, указанных преподавателем.
      1   2   3   4   5


    написать администратору сайта