Соединение проводников. Магнитная индукция и напряженность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Областное государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Ютановский агромеханический техникум»

Методические рекомендации

для выполнения лабораторно-практических работ

по ОП.01 «Электротехника»

Профессия: 23.01.03 «Автомеханик»

Разработчик:

преподаватель спец. дисциплин

Кравцов А.М.



Содержание

сопротивление напряжение резонанс контактор

Введение

1. Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ

2. Методические указания к выполнению лабораторных работ

3. Последовательное и параллельное соединение проводников

4. Нахождение сопротивления резистора по его вольт-амперной характеристике

5. Расчет цепей постоянного тока

6. Нахождение магнитной индукции и напряженности. Расчет напряженности, индукции и магнитного потока

7. Проверка закона Ома при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, получение резонанса напряжений

8. Изучение параллельного соединения индуктивного и емкостного сопротивлений и проверка резонанса токов

9. Измерение сопротивления с помощью амперметра и вольтметра. Определение абсолютной и относительной погрешностей, класса точности, цены деления и чувствительности приборов

10. Нахождение параметров трансформатора по его внешней характеристике и зависимости КПД от нагрузки. Составление схем соединения трехфазных трансформаторов

11. Составление простейших схем, отражающих принцип действия электрических машин

12. Построение энергетических диаграмм двигателей постоянного и переменного тока

13. Исследование автоматических выключателей

14. Исследование работы контактора

Список литературы



Введение

Настоящие методические рекомендации по курсу «Электротехника» предназначены для проведения лабораторно-практических работ в соответствии с рабочими программами дисциплин.

Использование методических рекомендаций для организации учебного процесса по курсу «Электротехника» позволяет значительно повысить готовность студентов к решению практико-ориентированных задач высокого уровня сложности, способствует вовлечению студентов в профессиональную деятельность.



1. Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ

До начала работ каждый студент ДОЛЖЕН внимательно ознакомиться с настоящими правилами и расписаться в журнале учета инструктажа по технике безопасности.

Студент ОБЯЗАН выполнять следующие правила:

1. Перед включением лабораторного комплекса в сеть 220 В убедитесь, что тумблер включения находится в положении «ВЫКЛ».

2. При сборке цепи используйте провода с исправной изоляцией. Подключая приборы, проверяйте соблюдение норм нагрузки (рабочее напряжение конденсатора, максимальный ток для катушек индуктивности и т.п.).

3. Сборку электрической цепи ведите по контурам, начиная с основного (содержащего источник питания); мультиметр, образующий вспомогательный контур, подключайте в последнюю очередь.

4. Включайте источники питания только после проверки цепи преподавателем.

5. Для проведения любых переключений в цепи отключите источник питания, чтобы избежать короткого замыкания участка цепи.

6. Отключите питание по завершению измерений.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ

1. Касаться токоведущих частей схемы металлическими предметами, работать мокрыми руками.

2. Без разрешения преподавателя включать лабораторные стенды в сеть 220 В и подавать напряжение на схему.

3. Перемещать лабораторные стенды с одного стола на другой или вскрывать их.

4. Курить в лаборатории, находиться в верхней одежде или головных уборах.

По всем возникающим вопросам студентам следует обращаться к преподавателю или лаборанту. За порчу оборудования студенты несут материальную ответственность.

2. Методические указания к выполнению лабораторных работ

1. Каждый студент выполняет работы по специальному графику.

2. К выполнению работы необходимо подготовиться до начала занятия в лаборатории.

3. Помимо данного методического пособия рекомендуется использовать дополнительную литературу и конспект лекций.

4. При подготовке необходимо продумывать ответы на контрольные вопросы.

5. К выполнению работы допускаются только подготовленные студенты.

Правила оформления отчета о лабораторной работе

Лабораторная работа представляет собой небольшое, но вполне законченное учебное научное исследование. Отчет о лабораторной работе является документом, отражающим результаты выполненного исследования с максимальной полнотой и объективностью.

К оформлению научно-технической документации предъявляются единые требования. В определенной мере этим требованиям должен удовлетворять и отчет о лабораторной работе.

Результаты деятельности обучающихся при выполнении лабораторно-практических работ оцениваются по следующим критериям:

Лабораторная работа считается выполненной и учащийся получает оценку, если:

лабораторная работа выполнена в полном объеме и оформлен отчет по лабораторной работе.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Схемы электрических цепей для проведения экспериментов

3. Исходные данные и полный расчет предварительного задания к эксперименту, если это необходимо

4. Таблицы вычислений и измерений,

5. Графики зависимостей и необходимые диаграммы

6. Выводы

Отчет по лабораторной работе должен соответствовать следующим требованиям:

- правильно используется электротехническая терминология и символика;

- выполнены необходимые измерения, которые записываются в таблицу;

- выполнены необходимые вычисления и результаты расчетов записаны в таблицы;

- правильно выполнены необходимые чертежи и графики;

- записи выполнены последовательно и аккуратно;

- правильно сформулированы ответы на контрольные вопросы.

Если лабораторная работа не удовлетворяет критериям оценки, то оценка по лабораторной работе не ставится, и учащийся должен устранить недостатки в своей работе.

3. Последовательное и параллельное соединение проводников

1. Цель работы: получение навыков сборки простых электрических цепей, включения в электрическую цепь измерительных приборов. Научиться измерять токи и напряжения, убедиться в соблюдении законов Ома и Кирхгофа в линейной электрической цепи. Исследовать влияние изменения параметров одного потребителя на режим работы других потребителей при последовательном, параллельном и смешанном соединении.

2. Порядок выполнения работы:

1. Изучить главу «Описание оборудования».

2. Изучить теоретические основы по материалам лекций или перечню рекомендованной преподавателем литературы.

3. Убедиться, что выключатель модулей стенда находится в положении «ВЫКЛ».

4. По указанию преподавателя, выбрать модули для выполнения текущего задания. Расставить их на лабораторной стойке так, чтобы было удобно проводить эксперимент. Подготовить соединительные провода (перемычки), входящие в комплект поставки.

5. Подключить модули к сети ~220В 50Гц.

6. Соединить модули согласно принципиальной электрической схеме или схеме соединений.

7. Провести эксперимент.

8. Отключить модули от сети ~220В 50Гц.

9. Составить отчет по лабораторной работе.

3. Порядок проведения эксперимента:

В работе используются:

модули: «Источник питания», «Сопротивления добавочные», «Мультиметры», «Измерительные приборы».

1) Собрать линейную электрическую цепь постоянного тока с последовательным соединением элементов (рис. 1). Установить в соответствии номером варианта (табл. 1) величины номинальных сопротивлений резисторов R1 - R3. Представить схему для проверки преподавателю.



Таблица 1

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8
R1, Ом
R2, Ом
R3, Ом

2) Включить электропитание модулей (перевести в положение «ВКЛ» выключатели питания). Измерить ток в цепи, величину напряжение на входе цепи и напряжения на резисторах R1, R2 и R3(с помощью мультиметров). Результаты измерений занести в табл. 2. Изменить величину сопротивления R2 и снова провести аналогичные измерения. Выключить питание модулей. По результатам измерений вычислить сопротивление каждого потребителя (R1, R2, R3) и общее (эквивалентное) сопротивление RЭ цепи. Результаты вычислений занести в табл. 2.

Рис. 1. Изучение линейной электрической цепи постоянного тока с последовательным соединением элементов

3) Сравнить результаты измерений и убедиться в том, что сумма сопротивлений отдельных потребителей равна сопротивлению всей цепи. Убедиться в соблюдении второго закона Кирхгофа. Объяснить изменение режима работы цепи и отдельных потребителей при изменении величины сопротивления одного из резисторов.



Таблица 2

Измерено	Вычислено
Напряжение на входе цепи U, В	Ток в цепи, I, А	Напряжение на потребителях, В	Сопротивление потребителей, Ом	Эквивалентное сопротивление цепи, RЭ, Ом
		U1	U2	U3	R1	R2	R3

4) Собрать линейную цепь с параллельным соединением резисторов (рис. 2), подключив только резистор R1. После проверки собранной цепи включить электропитание модулей стенда. Установить в соответствии номером варианта (табл. 3) величину номинального сопротивления резистора R1. Измерить напряжение и токи в цепи. Результаты измерений занести в табл. 4. Подключить в схему резистор R2, установить значение сопротивления из табл. 3, снова измерить напряжение и токи в цепи. Аналогично подключить третий резистор R3 и измерить напряжение и токи. Результаты измерений занести в табл. 4.

Таблица 3

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8
R1, Ом
R2, Ом
R3, Ом

5) Изменить в соответствии с заданным вариантом величину сопротивления R2 и снова провести измерения. Выключить электропитание модулей. По результатам измерений рассчитать сопротивления резисторов R1, R2, R3 и сопротивление всей цепи RЭ, проводимости отдельных ветвей g1, g2, g3 и всей цепи gЭ. Результаты вычислений занести в табл. 4. Убедиться в соблюдении первого закона Кирхгофа. Сделать вывод об изменении режима работы цепи и отдельных потребителей при изменении величины сопротивления резистора R2.

Рис. 2. Изучение линейной электрической цепи постоянного тока с параллельным соединением элементов

Таблица 4

Измерено

Вычислено

U, В

I, А

I1, А

I2, А

I3, А

R1, Ом

R2, Ом

R3, Ом

g1, См

g2, См

g3, См

RЭ, Ом

g'Э, См

--

--

--

4. Нахождение сопротивления резистора по его вольт-амперной характеристике

Цель работы: научиться находить сопротивление резистора по его вольт-амперной характеристике Электрическую цепь и исходные числовые значения ЭДС и сопротивлений студенты выбирают в соответствии с номером варианта.

В работе приводится:

- номер и название работы;

- задание к работе;

- схема электрической цепи;

- исходные данные к расчету в соответствии с вариантом;

- результаты расчетов с краткими комментариями.

Методические указания по выполнению расчетов

Часть I. Измерение сопротивления резистора

Собрать цепь по схеме (см. рисунок 3). Посредством регулятора для изменения напряжения источника установить напряжение в пределах 15-20 В. Записать значение тока I_mA и напряжения U_v, измеренные приборами. Рассчитать значение тока и напряжения на резисторе, сопротивление R резистора.

Рисунок 3

Собрать цепь по схеме (см. рисунок 4). Регулятором источника установить ток в пределах 80-100 мА. Записать значение тока I_mA и напряжения U_v, измеренные приборами. Рассчитать значение тока и напряжения на резисторе, сопротивление R резистора.

Рисунок 4



Сравнить между собой значения R, найденные в п. 1 и п. 2.

Часть II. Вольт-амперная характеристика линейного резистора

Собрать цепь по рисунку 3. Изменяя примерно равными интервалами напряжения источника в пределах от нуля до 20 В или его ток в пределах от нуля до 100 мА, занести результаты измерений в таблицу. Посторить на графике зависимость U(I) - прямую, проходящую через начало координат. Взяв на вольт-амперной характеристике произвольную точку, найти значение сопротивления R и сравнить его со значениями, рассчитанными в предыдущем пункте.

На графике построить вольт-амперные характеристики резисторов, сопротивление которых равно 2R и 0,5R.

Пример

Условие задачи: Постройте вольт-амперные характеристики для проводников сопротивлением 2 Ом и 3 Ом. Найдите графически напряжения U1 и U2 на проводниках при силе тока 1 А, а также силу тока в проводниках I, и I2, если к ним приложено одинаковое напряжение 12 В.

Дано:

Найти:

Решение:



Ответ:

Задание для самостоятельного решения

Выберите схему электрической цепи и значения для силы тока и эдс согласно своего варианта.

№ варианта	R1, Ом	R2, Ом	U, В	I,A
1	2	3	40	2
2	3	6	120	12
3	10	5	110	6
4	5	7	220	4
5	6	2	24	8
6	8	14	12	16
7	7	15	18	14
8	12	4	36	22
9	15	8	42	24
10	4	11	170	1

5. Расчет цепей постоянного тока

Цель работы: научиться рассчитывать электрические цепи постоянного тока, используя законы Кирхгофа.

Электрическую цепь и исходные числовые значения ЭДС и сопротивлений студенты выбирают в соответствии с номером варианта.

В работе приводится:

- номер и название работы;

- задание к работе;

- схема электрической цепи;

- исходные данные к расчету в соответствии с вариантом;

- результаты расчетов с краткими комментариями.

Проверенное преподавателем задание должно быть защищено студентом.

Методические указания по выполнению расчетов

Согласно первому закону Кирхгофа: алгебраическая сумма токов входящих в узел равна сумме токов исходящих из узла.

Согласно второму закону Кирхгофа: алгебраическая сумма напряжений на резистивных элементах замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в этот контур. Расчет многоконтурной линейной электрической цепи, имеющей n-ветвей и m-узлов, сводится к определению токов отдельных ветвей и напряжений на зажимах элементов, входящих в данную цепь.

Пассивной называется ветвь, не содержащая источника ЭДС. Ветвь, содержащая источник ЭДС, называется активной.

1-й закон Кирхгофа применяют к независимым узлам, т.е. таким, которые отличаются друг от друга хотя бы одной новой ветвью, что позволяет получить (n-1)-уравнений. Недостающие уравнения в количестве m - (n -1) составляют, исходя из второго закона Кирхгофа.

Уравнения записывают для независимых контуров, которые отличаются один от другого, по крайней мере, одной ветвью.

Порядок выполнения расчета:

- в электрической цепи выделяют ветви, независимые узлы и контуры;

- с помощью стрелок указывают произвольно выбранные положительные направления токов в отдельных ветвях, а также указывают произвольно выбранное направление обхода контура;

- составляют уравнения по законам Кирхгофа, применяя следующее правило знаков: а) токи, направленные к узлу цепи, записывают со знаком "плюс", а токи, направленные от узла,- со знаком "минус" (для первого закона Кирхгофа); б) ЭДС и напряжение на резистивном элементе (R) берутся со знаком "плюс", если направления ЭДС и тока в ветви совпадают с направлением обхода контура, а при встречном направлении - со знаком "минус";

- решая систему уравнений, находят токи в ветвях.

При решении могут быть использованы ЭВМ, методы подстановки или определителей. Отрицательные значения тока какой-либо ветви указывают на то, что направление тока противоположно выбранному.

Баланс мощностей цепи.

Баланс мощности цепи составляют для проверки расчетов. Его записывают в виде:

Р_рез?Р_ист, Р_рез=, Р_ист=

В уравнении баланса произведение (мощность источника) подставляют со знаком "плюс", если истинное направление тока, протекающего через источник, и направление ЭДС источника совпадают, и со знаком "минус" - при встречном направлении (источник работает в режиме приемника).

Хорошее совпадение P₁ и P₂ говорит о том, что расчеты выполнены правильно.

Пример выполненного задания

Для заданной электрической цепи постоянного тока выполнить расчеты методом непосредственного применения законов Кирхгофа, если R₁=2,3 Ом, R₂=6,3 Ом, R₃=1,8 Ом; е₁ = 5,7 В, е ₂ = 4,5 В, е ₃ = 2,7 В.

1. Нарисовать схему.

2. Выбрать контуры и направления их обхода.

3. Обозначить токи в ветвях.



Размещено на http://www.allbest.ru/

4. Составить систему уравнений.

Так как узла в цепи два, то по первому закону Кирхгофа составим одно уравнение (для узла д):

I₁ - I₂ - I₃ = 0 (1)

По второму закону Кирхгофа составляем еще два уравнения, так как всего неизвестных три:

I₁*R₁+ I₂*R₂ (2)

I₃*R₃- I₂*R₂ (3)

Подставим в полученные уравнения, известные значения:

I₁ - I₂ - I₃ = 0 (1)

- 5.7 - 4.5 = 2,3I₁ + 6.3I₂ (2)



4.5 +2.7 = 1.8I₃ - 6.3I₂ (3)

5. Определить токи, путем решения системы уравнений.

Промежуточные результаты:

- I₁ - 2,74 I₂ + 0 I₃ = 4,43

3,74 I₂ - 1,07 I₃ = - 4,27

-2,07 I₃ = 0,156

далее

I₃= - 0,08 A,

3,74 I₂= - 4,27- 0,086; I₂= - 1,16 A,

- I₁= 4,43 - 3,19; I₁= - 1,24 A.

Решая систему, получили токи в ветвях:

I₁ = -1,24 А;

I₂ = -1,16 А;

I₃ = - 0,08 А.

Знак «-» в значении тока I говорит о том, что направление тока противоположно выбранному.

Поэтому на рисунке на самом деле: совпадают по направлению, тоже совпадают по направлению, а противоположно направлены.

Напряжения на резисторах:

U₁=I₁*R₁= 1,24*2,3=2,852 В

U₂=I₂*R₂= 1,16*6,3= 7,308 В

U₃=I₃*R₃= 0,08*1,8 = 0,144 В.



6. Проверить баланс мощностей. Согласно уравнению баланса мощностей мощность источников равна мощности потребителей в каждый момент времени.

Найдем мощность, выделяемую на резисторах R1, R2, R3 в виде теплоты:

Р_рез=,

P₁ = 1,24²2,3+1,16² 6,3 + 0,08²1,8 = 12,025 Вт.

Найдем мощность, выделяемую источниками тока в результате работы сторонних сил:

Р_ист=

P₂ = 5,71,24 + 4,51,16 - 0,082,7 = 12,072 Вт.

Для третьего источника тока мощность отрицательная, так как I₃ направлен против ЭДС.

Хорошее совпадение P₁ и P₂ говорит о том, что расчеты выполнены правильно.

Ответ:

Окончательный вид схемы с обозначением номиналов:



I₁ = -1,24 А;

I₂ = -1,16 А;

I₃ = - 0,08 А.

Задание для самостоятельного решения

Для заданной электрической цепи постоянного тока выполнить расчеты методом непосредственного применения законов Кирхгофа.

Выберите схему электрической цепи и значения для силы тока и эдс согласно своего варианта.

№ варианта	№ рисунка/схемы	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	е1, В	е2, В	е3, В
1	рис. 1	2	3	4	40	20	15
2	рис. 2	3	6	18	120	120	-
3	рис. 3	10	5	20	110	60	-
4	рис. 4	5	8	10	-	10	40
5	рис. 5	2	4	2	1	3	5
6	рис. 6	36	60	40	120	-	-
7	рис. 7	2	3	4	40	20	15
8	рис. 8	5	8	10	-	10	40
9	рис. 3	10	5	20	110	60	-
10	рис. 5	2	4	2	1	3	5



Примерный перечень вопросов, задаваемых при защите работы

Как выбираются контуры при расчете методом контурных токов?

Что такое контур цепи? Перечислите все независимые и смежные контуры Вашей цепи.

Что такое узел цепи? Сколько узлов в вашей цепи?

Может ли направление тока в ветви, содержащей источник ЭДС, быть встречно направлению этой ЭДС?

Для чего составляют баланс мощностей цепи? Напишите общее уравнение баланса мощностей цепи.

6. Нахождение магнитной индукции и напряженности. Расчет напряженности, индукции и магнитного потока

1. Цель работы: получение навыков по практическому расчёту магнитной индукции, напряженности и магнитного потока, а также научиться рассчитывать параметры катушек.

2. Сведения из теории и примеры нахождения магнитной индукции , напряженности и магнитного потока.

Сила, с которой магнитное поле притягивает железные тела, пропорциональна значению протекающего по проводнику тока. Если провод уложен в виде катушки, то эта сила тем больше, чем больше витков имеет катушка. Произведение силы тока I на число витков w катушки называют ампер - витками. Оно равно магнитодвижущей силе (м.д.с.) катушки, измеряемой в амперах (А). Ампер - витки Iw, приходящиеся на единицу длинны l катушки, называют напряженностью магнитного поля Н:

(1)

Единица измерения напряженности магнитного поля

Напряженность, рассчитанная по формуле (1), соответствует напряженности внутри цилиндрической катушки. Если катушки замкнуть в виде кольца, то силовые линии замкнуться по кругу без рассеивания, и тогда формула 1 будет верна для любой точки такой катушки (тороида).

Магнитная индукция В₀, или интенсивность магнитного поля, в катушке без сердечника

(2)

где = 410^-7Г/м=1,25610^-7 Г/м - магнитная постоянная (магнитная проницаемость свободного пространства или вакуума).

Если внутрь катушки ввести железный сердечник, то при этих же витках и силе тока магнитная индукция, или интенсивность магнитного поля, возрастает в значительной мере. Причина этого явления заключается в том, что молекулярные токи в железе под действием магнитного поля ориентируются относительно этого поля. Молекулярные магнитные поля при этом совпадают с внешним магнитным полем и усиливают его. Способность к увеличению интенсивности магнитного поля зависит от свойств материала сердечника, характеризуется относительной магнитной проницаемостью:

Это безмерная величина. Для воздуха значение принимают равным 1.

Произведение , называется абсолютной магнитной проницаемостью. Тогда магнитная индукция В для катушки с сердечником

(4)

где - относительная магнитная проницаемость материала сердечника.

Единица измерения магнитной индукции - тесла (Т):

1Т=1В с/м².

Пример:

Вычислить напряженность магнитного поля сравнительно длинной катушки, если число витков w= 300, длинна катушки l=0,5 м, а ток катушки I=0,6A. Определить также магнитную индукцию В, если в катушку введен сердечник с = 7000.

Решение:



А/м

Магнитная индукция в сердечнике

Т

Магнитным потоком Ф называют произведение магнитной индукции В(Т) на площадь сечения S (м²) сердечника катушки:

(5)

Единица магнитного потока - вебер (Вб).

Пример:

Найти магнитный поток Ф катушки, длинна которой l=0,5 м, число витков w=300, I=0,6A, сердечник из электротехнической стали Э42 сечением 10^-3 м².

Решение:

Напряженность магнитного поля

l=2пR (формула для расчёта длины окружности)

S=рRІ (формула для расчёта площади поперечного сечения окружности)

Магнитная индукция при Н=360 А/м (по кривой намагничивания) В1,2 Т.

Магнитный поток



Ф=ВS= 1,210^-3 Вб

Кривая намагничивания Э42

3. Практическое занятие заключается в расчете по приведенным формулам магнитной индукции В и напряженности магнитного поля Н.

Варианты задания для расчета

№ вар-та	I [A],ток	R,см сердечник	сталь Э42	l, м(длина сердечника тороида)	Число витков,w
1	0,5	0,4	+	0,2	500
2	0,7	0,2	+	0,5	250
3	0,1	1,2	+	0,7	400
4	3,5	2	+	0,1	320
5	2,2	1,5	+	0,35	180
6	0,9	1	+	0,33	150
7	1,6	0,5	+	0,22	120
8	1,5	0,7	+	0,6	350
9	2,5	0,8	+	0,8	450
10	3,1	0,9	+	0,75	420

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется магнитным полем? Что является его источником? Каков его характер?

2. Что удобно использовать для исследования магнитного поля?

3. Что называется индукцией магнитного поля? Назовите единицы индукции магнитного поля в СИ.

4. Сформулируйте определение вектора магнитной индукции из закона Ампера и из выражения для силы Лоренца.

5. Что называется магнитным потоком? Назовите единицы магнитного потока в СИ.

6. Что называется напряженностью магнитного поля и как она связана с индукцией магнитного поля? В каких единицах она измеряется в СИ?

7. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Сформулируйте закон электромагнитной индукции и правило Ленца.

7. Проверка закона Ома при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, получение резонанса напряжений

1. Цель работы: приобретение навыков сборки простых электрических цепей, измерение напряжений на отдельных участках цепи, изучение свойств цепей при последовательном соединении активных и реактивных элементов, знакомство с явлением резонанса напряжений, построение векторных диаграмм.

2. Порядок выполнения работы:

1. Изучить главу «Описание оборудования».

2. Изучить теоретические основы по материалам лекций или перечню рекомендованной преподавателем литературы.

3. Убедиться, что все выключатели модулей находятся в положении «ВЫКЛ».

4. По указанию преподавателя, выбрать модули для выполнения текущего задания. Подготовить соединительные провода (перемычки), входящие в комплект стенда.

5. Соединить модули согласно принципиальной электрической схеме или схеме соединений.

6. Провести эксперимент.

7. Выключить питание стенда.

8. Составить отчет по лабораторной работе.

3. Порядок проведения эксперимента:

Собрать электрическую цепь (рис. 4). Установить в соответствии с вариантом (табл. 4) значения сопротивления резистора R1 и емкость конденсатора С1. В качестве Lk использовать индуктивность номиналом 28мГн модуля «Нелинейные элементы». В качестве источника переменного тока используется выход трехфазного генератора (50Гц).

Рис. 4. Исследование электрической цепи переменного тока с последовательным соединением элементов

Таблица 4

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8
R1, Ом
С, мкФ	80	150	80	120	100	180	200	80

Подсоединить параллельно конденсатору С дополнительный проводник (исключив этим конденсатор из цепи). Предъявить схему для проверки преподавателю.

Включить питание стенда и произвести измерения указанных в таблице 5. величин в цепи с последовательным соединением резистора R1 и катушки LK. Результаты измерений занести в табл. 5.

Выключить электропитание стенда, подсоединить параллельно катушке LK дополнительный проводник (исключив этим катушку из цепи). Предъявить схему для проверки преподавателю.

Включить электропитание стенда и произвести измерения, указанных в таблице 5, величин для цепи с последовательным соединением резистора R1 и конденсатора XC. Результаты измерений занести в табл. 5. Выключить электропитание стенда, убрать дополнительный проводник.

Таблица 5

Схема	Измерено	Вычислено
	U, B	I, A	UR, B	UK, B	UC, B	Р, Вт	сos?	?
ZK, R1
R1, XC
R1, LK, XC1
R1, LK, XC2
R1, LK, XC3

В цепи с последовательным соединением резистора R1, катушки LK и конденсатора C1, изменяя величину емкости конденсатора С1 с помощью галетного переключателя модуля «реактивные элементы», добиться наибольшего показания амперметра, то есть обеспечить состояние цепи близкое к резонансу напряжений. Результаты измерений занести в табл. 5.

Уменьшая и увеличивая величину емкости конденсатора С1 (от резонансного значения) добиться существенного изменения величины тока и провести измерения указанных в таблице величин для двух новых состояний цепи. Результаты измерений занести в табл. 3.2. Выключить электропитание модулей стенда.

Для цепи с последовательным соединением трех элементов (R1, LK, C) по результатам измерений определить полную мощность цепи S и отдельных участков SR, SK, SC, активные мощности резистора и катушки индуктивности PR и PK, а также полное Z, активное R и реактивное X сопротивления всей цепи. Результаты расчета занести в табл. 6.

Таблица 6

S, ВА	SR, ВА	SK, ВА	SC, ВА	PR, Вт	PK, Вт	QK, ВАр	QC, ВАр	R, Ом	X, Ом	Z, Ом

Проверить баланс активных мощностей в цепи.

По результатам измерений для исследованных цепей вычислить значение коэффициента мощности сos? и угла сдвига фаз, построить в масштабе векторные диаграммы и объяснить их различие.

Объяснить влияние величины емкости конденсатора на режим работы исследованной цепи.

Сделать вывод о применении 2-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

8. Изучение параллельного соединения индуктивного и емкостного сопротивлений и проверка резонанса токов

1. Цель работы: ознакомиться с особенностями параллельного соединения активных и реактивных элементов в цепи переменного тока, явлением резонанса токов, повышением коэффициента мощности, применением 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

2. Порядок выполнения работы:

1. Изучить главу «Описание оборудования».

2. Изучить теоретические основы по материалам лекций или перечню рекомендованной преподавателем литературы.

3. Убедиться, что выключатель стенда находится в положении «ВЫКЛ».

4. По указанию преподавателя, выбрать модули для выполнения текущего задания. Подготовить соединительные провода (перемычки), входящие в комплект стенда.

5. Соединить модули согласно принципиальной электрической схеме или схеме соединений.

6. Провести эксперимент.

7. Выключить питание стенда.

8. Составить отчет по лабораторной работе.

3. Порядок проведения эксперимента:

Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резистора R1, катушки Lк (28мГн модуля «Нелинейные элементы») и конденсатора C1 (рис. 6), установив в соответствии с заданным вариантом значения сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С1 (табл. 7). Включение отдельных ветвей осуществлять с помощью соответствующих проводников. Предъявить схему для проверки преподавателю. В качестве источника переменного тока используется выход трехфазного генератора (50Гц).

Таблица 7

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8
R, Ом
С, мкФ	80	180	100	80	120	120	150	180

Включив электропитание стенда, исследовать цепь. Для этого, по показаниям ваттметра и измерительных приборов, измерить напряжение на входе цепи, активную мощность цепи, токи в ветвях и ток, потребляемый от источника питания. Результаты измерений занести в табл. 8.

Исследовать влияние емкости С, включенной параллельно индуктивной катушке Lк, на величину потребляемого от источника питания тока. Для этого подключить параллельно катушке Lк конденсатор С. Установить такое значение емкости С, при котором от источника потребляется минимальный ток (состояние цепи, близкое к резонансу токов). Измерить при этом токи в ветвях и ток, потребляемый из сети. Результаты занести в табл. 8. Уменьшая и увеличивая значение емкости конденсатора С относительно резонансного значения добиться существенного изменения величины общего тока. При этом измерить токи на всех участках цепи, напряжение и активную мощность цепи. Результаты занести в табл. 8.

Рис. 5. Исследование электрической цепи переменного тока с параллельным соединением элементов

Таблица 8

Включены ветви	Измерено	Вычислено
	U, В	I, А	IR, А	IC, А	IK, А	Р, Вт	?	cos?
R
C
Lк
R,C
R, Lк
R, Lк, C,
Lк, C1
Lк, C2
Lк, C3

По опытным данным построить в масштабе векторные диаграммы для каждого опыта, отметив на диаграммах для каждого случая угол сдвига фаз ? между напряжением и током, потребляемым от источника питания.

Сделать выводы о применении 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока, о влиянии параллельно включенных потребителей друг на друга, влиянии величины емкости конденсатора на величину активной мощности цепи Р, тока I, потребляемого от источника питания, а также на коэффициент мощности цепи, объяснив это влияние.

9. Измерение сопротивления с помощью амперметра и вольтметра. Определение абсолютной и относительной погрешностей, класса точности, цены деления и чувствительности приборов

1. Цель работы: изучение электроизмерительных приборов, используемых в лабораторных работах. Получение представлений о пределе измерения и цене деления, абсолютной и относительной погрешности, условиях эксплуатации и других характеристиках стрелочных электроизмерительных приборов, получение навыков работы с цифровыми измерительными приборами.

2. Порядок выполнения работы:

1. Изучить главу «Описание оборудования».

2. Изучить теоретические основы по материалам лекций или перечню рекомендованной преподавателем литературы.

3. Убедиться, что все выключатели модулей находятся в положении «ВЫКЛ».

4. По указанию преподавателя, выбрать модули для выполнения текущего задания. Расставить их на лабораторной стойке так, чтобы было удобно проводить эксперимент. Подготовить соединительные провода (перемычки), входящие в комплект поставки.

5. Подключить защитное заземление .

6. Подключить модули к сети ~230В 50Гц.

7. Соединить модули согласно принципиальной электрической схеме или схеме соединений.

8. Провести эксперимент.

9. Отключить модули от сети ~230В 50Гц.

10. Составить отчет по лабораторной работе.

3. Порядок проведения эксперимента:

В работе используются:

модули: «Источник питания», «Измеритель мощности», «Сопротивления добавочные», «Мультиметры».

Изучение паспортных характеристик стрелочных измерительных приборов. Для этого внимательно рассмотреть лицевые панели стрелочных амперметров модуля «Миллиамперметры», обратить внимание на построение измерительной шкалы, условные знаки и заполнить табл. 9.

Таблица 9

Характеристика стрелочного электроизмерительного прибора
Тип прибора	РА1	РА2	РА3	РА4
Система измерительного механизма
Предел измерения (номинальное значение)
Цена деления
Минимальное значение измеряемой величины
Класс точности
Допустимая максимальная абсолютная погрешность
Род тока
Нормальное положение шкалы
Допустимые параметры окружающей среды
Прочие характеристики

Построить график зависимости относительной погрешности измерения от измеряемой величины для прибора, указанного преподавателем. Сделать вывод о величине относительной погрешности измерения в начальной и конечной части шкалы, о характере изменения погрешности вдоль шкалы прибора. Для построения кривой взять 5-6 точек. Последняя расчетная точка должна соответствовать номинальному (предельному) значению измеряемой величины.

Подготовить мультиметр для измерения напряжений и силы тока на резисторах модуля «Сопротивления добавочные».

Результаты занести в табл. 10.

Таблица 10

Резистор	R1	R2	R3	R1	R2	R3
Измеренное напряжение на резисторе, Вольт
Измеренная сила тока, Ампер
Номинальное сопротивление ,Ом
Расчётное сопротивление, Ом

10. Нахождение параметров трансформатора по его внешней характеристике и зависимости КПД от нагрузки. Составление схем соединения трехфазных трансформаторов

1. Цель работы: ознакомиться с назначением и основными характеристиками однофазного трансформатора, работой трансформатора при различном характере нагрузки. Научиться составлять схемы соединений трехфазных трансформаторов.

2. Порядок выполнения работы:

1. Изучить главу «Описание оборудования».

2. Изучить теоретические основы по материалам лекций или перечню рекомендованной преподавателем литературы.

3. Убедиться, что все выключатели модулей находятся в положении «ВЫКЛ».

4. По указанию преподавателя, выбрать модули для выполнения текущего задания. Расставить их на лабораторной стойке так, чтобы было удобно проводить эксперимент. Подготовить соединительные провода (перемычки), входящие в комплект поставки.

5. Подключить защитное заземление .

6. Подключить модули к сети ~230В 50Гц.

7. Соединить модули согласно принципиальной электрической схеме или схеме соединений.

8. Провести эксперимент.

9. Отключить модули от сети ~230В 50Гц.

10. Составить отчет по лабораторной работе.

3. Порядок проведения эксперимента:

В работе используются:

модули: «Источник питания», «Автотрансформатор», «Нелинейные и реактивные элементы», «Измеритель мощности», «Трансформатор однофазный», «Мультиметры»;

Пользуясь схемами соединений (рис. 6, рис. 7), начертить принципиальные схемы исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.

Ознакомиться с характеристиками исследуемого трансформатора (см. руководство по эксплуатации аппаратной части комплекта и табл. 11).

Таблица 11

Тип	U1Н	U2Н	I2Н	I10
ТП 114-7	220 В	16,5 В	1,0 А	< 0,04 А

Собрать электрическую цепь (рис. 7). Установить переключатель «Rн, Ом» модуля «Однофазный трансформатор» в положение «Х.Х». В измерителе мощности установить пределы измерений U=500В, I=0,1А. Переключатели «С, мкФ» модуля «Реактивные элементы» установить в позицию «0». Схему представить для проверки преподавателю.

Опыт холостого хода.

Провести опыт холостого хода. Включить электропитание модулей стенда (перевести в положение «Вкл.» выключатели питания и в положение «ON» УЗО модуля «Источник питания»). Вращая ручку автотрансформатора, установить на его выходе напряжение 220В. Провести измерения первичного напряжения U10, тока холостого хода I10 и активной мощности трансформатора Р10 в режиме холостого хода. Результаты измерений занести в табл. 12. Выключить электропитание модулей стенда. По результатам измерений рассчитать коэффициент трансформации трансформатора К12 и параметры ветви холостого хода схемы замещения трансформатора (Z0, R0, X0). Учитывая, что номинальный вторичный ток трансформатора 1,0А, рассчитать номинальный первичный ток трансформатора I1Н.

Таблица 12

Измерено	Вычислено
U10, В	I10,	Р10, Вт	U20, В	cos?10	Z0, Ом	R0, Ом	Х0, Ом	К12	I1Н, А

Рис. 6. Исследование однофазного трансформатора



Внешняя и рабочие характеристики при активном характере нагрузки.

Исследовать трансформатор в рабочем режиме, сняв внешнюю характеристику и рабочие характеристики при активном характере нагрузки (переключатель «С, мкФ» модуля «Реактивные элементы» установлен в позицию «0».). Для этого включить электропитание модулей стенда, установить номинальное первичное напряжение трансформатора 220В. Изменяя величину сопротивления нагрузки RН с помощью переключателя «Rн, Ом» модуля однофазного трансформатора в пределах 510…20 Ом, измерять величины, указанные в табл. 13. Выключить электропитание модулей стенда. Используя результаты измерений, рассчитать активную мощность Р2, отдаваемую нагрузке, и КПД трансформатора з. По результатам исследования построить внешнюю и рабочие характеристики трансформатора при активном характере нагрузки. Сделать выводы о наиболее целесообразном диапазоне нагрузок трансформатора.

Таблица 13

Измерено	Вычислено
Сторона вторичного напряжения	Сторона первичного напряжения
U2, В	I2, В	U1, В	I1, А	Р1, Вт	cosб1	Р2, Вт	з

Внешняя и рабочие характеристики при емкостном характере нагрузки

Снять внешнюю характеристику трансформатора при емкостном характере нагрузки. Для этого переключатель «Rн, Ом» модуля однофазного трансформатора установить в позицию «Х.Х.», включить электропитание модулей стенда. Установить на выходе автотрансформатора напряжение 220В и изменяя величину емкости конденсатора С модуля реактивных элементов в пределах 40…250мкФ помощью переключателя «С, мкФ» измерять значения вторичного напряжения и тока. Результаты измерений занести в табл. 14. Выключить электропитание модулей стенда.



Таблица 14

U2, В
I2, В

Режим короткого замыкания

Исследовать трансформатор в режиме короткого замыкания. Для этого установить ручку автотрансформатора в крайнее левое положение, замкнуть вторичную обмотку накоротко (рис. 7). Представить схему для проверки преподавателю и объяснить порядок проведения опыта.

Рис. 7. Исследование однофазного трансформатора

Включить питание модулей стенда. Вращая ручку автотрансформатор, плавно увеличивая величину выходного напряжения, установить номинальное значение тока в первичной обмотке трансформатора в соответствии с рассчитанным в п. 3.4 значением. Измерить величину напряжения короткого замыкания U1К, первичного тока I1К и активную мощность РК, потребляемую трансформатором в опыте короткого замыкания. Результаты измерения занести в табл. 15. Рассчитать величину напряжения короткого замыкания uК, величину тока аварийного короткого замыкания I1К авар, параметры схемы замещения ZК, RК, ХК (табл. 15). Выключить электропитание модулей стенда.

Таблица 15

Измерено	Вычислено
U1К, В	I1К, В	РК, Вт	uК, %	ZК, Ом	RК, Ом	ХК, Ом	I1К авар, %

Составление схем соединения трехфазных трансформаторов

Изучить материал и заполнить таблицу.

Схема соединений обмотки трёхфазных трансформаторов обозначается символом соединений данной схемы.

Символ состоит из букв и цифр.

Литерный символ обозначает способ соединения обмотки:

большие буквы Y - звезда; D - треугольник - для первичной обмотки;

маленькие буквы y - звезда; d - треугольник; z - зигзаг - для вторичного напряжения;

буква N - означает вывод нейтрального зажима первичной обмотки на клеммную колодку;

буква n - означает вывод нейтрального зажима вторичной обмотки на клеммную колодку;

Цифровой символ означает сдвиг по фазе между вторичным напряжением (например, фазы 2U) по отношению к первичному напряжению (фазы 1U). Фазовый сдвиг выражается в часах от 0 до 11 по часовой стрелке. Например, схема соединений Dy5 означает сдвиг по фазе напряжения фазы 2U по отношению к напряжению фазы 1U на 5 часов. Один час экви...