Приборы и оборудование:

- источник трехфазного напряжения 220 В, 50 Гц;

- амперметр электромагнитный с пределом 1 А, 4 шт;

- вольтметр электромагнитный с пределом 250 В;

- ламповый трехфазный реостат;

- соединительные провода 20 шт.;

- разъеденитель однополюсный.

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую схему и представить для проверки преподавателю (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Трехфазная четырехпроводная цепь соединением в звезду

2. Выполнить семь опытов при различных нагрузках фаз, а результаты измерений и вычислений записать в табл. 3.5.

Таблица 3.5. Результаты измерений и вычислений

Характер нагрузки по фазам

Измеренные

Вычисленные

Uл, В

UА, В

UВ, В

UС, В

UN, В

А, А

В, А

С, А

N, А

РА, Вт

РВ, Вт

РС, Вт

Р, Вт

Равномерная с нулевым проводом

Равномерная без нулевого провода

Неравномерная с нулевым проводом

Неравномерная без нулевого провода

Фаза отключена с нулевым проводом

Фаза отключена без нулевого провода

Короткое замыкание в фазе без нулевого провода

3. Для каждого опыта построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов. Примеры диаграмм даны на рис. 3.7, 3.8.

Рис. 3.7. Диаграмма напряжений Рис. 3.8. Диаграмма токов

4. Вычислить активную мощность в фазах и мощность трехфазной цепи по формулам:

Р_А = U_{A A} ; Р_В = U_{В В} ; Р_С = U_{С С} ; Р = Р_А + Р_В + Р_С.

5. На основании данных исследовать на ЭВМ распределение токов и напряжений, если в фазах А, В, C включены соответственно активная, индуктивная и емкостная нагрузки при наличии нулевого провода.

6. Исследовать на ЭВМ распределение напряжений и токов для этих же нагрузок при обрыве нулевого провода.

7. По результатам лабораторной работы и исследований на ЭВМ сделать вывод о влиянии характера нагрузки на фазные напряжения потребителя и ток в нулевом проводе.

Контрольные вопросы.

1. Дать определение трехфазной цепи.

2. Указать соотношение между линейными и фазными токами при равномерной и неравномерной нагрузке с нулевым и без нулевого провода.

3. Какова зависимость между линейными и фазными напряжениями при равномерной и неравномерной нагрузке с нулевым и без нулевого провода?

4. Каково назначение нулевого провода и как определить ток в нулевом проводе, если известны токи в каждой фазе ?

6. Почему в нулевом проводе не устанавливают предохранители ?

Рекомендуемая литература [1, с. 109-112, 2, с. 109].

Лабораторная работа № 5. Измерение энергии переменного тока и поверка счетчика

Цель работы: ознакомиться с устройством счетчика, получить практические навыки его включения и учета электрической энергии. Определить номинальную и действительную постоянные счетчика, а также класс точности.

Приборы и оборудование:

- источник переменного тока с регулируемым напряжением от 0 до 220 В;

- однофазный индукционный счетчик энергии переменного тока;

- амперметр электромагнитный с пределом 5 А;

- вольтметр электромагнитный с пределом 300 В;

- ваттметр электродинамический 5 А, 300 В;

- ламповый реостат и батарея конденсаторов;

- катушка индуктивности и секундомер;

- соединительные провода 20 шт.

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую схему и представить для проверки преподавателю (рис. 3.9).



Рис. 3.9. Схема включения счетчика

2. Убедиться в отстутствии самохода диска счетчика при отключенной нагрузке и номинальном напряжении. Определить наименьший ток при U = U_н и cos = 1, т.е. когда счетчик начинает безостановочно вращаться.

3. При номинальном напряжении и активной нагрузке определить время, соответствующее одному обороту диска счетчика. Результаты 5 измерений записать в табл. 3.6.

4. Отключить активную нагрузку и включить катушку индуктивности. Результат измерения записать в табл. 3.6.

5. Отключить индуктивность и включить конденсатор. Результат измерения записать в табл. 3.6.

Таблица 3.6. Результаты опытов

N п/п

Измеренные

Вычисленные

U,В

, А

P, Вт

N, Об

t,cек

W0, Втс

W, Втс

С, Втс/об

, %

S, ВА

соs

1 2 3 4 5 6

6. Вычислить параметры, указанные в табл. 3.6, по следующим формулам:

С₀= 36001000.Кж Ц₀ = С₀ Тж Ц = З е ж С = Ц.Тб

= 100% ; S= U ; P= U cos ,

где К - передаточное отношение и определяется из паспортных данных счетчика; C₀, С - номинальная и действительная постоянные счетчика; - относительная погрешность счетчика; W₀, W - энергия, учтенная счетчиком и действительная энергия.

7. По результатам опытов при активной нагрузке построить нагрузочную характеристику счетчика

=()

и сделать вывод о соответствии поверяемого счетчика требованиям государственных стандартов.

Контрольные вопросы

1. Почему счетчик учитывает только активную энергию ?

2. Что показывает передаточное отношение счетчика ?

3. Какие зажимы счетчика включаются со стороны потребителя ?

4. Как устанавливается класс точности счетчика ?

5. Почему в счетчике возникает самоход и как его устраняют ?

Рекомендуемая литература [1, с. 201-211; 2, с. 277-284].

Лабораторная работа № 6. Исследование выпрямителя при работе на различные виды нагрузки

Цель работы: провести исследования работы выпрямителя с активной, индуктивной и емкостной нагрузкой; получить соотношения между постоянными, переменными напряжениями и токами в разных схемах выпрямления при различных величинах и характерах нагрузки; снять внешние характеристики выпрямителя.

Приборы и оборудование:

- источник питания 220 В, 50 Гц;

- однополупериодный выпрямитель;

- мостовой двухполупериодный выпрямитель;

- ламповый реостат и дроссель с индуктивностью 1- 3 Гн;

- конденсатор емкостью 10-20 мкФ, 450 В;

- выключатели К₁ и К ₂, осциллограф типа С и соединительные провода;

- вольтметр электромагнитный V₁ с пределом 250 В;

- вольтметр магнитоэлектрический V₂ с пределом 300 В;

- амперметр электромагнитный А₁ с пределом 1 А;

- амперметр магнитоэлектрический А₂ с пределом 1 А;

- осциллограф типа С и соединительные провода.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему однофазного однополупериодного выпрямителя и представить для проверки преподавателю (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя

2. Изменяя ток нагрузки ламповым реостатом, записать показания приборов в табл. 3.7.

3. По данным этой таблицы построить внешние характеристики U₂=(₂).

Таблица 3.7. Результаты измерений

Положение ключей К1,К2	Количес тво ламп	U1,В	U2,В	1, А	2, А	U1/ U2	1/2	Форма U2
К1 - замкнут К2 - разомкнут	от 0 до 6
К1 - разомкнут К2 - замкнут	от 0 до 6
К1 - замкнут К2 - замкнут	от 0 до 6
К1 - разомкнут К2 - разомкнут	от 0 до 6

4. Собрать схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и представить для проверки преподавателю (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя

5. Изменяя ток нагрузки ламповым реостатом, записать для 5-6 значений показания приборов в табл. 3.7, аналогичную табл. 3.6.

6. По данным этой таблицы построить внешние характеристики U₂=(₂).

7. Сделать выводы о достоинствах и недостатках первой и второй схем выпрямления, а также о роли фильтра L и C.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается работа однополупериодного выпрямителя от двухполупериодного ?

2. Каковы преимущества и недостатки однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей ?

3. Как влияет включение емкости и индуктивности на выходное напряжение выпрямителя ?

4. При каком включении полупроводникового диода p-n обладает малым сопротивлением ?

5. Каково соотношение между переменными и выпрямленными напряжениями в разных схемах выпрямления ?

6. Что составляет элементную базу современных электронных устройств ?

7. Что показывает внешняя характеристика выпрямителя ?

8. Где применяются выпрямительные устройства на жел. дор. транспорте ?

Рекомендуемая литература [2, с. 208-222].

Лабораторная работа № 7. Исследование генератора постоянного тока параллельного возбуждения

Цель работы: познакомиться с конструкцией генератора, схемой его привода, аппаратурой управления и измерения; экспериментально подтвердить возможность регулирования напряжения путем изменения сопротивления регулировочного реостата; получить опытным путем характеристики генератора и оценить его свойства.

Оборудование и приборы:

- асинхронный двигатель и генератор параллельного возбуждения;

- амперметр магнитоэлектрический в цепи возбуждения с пределом 1.5 А;

- амперметр магнитоэлектрический в цепи якоря с пределом 10 А;

- вольтметр магнитоэлектрический с пределом 150 В;

- реостат регулировочный в цепи возбуждения генератора;

- реостат ламповый для нагрузки генератора;

- провода соединительные 13 шт.

Порядок выполнения работы

1. Познакомиться с устройством генератора по плакатам и физической модели. Записать паспортные данные генератора.

2. Собрать рабочую схему (рис. 3.12) и представить для проверки преподавателю.

Рис. 3.12. Рабочая схема генератора

3. Выполнить пробный пуск. В случае невозбуждения генератора необходимо поменять местами концы обмотки возбуждения.

4. Возбудив генератор, снять характеристику холостого хода Е=(_в) при =0 и n=соnst, внешнюю U=() при R_р=соnst и n= соnst, регулировочную _в=() при U=соnst и n= соnst. Данные для 5-6 измерений записать соответственно в табл. 3.8-3.10.

Таблица 3.8. Характеристика холостого хода Е=(_в) при =0 и n=соnst

в, А
Е, В
Е, В

5. По данным этих таблиц построить в масштабе характеристику холостого хода Е=(_в), внешнюю U=() и регулировочную _в=().

Таблица 3.9. Характеристика внешняя U=() при Rp=соnst

U, В
, А

Таблица 3.10. Характеристика регулировочная _в=() при U=соnst

в, А
, А

6. Сформулировать краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные части генератора постоянного тока и опишите их назначение.

2. На каком законе основан принцип действия генератора ?

3. Что такое принцип обратимости электрической машины ?

4. Каковы условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения ?

5. Как регулируется напряжение на зажимах генератора ?

6. Что такое реакция якоря и как она влияет на работу генератора ?

7. Какие существуют способы уменьшения реакции якоря ?

Рекомендуемая литература [1, с. 310-315; с. 319-335].

Лабораторная работа № 8. Исследование генератора постоянного тока смешанного возбуждения

Цель работы: познакомиться с устройством генератора смешанного возбуждения, аппаратурой управления и измерения; получить опытным путем характеристики генератора при согласном и встречном включении обмоток возбуждения.

Оборудование и приборы:

- асинхронный двигатель и генератор смешанного возбуждения;

- амперметр магнитоэлектрический в цепи возбуждения с пределом 1.5 А;

- амперметр магнитоэлектрический в цепи якоря с пределом 10 А;

- вольтметр магнитоэлектрический с пределом 150 В;

- реостат регулировочный в цепи возбуждения генератора;

- реостат ламповый для нагрузки генератора;

- провода соединительные 14 шт.

Порядок выполнения работы

1. Познакомиться с устройством генератора по плакатам и физической модели. Записать паспортные данные генератора.

2. Собрать рабочую схему (рис. 3.13) и представить для проверки преподавателю.

3. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и нагружают до номинального тока при номинальном напряжении.

Рис. 3.13. Рабочая схема генератора

Уменьшив нагрузку до = 0, снять внешние характеристики генератора U = () при n = соnst и R_р = соnst для cогласного и встречного включения обмоток возбуждения, а также при отключенной последовательной обмотке. Данные записать в табл. 3.11.

5. Снять регулировочную характеристику

_в = () при n = const,

нагружая генератор и поддерживая напряжение на его зажимах постоянным путем изменения тока возбуждения для согласного включения обмоток, а также при одной параллельной обмотке. Данные записать в табл. 3.12.

Таблица 3.11. Характеристики внешние U=() при Rр = соnst

Включение обмоток	N п/п	1	2	3	4	5	6
Согласное	U, В
	, А
Встречное	U, В
	, А
Параллельная обмотка	U, В
	, А

Таблица 3.12. Характеристики регулировочные _в= () при U=const

Включение обмоток	N п/п	1	2	3	4	5	6
Согласное	в,А
	, А
Параллельная обмотка	в,А
	, А

6. По данным опытов построить в масштабе характеристики внешние и регулировочные.

7. Сформулировать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются последовательная и параллельная обмотки возбуждения ?

2. Где расположена последовательная обмотка генератора ?

3. Как надо включить обмотки возбуждения, чтобы уменьшить влияние нагрузки на напряжение генератора ?

4. Что такое встречное и согласное возбуждение у генератора ?

5. Каковы особенности включения генераторов смешанного возбуждения на параллельную работу ?

Рекомендуемая литература [1, с. 316-319; 2, с. 329-331].

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9. Исследование двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Цель работы: изучить устройство двигателя, получить навыки в сборке схемы включения, реверсировании и регулировании частоты вращения двигателя; снять рабочие и механические характеристики.

Приборы и оборудование:

двигатель постоянного тока последовательного возбуждения;

источник постоянного тока с регулируемым напряжением или пусковой реостат в цепи якоря;

электромагнитный тормоз для загрузки двигателя;

вольтметр магнитоэлектрический с пределом 250 В;

амперметр магнитоэлектрический в цепи якоря с пределом 20 А;

амперметр магнитоэлектрический в цепи шунтирующего реостата;

шунтирующий реостат (лампы накаливания);

провода соединительные 12 шт.

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую схему и представить для проверки преподавателю (рис. 3.14). Записать паспортные данные двигателя.

2. Снять рабочие характеристики двигателя при полном поле (ключ К разомкнут). Для этого электромагнитным тормозом нагрузить двигатель на 25-30% номинального момента и выполнить пуск при номинальном напряжении. Увеличивая нагрузку до 1.2 М_н, снять показания приборов для 5-6 значений и записать в табл. 11.

3. Снять рабочие характеристики двигателя при ослаблении поля (ключ К замкнут) аналогичным образом при тех же значениях напряжения и токов, а результаты записать в таблицу, аналогичную табл. 11.

Рис. 3.14. Схема включения двигателя последовательного возбуждения

4. При разомкнутом ключе К уменьшить напряжение на 30% и при тех же токах провести опыт, записывая данные в таблицу, аналогичную табл. 3.13.

Таблица 3.13. Результаты измерений

№ п/п	Измеренные	Вычисленные
	U, В	, А	n, об/мин	М2, кГм	Р1,Вт	Р2,Вт	,%
1 2 3 4 5 6

5. По результату опытов вычислить параметры двигателя по формулам:

P₁= U ;

P₂= 1.028 M₂ n;

= P₂ / P₁,

где М₂ - полезный момент на валу двигателя, кГм; Р₁ - мощность, потребляемая двигателем, Вт; P₂ - полезная мощность на валу двигателя, Вт.

6. По данным табл. 11 построить в масштабе рабочие характеристики, т.е. зависимости n = (), М = (), Р₂ = () и = () в одной координатной сетке.

7. Cформулировать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Почему в момент пуска двигателя возникает большой ток ?

2. Что представляют собой рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения ?

3. Как изменится частота вращения двигателя при включении сопротивления параллельно обмотке возбуждения, параллельно якорю ?

4. Почему не допускается включение двигателя последовательного возбуждения с нагрузкой менее 25% от номинальной ?

5. Какие способы регулирования частоты вращения возможны в двигателях последовательного возбуждения ?

6. Как изменить направление вращения двигателя ?

Рекомендуемая литература [1, с. 361-366; 2, с. 336-346].

Лабораторная работа № 10. Исследование однофазного трансформатора

Цель работы: практически усвоить приемы лабораторного исследования однофазного трансформатора и научиться определять его параметры.

Оборудование и приборы:

- источник переменного тока напряжением 220 В, 50 Гц;

- однофазный трансформатор 220/127 В;

- лабораторный автотрансформатор;

- ваттметр на 300 В, 5А;

- вольтметр электромагнитный с пределом измерения 250 В и 15 В;

- амперметр электромагнитный с пределом измерения 10 А;

- амперметр электромагнитный с пределом измерения 5 А;

- ламповый реостат для загрузки трансформатора;

- провода соединительные 18 шт.

Порядок выполнения работы

1. Познакомиться с устройством трансформатора и записать его технические данные.

2. Собрать электрическую схему и представить для проверки преподавателю (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Схема исследования трансформатора

3. Выполнить опыт холостого хода трансформатора. Для этого отключить все лампы, подать питание на схему и автотрансформатором установить напряжение на первичной обмотке 220 В. Показание всех приборов записать в табл. 3.14.

Таблица 3.14. Опыт холостого хода

Измерено	Вычислено
U10, В	10, А	Р10, Вт	U20, В	К	Z0, Ом	R0, Ом	X0, Ом	cos0

4. Исследовать работу трансформатора в рабочем режиме при активной нагрузке. Для этого установить напряжение на первичной обмотке трансформатора 220 В. Включением ламп довести нагрузку до номинальной и выполнить 5-6 измерений, записывая показания в табл. 3.15.

Таблица 3.15. Рабочий режим трансформатора

N п/п

Измерено

Вычислено

U1, В

1, А

Р1,Вт

U2, В

2, А

Рм,Вт

Р,Вт

Р2,Вт

сos1

,%

5. Выполнить опыт короткого замыкания. Для этого обесточить систему, зажимы лампы замкнуть накоротко, заменить вольтметр V₁ на вольтметр с пределом 15 В, автотрансформатор поставить в положение, когда напряжение равно нулю. Включить питание и плавным увеличением напряжения установить в первичной обмотке номинальный ток. Показания всех приборов записать в табл. 3.16.

Таблица 3.16. Режим короткого замыкания

Измерено	Вычислено
Uк, В	1н, А	Рк, Вт	2н, А	Zк, Ом	Rк, Ом	Xк, Ом	cos к	к,град

6. Вычислить параметры трансформатора, используя формулы:

К = ; Z₀ = ; R₀ = ; x₀ =; cos ₀ = ,

Z_к= ; R_к = ; = ; x_к=; cos _к= ,

Р_м= ² Р_к; Р= Р₁₀+ Р_м; cos ₁= ; Р₂= Р₁ - Р; = 100%,

где индексом «0» обозначены параметры холостого хода трансформатора, индексом «к» - параметры режима короткого замыкания и выбирается из табл. 3.14-3.16.

7. На основании расчетов построить в одних координатах графические зависимости U₂=(₂); cos ₁=(₂); =(₂) и Р₁=(₂) .

8. Исследовать на ЭВМ работу трансформатора в рабочем режиме при активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках, где в качестве расчетных принять параметры лабораторных опытов, а коэффициент мощности принять для активно-индуктивной нагрузки 0.85, для активно-емкостной - 0.72.

9. По данным компьютера построить внешние характеристики U₂ = (₂) в одной координатной сетке, а зависимости = (₂) - в другой координатной сетке.

10. На основании лабораторных опытов и исследований на ЭВМ сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Объяснить устройство, принцип действия и область применения трансформаторов.

2. Почему трансформаторы применяются только в цепях переменного тока ?

3. Что показывает КПД трансформатора ?

4. Как определяют коэффициент трансформации, коэффициент мощности и коэффициент загрузки трансформатора ?

5. Где устанавливают повышающие и понижающие трансформаторы ?

6. Назовите потери в трансформаторе, от чего они зависят ?

Рекомендуемая литература [1, с. 170-180; 2, с. 233-241].

Лабораторная работа № 11. Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Цель работы: исследовать электрические и механические свойства трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Оборудование и приборы:

- источник трехфазного тока напряжением 380 В;

- асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором;

- генератор постоянного тока для нагрузки асинхронного двигателя;

- ваттметр электромагнитный с пределом 5 А, 250 В;

- амперметр электромагнитный с пределом измерения 5 А;

- вольтметр электромагнитный с пределом 250 В;

- ключ для шунтирования амперметра на время пуска;

- стробоскопический четырехсекторный диск для измерения оборотов скольжения;

- секундомер для фиксирования времени числа оборотов скольжения;

- ламповый реостат для загрузки генератора;

- амперметр магнитоэлектрический в цепи генератора с пределом 10 А;

- вольтметр магнитоэлектрический с пределом 250 В для измерения напряжения генератора;

- реостат регулировочный в цепи возбуждения генератора;

- провода соединительные в количестве 30 шт.

Порядок выполнения работы

1. Познакомиться с лабораторным стендом, асинхронным двигателем, генератором и измерительными приборами. Записать их паспортные данные.

2. Собрать электрическую схему и представить для поверки преподавателю (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Схема включения асинхронного двигателя

3. Выполнить пуск двигателя при замкнутом ключе К с последующим его отключением.

4. Снять рабочие характеристики асинхронного двигателя. Возбудив генератор постоянного тока до номинального напряжения включением ламп нагрузочного реостата, выполнить 5-6 измерений, начиная с холостого хода двигателя. Записать показания приборов в табл. 3.17.

5. Отключить двигатель от сети. Изменить направление вращения двигателя (реверсирование), поменяв местами два любых фазных провода. Включить двигатель и проконтролировать изменение направления вращения двигателя.

Таблица 3.17. Результаты измерений

N п/п

Измеренные

Вычисленные

Uг, В

г, А

Uф, В

ф, А

Рф, Вт

ns, об/мин

Рг, Вт

Р2, Вт

Р1, Вт

, %

cos

n2, об/мин

M2, Нм

S

6. Вычислить параметры двигателя по формулам:

Р_г= U_{г г} ; Р₂= ; Р₁= 3 Р_Ф ; = 100% ; cos = ,

n₁= = 1500 об/мин; n₂= n₁ - n_s; S = ; М₂ = 9.55 .

где _г - коэффициент полезного действия генератора, _г = 0.8.

7. На основании паспортных данных исследовать на ЭВМ механическую характеристику двигателя во всем диапазоне скольжений.

8. По результатам опытов и расчетов на ЭВМ построить рабочие характеристики двигателя М₂, , n₂ , cos = (Р₂) в одной координатной системе и механическую характеристику

М₂ = (S) - в другой координатной сетке.

9. Cформулировать выводы.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит принцип действия трехфазного асинхронного двигателя ?

2. Какие виды асинхронных двигателей Вы знаете ?

3. Как влияет изменение питающего напряжения на вращающий момент асинхронного двигателя ?

4. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей.

5. Что такое номинальное и критическое скольжение ?

6. Каковы преимущества и недостатки асинхронных двигателей ?

Рекомендуемая литература [1, с. 355-364; 2, с. 256-271].

Лабораторная работа № 12. Исследование однофазного синхронного генератора

Цель работы: изучить устройство синхронного генератора и приобрести практические навыки по сборке схем и снятию характеристик; получить экспериментальное подтверждение теоретических сведений о свойствах синхронного генератора.

Приборы и оборудование:

однофазный синхронный генератор;

асинхронный двигатель для привода генератора;

источник постоянного напряжения для питания обмотки возбуждения синхронного генератора;

амперметр электромагнитный А₁ для измерения тока синхронного генератора;

вольтметр электромагнитный для измерения напряжения синхронного генератора;

частотомер вибрационный для измерения частоты тока синхронного генератора;

амперметр магнитоэлектрический А₂ для измерения тока в обмотке возбуждения синхронного генератора;

ламповый реостат для нагрузки синхронного генератора;

провода соединительные 15 шт.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с лабораторным стендом и записать паспортные данные синхронного генератора и приборов.

2. Собрать электрическую схему для исследования синхронного генератора и представить для проверки преподавателю (рис. 16).

3. Включить асинхронный двигатель и возбудить генератор до номинального напряжения.

Рис. 3.17. Схема включения синхронного генератора

4. При отключенной нагрузке снять характеристику холостого хода Е=(_в) путем увеличения тока возбуждения от нуля при постоянной частоте вращения (табл. 3.18).

5. Снять внешнюю характеристику, уменьшая нагрузку от =_н до =0 и записывая показания приборов для 5-6 значений в табл. 3.19 .

Таблица 3.18. Характеристика холостого хода Е = (_в) при = 0 и n = const

Е, В
в, А

Таблица 3.19. Внешняя характеристика U = () при n = const и cos = 1

U, В
, A

 6. Cнять регулировочную характеристику увеличением нагрузки, поддерживая при этом напряжение на зажимах синхронного генератора постоянным. Данные записать в табл. 3.20.

Таблица 3.20. Регулировочная характеристика _в = () при U = const и cos = 1

в, А
, A

7. По результатам опытов построить соответствующие характеристики в масштабе и сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Какова конструкция синхронных машин с явнополюсным и неявнополюсным ротором ?

2. Какие способы возбуждения применяют в синхронных генераторах ?

3. Как изменить частоту напряжения синхронного генератора ?

4. Можно ли регулировать напряжение синхронного генератора изменением частоты вращения ?

Рекомендуемая литература [1, с. 377-386; 2, с. 307-315].

4. Компьютерные технологии обучения в курсе электротехники

4.1 Прием лабораторных работ по электротехнике на ЭВМ

Применение в учебном процессе по электротехнике компьютерных технологий позволяет на основе программного комплекса организовать прием отчетов по лабораторным работам на ЭВМ.

Для реализации диалога с компьютером в главном меню программного комплексом выбирается вариант, обеспечивающий тестовый контроль знаний при защите лабораторных работ по электротехнике.

После регистрации пользователя компьютер предлагает условие зачета - ответить правильно на 70 % заданных вопросов. На экране появляется список лабораторных работ. Для выбора лабораторной работы достаточно указать порядковый номер этой работы (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Макет кадра условий диалога компьютера и наименования лабораторных работ

В следующих кадрах диалога компьютер запрашивает количество вопросов, время ответа на каждый вопрос и дает рекомендации по использованию переменных и вводу информации (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Макет кадра рекомендаций по вводу информации

Количество вопросов к лабораторной работе указывается преподавателем и составляет от 5 до 10, а время ответа на каждый вопрос задается в пределах от 2 до 5 минут.

После выполнения всех подготовительных операций компьютер предлагает вопросы, которые высвечиваются на экране по мере ответа на предыдущий (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Макет кадра вопросов и реакции компьютера на ответы

Содержание задаваемых вопросов призвано обеспечить активное участие студентов в диалоге с компьютером. С этой целью при формировании программного комплекса по электротехнике предлагаются различные варианты тестов к лабораторным работам.

Первый вариант тестов - это многовариантная система вопросов, т.е. на вопрос компьютера предлагаются несколько ответов. При таком подходе трудно определить, что знает студент, так как велика роль догадки. Кроме того, это не способствует развитию логического и критического мышления, так как предлагает пользователю выбор из уже принятых решений. Такая система вопросов составляет не более 10 % информационного банка.

Второй вариант тестов - это вопросы диагностического типа, которые требуют анализа исходной информации и основаны на глубоких знаниях, позволяющих правильно сформулировать ответ. Например, в трехфазных цепях при заданном распределении нагрузки обрыв нулевого провода приводит к изменению напряжения по фазам. Для поиска ответа на поставленный вопрос необходимо четко представлять роль нулевого провода, зависимость напряжения в нулевом проводе от нагрузки и особенности построения векторной диаграммы.

Третий вариант тестов формируется в виде задач, исходные данные которых позволяют выполнить простые расчетные действия, сохраняя при этом сущность физических явлений. Здесь необходимо знание основных формул, взаимосвязи между параметрами электрической схемы и электрической машины, а также умение выполнить соответствующие преобразования. Например, в трехфазной цепи соединением в треугольник определить линейные и фазные токи при заданном линейном напряжении и сопротивлениях по фазам. Для выполнения необходимо знание соотношений между фазными и линейными величинами, а также закона Ома, на основе которого можно определить ток в фазе потребителя, особенности расчета сопротивления при параллельном включении.

Четвертый вариант тестов представляется на экране компьютера в виде вопросов по определению показаний различных электроизмерительных приборов: амперметров, вольтметров, ваттметров и счетчиков. Эта группа вопросов ориентирует студента на знание конструктивных особенностей и схем включения приборов, формирует умение определять цену деления и показания приборов.

Пятый вариант тестов предусматривает построение векторных диаграмм в цепях переменного тока, где необходимо представлять соотношения между векторами тока и напряжения при различных сочетаниях активного, индуктивного и емкостного сопротивлений.

Познакомившись с вопросами, пользователь должен сформировать ответ русским или латинским текстом прописными буквами. Например, в вопросе 1 из трех вариантов необходимо выбрать один правильный ответ, в вопросе 2 в скобках даются рекомендации по записи ответа, а в вопросе 3 предполагается свободное конструирование ответа в виде выражений: уменьшится, увеличится или не изменится.

На заключительном этапе работы проводится анализ ответов студента и дается оценка знаний по лабораторной работе (рис. 4.4 и 4.5).

Программный комплекс предусматривает возможность проведения нескольких попыток ответить на вопросы по лабораторной работе или перейти к следующей. Наиболее характерные вопросы, предлагаемые компьютером при защите лабораторных работ, приводятся в прил. 2.

4.2 Тестовый контроль знаний по электротехнике на ЭВМ

Программный комплекс по электротехнике обеспечивает возможность проведения зачета или экзамена по разделам изучаемой дисциплины или по всему курсу. Структура программы тестового контроля знаний по электротехнике аналогична рассмотренной выше (см. подразд. 4.1).

Для реализации диалога с компьютером в главном меню программного комплекса выбирается вариант, обеспечивающий тестовый контроль знаний по курсу электротехники.

Далее компьютер предлагает условие зачета - это правильный ответ на 70 % заданных вопросов. На экране указываются наименования разделов электротехники, где каждому из них соответствует ряд вопросов в диапазоне от первого с номером К до последнего с номером L (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Макет кадра разделов курса электротехники

Выбрав соответствующий раздел или группу разделов, пользователь должен указать значения границ K и L в виде двух чисел, K - начало первого раздела, L - конец последнего раздела. Например, требуется проверка знаний по электрическим цепям, где К=1, L=60. На запрос компьютера по указанию границ необходимо набрать через запятую число 1 и 60.

Если требуется выполнить тестирование знаний по разделу электрических машин, то достаточно в качестве границ указать число 91 и 150, а при контроле знаний по курсу электротехники границы К и L должны включать все разделы. В этом случае границами являются числа 1 и 160.

В следующих кадрах диалога преподаватель указывает количество вопросов при времени ответа до 10 минут. Кроме того, даются рекомендации по особенностям ввода формул (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Макет кадра рекомендаций по вводу информации

При формировании банка вопросов для тестового контроля знаний по курсу электротехники использовались такие же варианты тестов, как в лабораторных работах. Кроме того, ряд вопросов предусматривает написание основных расчетных формул. Проведем анализ некоторых вопросов (рис. 4.8).



Рис.4.8. Макет кадра тестового контроля знаний по электротехнике

Например, вопрос 1 «предполагает» знание коэффициента полезного действия линии электропередачи, умение выразить КПД через напряжение в начале и в конце линии, а также зависимость напряжения на потребителе от нагрузки.

Для решения вопроса 2 требуется написать формулу ЭДС самоиндукции в проводнике с заданными параметрами, а для вопроса 4 необходимо записать формулу активной, реактивной и полной мощности трехфазной цепи переменного тока через фазные напряжения.

При ответе на вопрос 3 требуется записать мгновенное значение тока при последовательном соединении указанных элементов. Здесь необходимо знание второго закона Кирхгофа, а также умение строить векторные диаграммы в цепях переменного тока.

Для решения вопроса 5 необходимо знать, что выход из строя амперметра в фазе В эквивалентен обрыву линейного провода. Трехфазная цепь превращается в однофазную, где сопротивления в фазах А и В соединены последовательно, а по отношению к фазе С - параллельно. Это приводит к изменению тока в фазах А и В в два раза.

Решение вопроса 6 предполагает знание принципа действия синхронного генератора и зависимости ЭДС от параметров машины. Если пользователь в течение заданного времени не успевает сформулировать ответ, то на экране высвечивается сообщение о том, что время истекло и ответ квалифицируется неправильным.

Ответ на вопрос 7 основан на знании зависимости частоты тока в роторе асинхронного двигателя от скорости вращения. В этом случае необходимо вычислить значение частоты и указать размерность.

На заключительном этапе по тестированию знаний подводятся итоги опроса и дается оценка по системе «зачет» или с указанием оценки в баллах (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Макет кадра рекомендаций по вводу информации

Вопросы, предлагаемые компьютером студентам безотрывной формы обучения при тестировании знаний в курсе электротехники, приведены в прил. 3.

Для студентов-заочников дистанционная форма обучения представлена тестовыми материалами, методическим пособием с заданием на контрольные работы по электротехнике, размещенными в Internete на web-сайте университета по адресу http://www.dvgups.ru. Первая страница web- сайта предствлена ниже.

Кликнув мышкой по команде студенту переходим на последующие страницы web-сайта, где указываем специальность, форму обучения, курс, семестр, наименование дисциплины и раздел тестирующего материала.

Далее открываются два окна, в одном из которых вводим фамилию, а в другом - последние 3 цифры шифра.

На экране появляется вопрос, а ниже варианты ответов. Требуется выбрать ответ, кликнув мышкой в соответствующем окне и на клавишу - записать.

Заключение

Данное методическое пособие по электротехнике представляет одну из новых форм обучения на основе информационных и компьютерных технологий, что является сегодня одним из важных факторов обеспечения современного уровня подготовки инженеров для железных дорог России.

Настоящее пособие ставит целью самостоятельного выполнения студентом-заочником контрольных работ, которые включают четкую формулировку условия задачи, методические указания и примеры расчета.

Кроме того, методическое пособие дает возможность подготовиться к выполнению лабораторных работ, а также познакомиться с особенностями компьютерного тестирования на Интернет-сайте Dvgups.

В последующих изданиях пособия предполагается использовать компьютерное моделирование лабораторных работ по разделу электроники в среде Elektronic Worh Bench (EWB), что позволит студенту-заочнику самостоятельно выполнить исследования и представить результаты в виде отчета.

Библиографический список

1. Касаткин, А. С. Электротехника / А. С. Касаткин, М. В. Немцов. - М.: Энергоатомиздат, 2003. - 440 c.

2. Электротехника / под ред. проф. В. С. Пантюшина. - M.: Высшая школа, 1976. - 425 c.

3. Борисов, Ю. М. Электротехника / Ю. М. Борисов. - M.: Энергоатомиздат, 1985. - 328 c.

4. Кульчицкий, В. В. Активные методы обучения на основе программного комплекса по электротехнике: учеб. пособие / В. В. Кульчицкий. - Хабаровск: ДВГАПС, 1996.

5. Общая электротехника / под ред. А. Т. Блажкина. - Л.: Энергия, 1986. - 472 с.

6. Волынский, Б. А. Электротехника / Б. А. Волынский. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 356 c.

7. Глушков, Г.В. Электроснабжение строительно-монтажных работ / Г. В. Глушков. - М.: Стройиздат, 1982. - 286 c.

8. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / под ред. В. Г. Герасимова. - М.: Высшая школа, 1987. - 384 с.

Приложение 1

Условные обозначения в электротехнике

Наименование	Обозначение	Наименование	Обозначение
Амперметр и вольтметр		Тиристор триодный
Лампа накаливания		Полевой триод с р-каналом
Резистор		Обмотка трансформатора, параллельная и независимая обмотка возбуждения машины постоянного тока
Предохранитель		Обмотка трансформатора ма шин переменного тока, последовательная обмотка возбуждения машин постоянного тока
Ваттметр		Обмотка добавочных полюсов машины постоянного тока
Катушка с сердечником		Силовой трансформатор, трансформатор напряжения
Конденсатор постоянной емкости		Трансформатор однофазный двухобмоточный
Электрический поляризованный конденсатор		Трансформатор тока
Счетчик электрической энергии		Общее обозначение двигателя переменного тока
Биполярный триод с р-п-р переходом		Общее обозначение гене ратора переменного тока
		Обмотка якоря машины постоянного тока
Выключатель		Асинхронная машина с короткозамкнутым ротором
Автоматический выключатель		Асинхронная машина с фазным ротором
Диод		Трехфазная синхронная машина

Приложение 2

Вопросы к лабораторным работам по электротехнике

1. Какую из электрических величин измеряет ваттметр ?

2. Определить цену деления ваттметра, если предел по току 1 А, по напряжению - 300 В, максимальное число делений по шкале 150.

3. Определить ток в цепи, если стрелка амперметра отклонилась на 40 делений при цене деления 0.01 А/дел.

4.Чему равна полезная мощность при коротком замыкании в ЛЭП ?

5. Как изменится напряжение в конце линии при уменьшении нагрузки?

6. Определить напряжение в сети и напряжение на катушке, если при последовательном соединении R = 22 Ом, Х_L = 50 Ом, Х_C = 50 Ом, = 10А.

7. Определить характер сопротивления в цепи переменного тока и назвать большее из них, если ток опережает напряжение на 60⁰.

8. Катушка и конденсатор сопротивлением 5 Ом и 2 Ом соединены параллельно. Как изменится общий ток при увеличении индуктивного сопротивления в два раза?

9. Электровоз переменного тока представляет активно-индуктив ную нагрузку. Какое сопротивление надо включить для повышения коэффициента мощности в питающей сети?

10. Какое напряжение измеряет вольтметр, включенный между двумя фазами ?

11. В фазах А,В,C включены соответственно 3, 6, 1 ламп. В какой из фаз при обрыве нулевого провода напряжение будет наименьшим ?

12. Определить активную мощность трехфазного потребителя, если фазное напряжение 220 В, ток в фазе 10 А, коэффициент мощности 0.5.

13. Какой из двух вольтметров c классом точности 1.5 с пределами 150 В и 300 В при измерении напряжения 120 В дает большую погрешность ?

14. К амперметру с пределом 10 А и сопротивлением 0.5 Ом подключили шунт сопротивлением 0.2 Ом. Какой максимальный ток можно измерить ?

15. На каком законе основано измерение сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра ?

16. При каком характере симметричной трехфазной нагрузки показания приборов равны при измерении мощности методом двух ваттметров ?

17. Вычислить активную и реактивную мощность трехфазной нагузки, если показания ваттметров Р₁=800 Вт и Р₂=700 Вт.

18. В каких единицах измеряется активная энергия и что показывает передаточное отношение счетчика ?

19. Какие зажимы счетчика включаются со стороны потребителя и источника ?

20. Определить число оборотов диска за 1 час, если постоянная счетчика 100 Вт-час/об и мощность потребителя 5000 Вт.

21. Определить переменное напряжение в мостовой схеме электровоза, если выпрямленное напряжение на тяговых двигателях 1500 В.

22. В каком узле генератора постоянного тока переменная ЭДС преобразуется в постоянную ?

23. Как изменится напряжение генератора постоянного тока при уменьшении сопротивления в цепи возбуждения ?

24. Генератор какого возбуждения обладает жесткой внешней характеристикой ?

25. Почему в момент пуска двигателя постоянного тока возникает большой ток ?

26. Какой способ ограничения пускового тока применяют в электровозах?

27. Как изменится частота вращения двигателя последовательного возбуждения, если включить резистор параллельно обмотке возбуждения?

28. При каком способе торможения двигателя постоянного тока электрическая энергия отдается в сеть ?

29. Как изменится напряжение вторичной обмотки трансформатора при увеличении числа витков в первичной ?

30. Почему сердечник трансформатора выполняется из ферромагнитного материала ?

31. В трехфазном повышающем трансформаторе напряжения в обмотках 35 кВ и 10 кВ. Указать напряжение первичной обмотки.

32. Указать схему включения обмоток асинхронного двигателя, если линейное напряжение в сети 220 В.

33. Как изменится коэффициент мощности асинхронного двигателя при понижения напряжения в сети ?

34. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя ?

35. Как увеличить напряжение и от чего зависит частота в синхронном генераторе ?

36. С какой частотой вращается ротор дизель-генератора тепловоза, если число полюсов равно 8 и частота - 50 Гц.

37. На каких электростанциях устанавливаются синхронные генераторы с явно выраженными полюсами ?

38. Какая из схем выпрямления обеспечивает наименьшие пульсации выпрямленного напряжения ?

39. Какие параметры характеризуют выпрямительные устройства ?

40. Указать соотношения между средним значением выпрямленного и переменного напряжения в однофазной мостовой схеме выпрямления.

Приложение 3

Вопросы для тестового контроля знаний по электротехнике

1. Как и во сколько раз изменятся потери мощности в ЛЭП при увеличении нагрузки в 2 раза ?

2. Записать формулу закона Ома для всей цепи.

3. Записать формулу напряженности магнитного поля в точке, удаленной на расстояние А от проводника с током .

4. Два проводника с различными направлениями токов притягиваются или отталкиваются ?

5. Записать формулу закона Фарадея при движении проводника в магнитном поле.

6. Как и во сколько раз изменятся потери мощности в линии при понижении коэффициента мощности потребителя в два раза ?

7. В цепь с активно-индуктивным сопротивлением параллельно включили электрическую лампу. Как изменится угол между вектором тока и напряжения ?

8. Какие сопротивления включены в цепь переменного тока и какое из них меньше, если ток отстает от напряжения на 20⁰ ?

9. Электронагревательный прибор, емкость и индуктивность включены параллельно, а токи соответственно равны 10 А, 4 А и 4 А. Определить ток, потребляемый из сети.

10. Указать зависимость между линейными и фазными величинами при соединении трехфазного потребителя в звезду.

11. Записать формулы активной, реактивной и полной мощности трехфазной цепи через линейные напряжения и токи.

12. В какой из фаз будет наибольшее напряжение при обрыве нулевого провода если в фазах А, В, С токи соответственно равны 5 А, 10 А, 4 А ?

13. Указать схему соединения трехфазного потребителя при номинальном напряжении 220 В, если напряжение в сети 380 В.

14. В фазу включено 10 ламп сопротивлением 220 Ом. Определить фазный и линейный токи при соединении нагрузки в треугольник, если линейное напряжение сети 220 В.

15. Указать название, система и угол отклонения стрелки прибора для измерения активной мощности.

16. Какой из двух амперметров одного класса точности с пределами 3 А и 5 А при измерении тока в 2.5 А дает меньшую погрешность ?

17. В течение суток показание счетчика изменилось на 2400 кВт/час. Определить мощность потребителя.

18. Какие зажимы счетчика включаются со стороны потребителя ?

19. Как изменятся показания счетчика и ваттметра, если пар...