Файл: Руководство по выполнению базовых экспериментов эцпет. 001 Рбэ (902) 2006.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 12.01.2024

Просмотров: 417

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание

Введение

1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники» 1.1. Общие сведения 1.1.1. Компоновка оборудования Общая компоновка типового комплекта оборудования в стендовом исполнении показано на рис. 1.1. На лабораторном столе закреплена рама, в которой устанавливаются отдельные блоки. Расположение блоков жёстко не фиксировано. Оно может изменяться для удобства проведения того или иного конкретного эксперимента. Наборная панель, на которой собирается электрическая цепь из миниблоков может устанавливаться и непосредственно на столе. Рис.1.1В выдвижных ящиках хранятся наборы миниблоков и устройств, соединительные провода, перемычки и кабели, методические материалы. Один из наборов миниблоков показан на рис. 1.1 на столе. Ящики имеют встроенные замки. 1.1.2. Блок генераторов напряжений Лицевая панель блока генераторов напряжений показана на рис. 1.2. Блок состоит из генератора синусоидальных напряжений, генератора напряжений специальной формы и генератора постоянных напряжений.Все генераторы включаются и выключаются общим выключателем «СЕТЬ» и защищены от внутренних коротких замыканий плавким предохранителем с номинальным током 2 А. Рис.1.2На лицевой панели блока указаны номинальные напряжение и ток каждого источника напряжения, а также диапазоны изменения регулируемых выходных величин. Все источники напряжений гальванически изолированы друг от друга и от корпуса блока и защищены от перегрузок и внешних коротких замыканий самовосстанавливающимися предохранителями с номинальным током 0,2 А. О срабатывании предохранителя свидетельствует индикатор «I >».Генератор синусоидальных напряжений содержит однофазный источник напряжения 24 В (вторичная обмотка питающего трансформатора 220/24 В) и трёхфазный стабилизированный по амплитуде выходного напряжения преобразователь однофазного напряжения в трёхфазное. Выходное сопротивление трёхфазного источника в рабочем диапазоне токов близко к нулю.Генератор напряжений специальной формы вырабатывает на выходе синусоидальный, прямоугольный двухполярный или прямоугольный однополярный сигнал в зависимости от положения переключателя «ФОРМА».Регулировка выходной частоты генератора напряжений специальной формы производится энкодером-потенциометром. Регулировка выходной частоты возможна в двух режимах:- Режим точной настройки частоты с малым шагом (величина шага зависит от величины частоты). При работе энкодера-потенциометра в этом режиме светодиод, показывающий форму выходного напряжения генератора мигает.- Режим подекадного переключения выходной частоты. При повороте энкодера-потенциометра на один шаг выходная частота меняется в 10 раз. При работе энкодера-потенциометра в этом режиме светодиод, показывающий форму выходного напряжения генератора постоянно горит.Переключение между режимами производится путем нажатия ручки энкодера-потенциометра.При повороте ручки энкодера меняется выходная частота и ее величина отображается на индикаторе с размерностью, показываемой светодиодами.Переключение формы выходного напряжения производится путем нажатия на кнопку ФОРМА. При этом соответствующий светодиод показывает форму выходного напряжения.Амплитуда сигнала регулируется потенциометром «АМПЛИТУДА».Генератор постоянных напряжений содержит три источника стабилизированного напряжения 15 В, гальванически изолированных друг от друга. Выходное напряжение одного из этих источников регулируется от 0 до 15 В десятиоборотным потенциометром. Выходные сопротивления этих источников также близки к нулю и все они допускают режим работы с обратным током (режим потребления энергии). Для получения постоянных напряжений больше 15 В они могут соединяться последовательно. Для исключения источников из собранной схемы цепи используются переключатели (тумблеры). Наборная панель Наборная панель служит для расположения на ней миниблоков в соответствии со схемой данного опыта. На рис. 1.3 показан фрагмент наборной панели с собранной схемой. Рис.1.3Гнёзда на этой панели соединены в узлы, как показано на ней линями. Поэтому часть соединений выполняется автоматически при установке миниблоков в гнёзда панели. Остальные соединения выполняются соединительными проводами и перемычками. Так на фрагменте цепи, показанной на рис.1.3, напряжение подаётся проводами через выключатель к одной из обмоток трансформатора. К другой обмотке подключены резистор и конденсатор, соединённые последовательно.Для измерения токов в ветвях цепи удаляется одна из перемычек и вместо неё в образовавшийся разрыв включается амперметр. Для измерения напряжений на элементах цепи параллельно рассматриваемому элементу включается вольтметр. Набор миниблоков по теории электрических цепей и основам электроники Миниблоки из представляют собой отдельные элементы электрических цепей (резисторы, конденсаторы, индуктивности диоды, транзисторы и т.п.), помещённые в прозрачные корпуса, имеющие штыри для соединения с гнёздами наборной панели. Некоторые миниблоки содержат несколько элементов, соединённых между собой или более сложные функциональные блоки. На этикетках миниблоков изображены условные обозначения элементов или упрощённые электрические схемы их соединения, показано расположение выводов и приведены основные технические характеристики. Миниблоки хранятся в специальном контейнере.Большинство миниблоков комплекта «Теория электрических цепей и основы электроники» содержат по одному элементу электрических цепей. Состав этого набора приведён в табл. 1.1.Таблица 1.1

1.2. Экспериментальная часть

2. Параметры синусоидального напряжения (тока)

2.1. Общие сведения

2.2. Экспериментальная часть

3. Активная мощность цепи синусоидального тока

3.1. Общие сведения

3.2. Экспериментальная часть

4. Цепи синусоидального тока с конденсаторами

4.1. Напряжение и ток конденсатора

4.2. Реактивное сопротивление конденсатора

4.3. Последовательное соединение конденсаторов

4.4. Параллельное соединение конденсаторов

4.5. Реактивная мощность конденсатора

5. Цепи синусоидального с катушками индуктивности

5.1. Напряжение и ток катушки индуктивности

5.2. Реактивное сопротивление катушки индуктивности

5.3. Последовательное соединение катушек индуктивности

5.4. Параллельное соединение катушек индуктивности

5.5. Реактивная мощность катушки индуктивности

6. Цепи синусоидального тока с резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности

6.2. Параллельное соединение резистора и конденсатора

6.3. Последовательное соединение резистора и катушки индуктивности

6.4. Параллельное соединение резистора и катушки индуктивности

6.5. Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений

6.6. Параллельное соединение конденсатора и катушки индуктивности.Понятие о резонансе токов

6.7. Частотные характеристикипоследовательного резонансного контура

6.8. Частотные характеристики параллельного резонансного контура

6.9. Мощности в цепи синусоидального тока

7. Трансформаторы

7.2. Коэффициент трансформации

7.4. Определение параметров схемы замещения и построение векторной диаграммы трансформатора

7.5. Внешняя характеристика и коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора

8. Трехфазные цепи синусоидального тока

8.1. Напряжения в трехфазной цепи

8.2. Трехфазная нагрузка, соединенная по схеме «звезда»

8.3. Трехфазные нагрузки, соединенные по схеме «треугольник»

8.4. Аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в звезду

8.5 Аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник

9. Расчёт и экспериментальное исследование цепи при несинусоидальном приложенном напряжении

9.1. Общие сведения

9.2. Экспериментальная часть

9.3. Приложение

10. Переходные процессы в линейных электрических цепях

10.1. Переходный процесс в цепи с конденсатором и резисторами

10.2. Процессы включения и отключения цепи с катушкой индуктивности

10.3. Затухающие синусоидальные колебания в R-L-C контуре

Литература


Инженерно-производственный центр «Учебная техника»


ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


Руководство по выполнению базовых экспериментов

ЭЦПЕТ.001 РБЭ (902)


2006

Беглецов Н.Н., Галишников Ю.П., Сенигов П.Н. Электрические цепи переменного тока. Руководство по выполнению базовых экспериментов. ЭЦПЕТ.001 РБЭ (902)  Челябинск: ООО «Учебная техника», 2006.  138 с.
Описаны базовые эксперименты, выполняемые в лабораторных работах по курсам «Теория электрических цепей и основы электроники», «Теоретические основы электротехники» и «Электротехника и основы электроники». Приведены общие сведения, электрические схемы соединений и порядок выполнения каждого эксперимента.

Руководство предназначено для использования при подготовке к проведению лабораторных работ в высших и средних профессиональных образовательных учреждениях.



ã ООО «Учебная техника», 2006

Содержание


Содержание 3

Введение 7

1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники» 10

1.1. Общие сведения 10

1.1.1. Компоновка оборудования 10

1.1.2. Блок генераторов напряжений 11

Наборная панель 12

Набор миниблоков по теории электрических цепей и основам электроники 13

Набор трансформаторов 14

Блок мультиметров 14

1.1.7. Ваттметр 16

1.1.8. Набор миниблоков по теории электромагнитного поля 16

1.1.9. Набор планшетов для моделирования электрических и магнитных полей 20

1.1.10. Набор устройств для моделирования поверхностного эффекта и эффекта близости 21

1.1.11. Коннектор 22

1.1.12. Порядок работы с виртуальными амперметрами и вольтметрами 23

1.1.13. Измерение сопротивлений, мощностей и углов сдвига фаз с помощью виртуальных приборов 24

1.1.14. Виртуальный осциллограф 26

1.1.15. Виртуальный псевдоаналоговый прибор 28

1.1.16. Виртуальный прибор «Ключ» 29

1.2. Экспериментальная часть 30

2. Параметры синусоидального напряжения (тока) 32

2.1. Общие сведения 32

2.2. Экспериментальная часть 34

3. Активная мощность цепи синусоидального тока 36

3.1. Общие сведения 36

3.2. Экспериментальная часть 37

4. Цепи синусоидального тока с конденсаторами 39

4.1. Напряжение и ток конденсатора 39

4.1.1. Общие сведения 39

4.1.2. Экспериментальная часть 39

4.2. Реактивное сопротивление конденсатора 41

4.2.1. Общие сведения 41

4.2.2. Экспериментальная часть 41

4.3. Последовательное соединение конденсаторов 44

4.3.1. Общие сведения 44

4.3.2. Экспериментальная часть 44

4.4. Параллельное соединение конденсаторов 46

4.4.1. Общие сведения 46

4.4.2. Экспериментальная часть 46

4.5. Реактивная мощность конденсатора 48

4.5.1. Общие сведения 48

4.5.2. Экспериментальная часть 49

5. Цепи синусоидального с катушками индуктивности 51

5.1. Напряжение и ток катушки индуктивности 51

5.1.1. Общие сведения 51

5.1.2. Экспериментальная часть 51

5.2. Реактивное сопротивление катушки индуктивности 53

5.2.1. Общие сведения 53

5.2.2. Экспериментальная часть 53

5.3. Последовательное соединение катушек индуктивности 55

5.3.1. Общие сведения 55

5.3.2. Экспериментальная часть 55

5.4. Параллельное соединение катушек индуктивности 57

5.4.1. Общие сведения 57

5.4.2. Экспериментальная часть 57

5.5. Реактивная мощность катушки индуктивности 59

5.5.1. Общие сведения 59

5.5.2. Экспериментальная часть 60

6. Цепи синусоидального тока с резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности 62

6.1. Последовательное соединение резистора и конденсатора 62

6.1.1. Общие сведения 62

6.1.2. Экспериментальная часть 64

6.2. Параллельное соединение резистора и конденсатора 66

6.2.1. Общие сведения 66

6.2.2. Экспериментальная часть 67

6.3. Последовательное соединение резистора и катушки индуктивности 69

6.3.1. Общие сведения 69

6.3.2. Экспериментальная часть 70

6.4. Параллельное соединение резистора и катушки индуктивности 72

6.4.1. Общие сведения 72

6.4.2. Экспериментальная часть 73

6.5. Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений 75

6.5.1. Общие сведения 75

6.5.2. Экспериментальная часть 76

6.6. Параллельное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе токов 78

6.6.1. Общие сведения 78

6.6.2. Экспериментальная часть 79

6.7. Частотные характеристики последовательного резонансного контура 81

6.7.1. Общие сведения 81

6.7.2 Экспериментальная часть 82

6.8. Частотные характеристики параллельного резонансного контура 85

6.8.1. Общие сведения 85

6.8.2 Экспериментальная часть 87

6.9. Мощности в цепи синусоидального тока 89

6.9.1. Общие сведения 89

6.9.2. Экспериментальная часть 90

Задание 90

Порядок выполнения работы 90

7. Трансформаторы 92

7.1. Коэффициент магнитной связи 92

7.1.1. Общие сведения 92

7.1.2. Экспериментальная часть 93

7.2. Коэффициент трансформации 95

7.2.1. Общие сведения 95

7.2.2. Экспериментальная часть 95

7.3. Преобразование сопротивлений с помощью трансформатора 96

7.3.1. Общие сведения 96

7.3.2. Экспериментальная часть 97

7.4. Определение параметров схемы замещения и построение векторной диаграммы трансформатора 99

7.4.1. Общие сведения 99

7.4.2. Экспериментальная часть 100

7.5. Внешняя характеристика и коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора 103

7.5.1. Общие сведения 103

7.5.2. Экспериментальная часть 103

8. Трехфазные цепи синусоидального тока 105

8.1. Напряжения в трехфазной цепи 105

8.1.1. Общие сведения 105

8.1.2. Экспериментальная часть 106

8.2. Трехфазная нагрузка, соединенная по схеме «звезда» 108

8.2.1. Общие сведения 108

8.2.2. Экспериментальная часть 109

8.3. Трехфазные нагрузки, соединенные по схеме «треугольник» 111

8.3.1. Общие сведения 111

8.3.2. Экспериментальная часть 112

8.4. Аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в звезду 115

8.4.1. Общие сведения 115

8.4.2. Экспериментальная часть 117

8.5 Аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник 121

8.5.1. Общие сведения 121

8.5.2. Экспериментальная часть 122

9. Расчёт и экспериментальное исследование цепи при несинусоидальном приложенном напряжении 125

9.1. Общие сведения 125

9.2. Экспериментальная часть 125

9.3. Приложение 129

10. Переходные процессы в линейных электрических цепях 130

10.1. Переходный процесс в цепи с конденсатором и резисторами 130

10.1.1 Общие сведения 130

10.1.2. Экспериментальная часть 130

10.2. Процессы включения и отключения цепи с катушкой индуктивности 133

10.2.1 Общие сведения 133

10.2.2. Экспериментальная часть 133

10.3. Затухающие синусоидальные колебания в R-L-C контуре 135

10.3.1. Общие сведения 135

10.3.2. Экспериментальная часть 136

Литература 138





Введение



Комплект типового лабораторного оборудования «Теория электрических цепей и основы электроники» предназначен для проведения лабораторного практикума по одноимённым разделам курсов «Теоретические основы электротехники», «Теория электрических цепей», «Электротехника и основы электроники», «Общая электротехника» и т.п. в профессиональных высших и средних учебных учреждениях.

Основными компонентами компьютеризованного варианта комплекта «Теория электрических цепей и основы электроники» являются:

  • блок генераторов напряжений;

  • наборная панель;

  • набор миниблоков;

  • набор трансформаторов;

  • блок мультиметров;

  • коннектор;

  • соединительные провода и перемычки, питающие кабели.

….В «ручной» (т.е. некомпьютеризованный) вариант вместо коннектора входит

В зависимости от варианта исполнения в комплект может входить также либо лабораторный стол с выдвижными ящиками и рамой для установки оборудования (стендовый вариант), либо просто настольная рама, которая может быть установлена на любой стол (настольный вариант).

Эти же компоненты наряду с другими входят в комплект «Электротехника и основы электроники»

Комплект типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники», кроме перечисленных выше компонентов, содержит:

  • дополнительный набор миниблоков для исследования электромагнитных полей;

  • набор планшетов для моделирования электрических и магнитных полей;

  • набор устройств для исследования поверхностного эффекта и эффекта близости.

В первой главе данного руководства описано устройство составных частей комплекта «Теоретические основы электротехники», даны рекомендации по их использованию и приведены некоторые технические характеристики. В последующих главах описаны базовые эксперименты по разделу «Электрические цепи постоянного тока».

Описание каждого эксперимента содержит

 Общие сведения,

 Экспериментальную часть.


Раздел «Общие сведения» содержит краткое введение в теорию соответствующего эксперимента. Для более глубокого изучения теоретического материала учащемуся следует обратиться к учебникам и компьютерным программам тестирования для проверки усвоения теории и оценки готовности к лабораторнопрактическим занятиям.

В разделе «Экспериментальная часть» сформулированы конкретные задачи эксперимента, представлены схемы электрических цепей, таблицы и графики для регистрации и представления экспериментальных данных. В ряде случаев поставлены вопросы для более полного осмысления результатов эксперимента.

Настоящее руководство предназначено для быстрого освоения комплекта преподавателями кафедр и разработки ими необходимых материалов для проведения лабораторного практикума в соответствии с рабочими планами и традициями кафедр. На первом этапе внедрения рассматриваемых комплектов типового лабораторного оборудования в учебный процесс данное руководство или его отдельные фрагменты могут непосредственно использоваться студентами при выполнении лабораторных работ.

Условные обозначения основных элементов электрических цепей приведены в табл. В.1. В табл. В.2 представлены базовые электрические величины и их единицы измерения.
Таблица В.1

Наименование элемента

Условное обозначение

Наименование элемента

Условное обозначение

Источники электрической энергии:
источник напряжения (ЭДС) постоянного тока (идеальный)
источник постоянного тока (идеальный)
гальванический элемент или аккумулятор

и сточник напряжения (ЭДС) синусоидального тока





Проводники электрической цепи:
одиночный
пересекающиеся, несоединенные
пересекающиеся, соединенные




Резисторы:
Постоянный линейный
Переменный линейный
Нелинейный





Выключатели:
однополюсные
двухполюсные




Индуктивности:
Линейная
С разомкнутым магнитопроводом
С магнитопроводом







Конденсаторы
Общее обозначение
Полярный (электролитический)

Нелинейный









Трансформатор



Диоды и тиристоры:

Выпрямительный диод
Стабилитрон
Диодный тиристор
Триодный тиристор











Транзисторы:
Биполярный

Униполярный (полевой)






Л
ампы накаливания
:
осветительная
сигнальная




Измерительные приборы:
амперметр
вольтметр
ваттметр









Таблица В.2

Величина

Обозначение

Единица измерения

Другие используемые величины

Заряд

Q

1 К = 1 Кулон

мК

Ток

I

1 А = 1 Ампер

мА, мкА

Напряжение/ЭДС

U/E

1 В = 1 Вольт

мВ, кВ

Сопротивление

R

1 Ом

кОм, МОм

Проводимость

G

1 См = 1 Сименс




Индуктивность

L

1 Гн = 1 Генри

мГн, мкГн

Ёмкость

С

1 Ф = 1 Фарада

мкФ, нФ, пФ