Методические рекомендации для выполнения лабораторных работ по дисциплине электротехника

Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Ростовской области

Батайский техникум информационных технологий

и радиоэлектроники «Донинтех» (ГБОУ СПО РО БТИТиР)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Учебная дисциплина

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

для специальности

210414 «Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники (по отраслям)».

Квалификация техник

Разработала преподаватель спецдисциплин Харитонова И.П.

2013 г.

Одобрена и рекомендована с целью

практического применения ЦМК

Технического цикла

Протокол № ____ от _____2012 г.

Председатель ЦМК

_________________

«_____» ___________2012 г.

Составлена в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальностям 210414 «Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники (по отраслям)».

Зам. директора по УМР

_____________ Рябых Л. В.

«_____» ____________________ 2012 г.

Разработчик:

Харитонова И.П. __________________________Электротехника

(ФИО) преподаватель (предмет)

Рецензенты: ГОУ СПО БТИТиР

1. Макашина Т.М.__________________________ преподаватель первой

(ФИО) (подпись) квалификационной категории

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Данное учебное пособие содержит общие рекомендации по выполнению графических работ по дисциплине «Инженерная графика» для студентов специальностей 210414 «Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники».

1. Общая характеристика дисциплины «Электротехника»

Предмет изучения курса «Электротехника» - основные

понятия и законы теории электрических цепей; методы анализа линейных и

нелинейных цепей; переходные процессы в линейных цепях и методы их

расчета.

Целью изучения дисциплины «Электротехника»

является приобретение компетенций, необходимых для изучения

специальных дисциплин, таких как электронные приборы и узлы ЭВМ,

В первой части дисциплины (3 семестр) рассматриваются основные

положения теории электрических цепей, методы расчета разветвленных

цепей постоянного и синусоидального тока, переходные процессы в

простейших цепях первого-второго порядков. В процессе изучения студенты

приобретают навыки расчета простых электрических цепей,

Учебным планом в третьем семестре предусмотрены теоретические занятия,

лабораторные работы, практические задания.

Изучение дисциплины в третьем семестре заканчивается зачетом.

Изучение дисциплины в четвертом семестре заканчивается сдачей

экзамена.

В результате изучения курса «Электротехника» студент

должен приобрести знания, умения и навыки, необходимые для его

профессиональной деятельности по специальности «Информационные

системы и технологии».

Студент, изучивший дисциплину «Электротехника» ,

должен

знать:

● основы теории линейных и нелинейных электрических цепей с

сосредоточенными и распределенными параметрами;

● перспективы и тенденции развития электротехники.

● технику безопасности при эксплуатации простейшего

электротехнического оборудования;

уметь:

· читать электротехническую литературу, символику, понимать

терминологию и т.п.;

· использовать аналитические и численные методы для анализа цепей

при постоянных и синусоидальных воздействиях, а также при воздействии

сигналов произвольной формы;

режимов работы оборудования;

· контролировать целостность цепей электротехнических устройств,

правильность их настройки;

· обеспечивать безопасную работу персонала с электроустановками;

· оформлять результаты исследований в соответствии с требованиями

ЕСКД и ЕСПД, использовать специальную нормативную и справочную

литературу, стандарты.

2. Лабораторный практикум

Тематика лабораторных работ направлена на закрепление и углубление

теоретических знаний, полученных студентами на лекционных занятиях, на

экспериментальную проверку теоретических положений, выработку умений

и практических навыков работы с оборудованием и измерительными

приборами, с практикой планирования и подготовки эксперимента, а также

его обработки.

Результаты предварительных расчетов заносятся в соответствующий

раздел отчета. Раздел «Подготовка к работе» должен быть заполнен до

начала занятия. Студент, не выполнивший подготовку к лабораторной

работе, к ее выполнению не допускается. Отработка пропущенных

лабораторных работ учебным планом дисциплины не предусмотрена.

Теоретические сведения, приведенные в методических указаниях по

выполнению лабораторных работ, содержат минимум учебного материала,

необходимый для подготовки и выполнения лабораторной работы.

Правила выполнения лабораторных работ. Во избежание несчастных

случаев, а также преждевременного выхода из строя оборудования

лаборатории студент должен строго выполнять следующие правила.

1. На вводном занятии студент должен ознакомиться с правилами

внутреннего распорядка и техники безопасности, лабораторным

стендом и виртуальными измерительными приборами.

2. После ознакомления с правилами внутреннего распорядка и

инструктажа по технике безопасности студент должен расписаться в

соответствующем журнале.

3. На вводном занятии за каждым студентом закрепляется постоянное

рабочее место на весь семестр.

4. Во время занятий в лаборатории запрещается громко разговаривать,

покидать рабочее место без разрешения преподавателя.

5. Перед выполнением лабораторной работы необходимо выполнить

раздел «Подготовка к работе» и заполнить соответствующий раздел

отчета. Отчет может быть представлен в электронном виде.

6. Перед выполнением экспериментов необходимо внимательно

ознакомиться со схемой исследуемой цепи.

7. Сборку цепи производят при выключенном напряжении питания в

строгом соответствии со схемой, представленной в лабораторном

практикуме.

8. Категорически запрещается включать питание стенда без разрешения

преподавателя.

9. Любые переключения можно производить при отключенном

напряжении питания. Повторно включать стенд можно только после

проверки схемы преподавателем.

10. При обнаружении повреждения оборудования стенда, а также при

появлении специфического запаха необходимо немедленно выключить

напряжение питания стенда и позвать преподавателя.

11. После выполнения лабораторной работы необходимо выключить

напряжение питания стенда и привести в порядок рабочее место.

Оформление отчета по лабораторной работе.

В отчете необходимо обязательно указать цель работы. Отчет должен

содержать материалы по каждому разделу лабораторной работы.

Отчет по каждой работе должен содержать выводы.

Лабораторная работа №1

Тема: «Закон Ома для участка цепи»

Цель: с помощью приборов убедиться в правильности соотношения между силой тока, напряжением и сопротивлением.

Основное задание:

1. Убедиться в правильности закона Ома для участка цепи

2. Приобрести навыки расчетов, построения и анализа графика.

3. Приобрести навыки сборки схем, измерения, величины тока и напряжения.

Краткие теоретические сведения

Закон Ома для участка цепи выражает зависимость между силой тока, напряжением на концах участка и его сопротивлением.

Сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах участка цепи и обратно пропорциональна его сопротивлению

Где I - сила тока участка цепи

U - напряжение на концах участка

R - сопротивление участка

Из формулы закона Ома можно получить несколько важных соотношений:

1. Напряжение на концах участка цепи численно равно произведению силы тока на сопротивление участка

2. Сопротивление участка цепи численно равно падению напряжения на этом участке деленном на силу тока в нем:

Сопротивление цепи не зависит от Э.Д.С. силы тока; Оно определяется только свойствами самой цепи. Сопротивление можно рассматривать как свойство материала определенной структуры, которая позволяет свободным электронам перемещаться при той или иной величине Э.Д.С.

Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа выполняется на стенде для проведения лабораторно-практических работ по электротехнике «17Л-03».

Для выполнения работы используются:

Источник напряжения 0÷24В - ГН2

Ампервольтметры АВ1; АВ2

Измеритель выходных параметров блока питания и генераторов -Изм В

Съемные элементы - резисторы R=100 ОМ, R=200 ОМ

Сменная панель «17Л - 03/2» , перемычка, соединительные провода .

Порядок выполнения работы

1.Собрать электрическую схему, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме:

А) подключить источник напряжения, для этого соединить проводником точки, обозначенные красным цветом -Х12 Х13→ГН2

Б) Подключить вольтметр Изм В для определения выходных параметров блока питания. Точки обозначены черным цветом.

В) Установить съемные элементы, сопротивление R - резисторы.

Г) Подключить амперметр АВ-1 (Х12 - Х20 → АВ1)

Д) Подключить вольтметр для определения напряжение на участке с сопротивлением R5 (Х18-Х21 → АВ2 )

Е) Установить перемычку Х 16 - Х17 так как этот амперметр в работе не используется

Ж) Самостоятельно начертить схему, собранную на стенде, используя знания условных обозначений цепи.

2. Провести исследования, результаты записать в таблицу.

А) Установить на источнике питания Э.Д.С. равное 10В (Е=10В). Измерить напряжение с помощью вольтметра АВ2, измерить силу тока с помощью амперметра АВ1.

Б) Установить на источнике питания Э.Д.С. равное 5В (Е=5В) . Измерить напряжение с помощью вольтметра АВ2, измерить силу тока с помощью амперметра АВ1. Полученные результаты внести в таблицу №1 и вычислить значения сопротивления.

Если задание выполнено правильно полученное значение сопротивления должно соответствовать значению сопротивления установленных резисторов

Таблица №1

№ опыта

Е (В)

Измерено

Вычислено

U (B)

I(A)

R(Ом)

1

10

2

5

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

3. Изменить напряжение при неизменном сопротивлении и измерить силу тока.

А) с помощью регулятора установить на вольтметре АВ2напряжение равное 5В, измерить силу тока (АВ1)

Б) с помощью регулятора установить на вольтметре АВ2 напряжение равное 10В, измерить силу тока (АВ1).

В) результаты внести в таблицу № 2

Таблица № 2

№ опыта

установлено

измерено

R5(Ом)

U(В)

I(А)

1

100

5

2

100

10

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

4. Определить, как влияет изменение сопротивления нагрузки на силу тока в цепи при постоянном напряжении.

А) установить напряжение на АВ2 равное 10В.

Б) установить R5 =100 Ом, измерить силу тока.

В) установить R5 =200 Ом, измерить силу тока.

Г) результаты занести в таблицу№3.

Таблица №3

№ опыта

установлено

измерено

U(В)

R5(Ом)

I(А)

1

10

100

2

10

200

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

5. Анализируя результаты опытов определить зависимость между параметрами электрической цепи I, U, R.

А) пользуясь данными таблицы №2 построить график зависимости силы тока от напряжения I=f(U).

Б) пользуясь данными таблицы №3 построить график зависимости силы тока от сопротивленияI=f(R).

6. В качестве вывода ответить на вопрос:

Какими способами можно менять силу тока в электрической цепи?

Лабораторная работа № 2

Тема: «Закон Ома для всей цепи»

Цели работы:

1. Установить практически, как изменяется напряжение на входе генератора при увеличении нагрузки в цепи.

2. Убедиться в правильности закона Ома для всей цепи.

3. Усвоить все физические законы и явления, встретившиеся в работе.

4. Приобрести навыки: сборки схем, измерения величины тока и напряжения, выполнения расчетов.

Приборы и оборудование:

Работа выполняется на оборудовании для проведения лабораторно-практических работ по электротехнике 17Л-03.

Электропитание осуществляется от сети 50 Гц, 220 В±10%.

В работе используются следующие элементы оборудования:

- Источник напряжения 0-24 В ГН2

- Ампервольтметры АВ1; АВ2

- Измеритель входных параметров блока питания и генераторов Изм В

- Съемные элементы R4=100 Ом; R5=200 Ом

- Сменная панель 17-Л03/2

- Перемычка, соединительные провода.

Краткие теоретические сведения

В замкнутой цепи между электродвижущей силой, током и сопротивлением существует зависимость, получившая название закона Ома для всей цепи. Сила тока прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи.

где : I - сила тока в цепи

Е - э.д.с. источника тока R - сопротивление потребителей (нагрузки) г₀ - сопротивление источника тока Из формулы закона Ома для всей цепи

Е = I(R+r₀) =IR + Ir₀

Так как произведение силы тока на сопротивление участка цепи численно равно падению напряжения на этом участке, то

E=U+U₀

Из формулы видно, что э.д.с. источника тока расходуется на преодоление сопротивления при перемещении электронов внутри источника тока и по внешней цепи.

U- напряжение на зажимах источника тока (на выходе генератора)

Uо- внутреннее падение напряжения.

Следовательно,

U = Е - Uо

т. е. напряжение на выходе генератора тока равно его э.д.с. минус падение напряжения внутри источника тока.

Порядок выполнения работы.

Предположим, что э.д.с. источника тока постоянна и внутреннее сопротивление его практически не меняется. Посмотрим, как будет изменяться ток в цепи, падение напряжения внутри источника тока и напряжение на зажимах в зависимости от изменения нагрузки.

I. Собрать электрическую цепь, пользуясь схемой 1 в следующей последовательности:

1. подключить источник питания

(XI2 Х13) ГН2

2. подключить измеритель выходных параметров блока питания

(XII, Х14)→ ИзмВ

3. установить съемные элементы - резисторы

R4=100Om R₅= 100 Ом

4. установить перемычку между XI6 XI7, так как амперметр I₂ не используется

5. подключить амперметр I₃

(XI9 Х20)→АВ1

6. включить в цепь вольтметр АВ2 для определения напряжения на выходе генератора

II. Начертить схему самостоятельно.

III. 1. Выполнить следующие исследования:

С помощью V установить э.д.с. генератора равной 5 В.

Измерить напряжение на выходе генератора U_H1 пользуясь вольтметром АВ2.

Измерить силу тока I с помощью амперметра АВ1.

Результаты занести в таблицу.

2. Вместо резистора R₅ = 100 Ом установить резистор R₅ = 200 Ом. Не изменяя Э.Д.С. измерить напряжения на выходе генератора и силу тока в цепи, как описано выше.

3. Результаты внести в таблицу, имеющую следующий вид:

4. Вычислить внутреннее сопротивление генератора (r₀)

откуда

5. Вычислить падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора

U = E-U₀

или Uo = Ir₀

6. Данные внести в таблицу.

Сопротивление нагрузки

измерено

вычислено

Е

I

Напряжение на выходе генерат.

r₀

Uo

I

R_H1=100Om

5В

II

R_H2=200Om

5В

Погрешности измерений приборов оборудования - не более 10%

7. Анализируя результаты измерений и вычислений, ответить на вопросы:

1). Как изменится ток в цепи при увеличении нагрузки?

2). Как изменится напряжение на выходе генератора при увеличении нагрузки?

Ответы на вопросы сформулировать в качестве вывода к лабораторной работе.

Если работа выполнена правильно, то ее результаты должны показать, что при увеличении нагрузки ток в цепи уменьшается. Это приводит к уменьшению падения напряжения внутри источника тока

U = 1r₀,

Что в свою очередь вызывает увеличение напряжения на зажимах, поскольку

U = E-U₀

При уменьшении сопротивления нагрузки ток в цепи и падение напряжения внутри источника тока увеличивается, а напряжение на зажимах уменьшается.

Лабораторная работа №3

Тема: «Последовательное соединение потребителей, резисторов»

Цель работы: изучить особенности последовательного соединения потребителей.

Основное задание:

1.Научиться собирать электрические схемы с последовательно включенными потребителями.

2.Практическими опытами подтвердить законы последовательного соединения потребителей.

Краткие теоретические сведения:

Последовательным называется такое соединение резисторов, когда к концу первого из них подключается начало второго, к концу второго - начало третьего и т.д., т. е. резисторы соединены в виде цепочки.

Положительный зажим источника тока притягивает электроны с такой силой, с какой отрицательный зажим отталкивает их. Движение свободных электронов во всех частях последовательной цепи начинается одновременно с одинаковой скоростью. Следовательно, электронный поток во всей цепи один и тот же, через любое ее поперечное сечение одновременно проходит равное число электронов, двигающихся с одинаковой скоростью. Поэтому ток при последовательном соединении резисторов один и тот же во всех частях цепи.

При последовательном соединении резисторов общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений ее участков:

R=R₁+R₂+R₃

Эта формула применима к любому числу сопротивлений одинаковых или разных величин: R=R₁+R₂+…+R _n

Когда цепочка из последовательно соединенных резисторов подключается к источнику тока, свободные электроны, образующие ток, проходят по всем резисторам.

Ток, проходя по резистору, создает на его концах напряжение, равное по закону Ома произведению IR. Напряжение на концах каждого резистора называется падением напряжения, так как на эту величину падает, т. е. уменьшается, разность потенциалов источника тока, которая приходится на остальные резисторы последовательной цепи. Падение напряжения на резисторе R₂ больше падения напряжения на резисторе R₁, так как необходима большая разность потенциалов, чтобы получить тот же самый ток в резисторе с более высоким сопротивлением.

Напряжение на зажимах цепи равно сумме падений напряжений на отдельных ее участках: U=U₁+U₂+U₃+…+U_n

Эти падения напряжений - пропорциональные части приложенного напряжения, которые необходимы для создания одного и того же тока в каждом последовательном сопротивлении. На большем сопротивлении происходит большее падение напряжения и наоборот. На равных сопротивлениях будут равные падения напряжений. Это правило можно записать так:

IR=R

Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа выполняется на стенде для проведения лабораторно- практических работ по электротехнике «17Л-03». Для выполнения работы используются: источник напряжения 0÷24В - ГН 2

ампервольтметры АВ 1; АВ 2

измеритель выходных параметров блока питания и генераторов Изм В

Съемные элементы - резисторы R₁=100 Oм, R₁=200 Ом, R₃=100 Ом

сменная панель 17Л-03/2

перемычка, соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1.Собрать электрическую схему, состоящую из двух последовательно включенных резисторов R₁ , R₂, генератора, измерительных приборов, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме

Для этого:

А) подключить источник напряжения. Для этого соединить проводниками токи обозначенные красным цветом. Х12Х13-ГН 2

Б) подключить вольтметр Изм В для определения выходных параметров блока питания.

В) установить съемные элементы - резисторы-R₁, R₂ c равным сопротивлением

Г) подключить амперметр АВ 1. Для этого соединить точки Х8Х9-АВ 1. Измерить общий ток I_общ.

Д) измерить U1, U2. Для этого вольтметр АВ 2 поочередно соединять с точками Х1Х2; Х3Х4.

Е) измерить общее напряжение U_общ., подключив Х10Х15 с АВ2.

Ж) начертить самостоятельно рабочую схему работы с двумя резисторами.

З) результаты измерений занести в таблицу и выполнить вычисления.

Таблица №1

Измерено

Вычислено

U гн2

U_R1

U_R2

I_ОБЩ

I₁

I₂

I_ОБЩ

10В

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

И) проанализировать данные, занесенные в таблицу и сделать вывод о том, как распределится напряжение в электрической цепи на двух последовательно включенных резисторах с одинаковым сопротивлением.

3. Собрать электрическую схему, состоящую из трех последовательно включенных резисторов R₁ , R₂, R₃, генератора, измерительных приборов, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме. Для этого:

А) подключить источник напряжения. Для этого соединить проводниками токи обозначенные красным цветом. Х12Х13-ГН 2

Б) подключить вольтметр Изм В для определения выходных параметров блока питания.

В) установить съемные элементы резисторы- R₁ , R₂, R₃.

Г) подключить амперметр АВ 1. Для этого соединить точки Х8Х9-АВ 1. Измерить общий ток I_общ.

Д) измерить U1, U2, U3. Для этого вольтметр АВ 2 поочередно соединять с точками Х1Х2; Х3Х4; Х5Х6.

Е) измерить общее напряжение U_общ., подключив Х10Х15 с АВ2.

Ж) начертить самостоятельно рабочую схему работы с тремя резисторами.

З) результаты измерений занести в таблицу и выполнить вычисления.

Таблица №2

Измерено

Вычислено

U_ГН2

I₁

I₂

I₃

I_ОБЩ

U_R1

U_R2

U_R3

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

И) проанализировать результаты и сделать вывод о том, как распределится напряжение в электрической цепи на трех последовательно включенных резисторах с различным сопротивлением.

Лабораторная работа №4

Тема: «Параллельное соединение потребителей, резисторов»

Цель работы: изучить особенности параллельного соединения потребителей.

Основное задание:

1. Научиться собирать электрические схемы с параллельно включенными потребителями.

2. Практическими опытами подтвердить законы параллельного соединения потребителей.

Краткие теоретические сведения: Параллельным называется такое соединение резисторов, когда их начала соединены в одну общую точку, а концы - в другую.

Т.к. резисторы R1, R2 и R3 непоследовательно подключены к зажимам источника тока, то разность потенциалов на их концах одна и та же - та, которую имеет источник. Отсюда следует, что напряжение на зажимах резисторов, соединенных параллельно одинаково:

U₁=U₂=U₃

Примеров параллельных цепей служит домашняя электрическая проводка. Ток ветви равен напряжению, приложенному к цепи, деленному на сопротивление этой ветви.

Чем больше сопротивление ветви, тем меньше ток в ней, и наоборот. Если сопротивления R₁ и R₂ равны, токи в обеих ветвях одинаковы по величине. Для любого числа параллельных ветвей с разными или равными сопротивлениями ток каждой ветви равен напряжению источника, деленному на сопротивление ветви, ток в общей цепи равен сумме токов ветвей.

Ток при параллельном соединении резисторов разветвляется обратно пропорционально сопротивлению ветвей.

Чем больше сопротивление ветви, тем меньше ток в ней, и наоборот.

Общее сопротивление параллельной цепи можно определить по закону Ома, разделив напряжение на зажимах параллельных сопротивлений на общий ток всех ветвей.

Формула для Rэ cправедлива для любого числа параллельных сопротивлений любой величины.

Ток в общей цепи равен , а в каждой ветви .

Поскольку общий ток равен сумме токов ветвей, то

Разделив левую и правую части этого равенства на V₁ получим

Таким образом, проводимость всех параллельно соединенных сопротивлений равна сумме проводимостей. Величина а, обратная общей проводимости, и является общим сопротивлением

При параллельном соединении n равных сопротивлений R₁ эквивалентное сопротивление их будет в n раз меньше, т. е.

R=

Эффективность работы электрической цепи определяет мощность электрического тока.

Работа электрического тока в одну секунду называется мощностью электрического тока, она характеризует интенсивность работы, совершаемой током:

Р = или Р=UI

Мощность, развиваемая электрическим током в цепи, равна произведению напряжения на ток.

Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа выполняется на стенде для проведения лабораторно- практических работ по электротехнике «17Л-03». Для выполнения работы используются: источник напряжения 0÷24В - ГН 2

ампервольтметры АВ 1; АВ 2

измеритель выходных параметров блока питания и генераторов Изм В

Съемные элементы - резисторы R₁=100 Oм, R₁=200 Ом, R₃=100 Ом

сменная панель 17Л-03/2

перемычка, соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1.Начертить самостоятельно рабочую схему работы.

2.Собрать электрическую схему, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме

А) установить резисторы R₄, R₅, R₆, R₇.

Б) подключить генератор, соединив точки Х12Х13 с блоком питания.

В) определить общую силу тока I_общ подключив точки Х16Х17-АВ1

Г) определить общее напряжение U_общ, подключив точки Х18Х21- АВ2

Д) установить перемычки Х16Х17 , Х19Х20

Е) измерить силу тока I₃, подключив Х22Х23-АВ1.

Ж) установить перемычки Х16Х17, Х22Х23.

З) измерить силу тока I₁

И) результаты измерений занести в таблицу и выполнить вычисления

Таблица №1

№опыта

Измерено

Вычислено

U₁

U₂

U₃

U_ОБЩ

I₁

I₃

I_ОБЩ

R_ОБЩ

I_ОБЩ

I₁

I₂

I₃

Р₁

Р₂

Р₃

Р_ОБЩ

1

2

3

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

Проанализировать данные занесенные в таблицу, сделать вывод и ответить на вопросы:

Как изменяются токи в ветвях в зависимости от величины сопротивлений?

Изменится ли ток в цепи, если вместо трех резисторов оставить два?

Как изменится общее сопротивление цепи, при увеличении количества параллельно включенных резисторов?

Построить график I=f(R) при параллельном соединении потребителей.

Лабораторная работа №5

Тема: Смешанное соединение резисторов

Цель работы: Изучить особенности смешанного соединения резисторов.

Основное задание:

1. Научиться собирать электрические схемы, в которых часть потребителей соединена последовательно, а часть - параллельно.

2. Приобрести навыки расчетов электрических цепей со смешанным соединением потребителей.

Краткие теоретические сведения.

Смешанным, или последовательно-параллельным, называется такое соединение резисторов, когда в цепи имеются одновременно и параллельное и последовательное их соединения.

На рисунке показано самое простое смешанное соединение резисторов: резисторы R₁ и R₂ включены, между собой, параллельно, и в то же время они включены последовательно с резистором R₃. В этом случае эквивалентное сопротивление

R= + R₃

Последовательно-параллельные цепи используются, когда необходимо получить в цепи различные величины токов и напряжений при одном источнике питания.

Элементы, которые требуют одного и того же тока, соединяются последовательно, а элементы, требующие одного и того же напряжения - параллельно.

Анализ цепи следует начинать с сопротивлений, наиболее удаленных от источника тока.

При рассмотрении цепей с несколькими источниками напряжения следует руководствоваться двумя правилами Кирхгоффа.

1.В любой' последовательной цепи сумма падений напряжений IR должна равняться сумме напряжений источников (с учетом полярности).

2.В параллельных цепях ток, поступающий в точку разветвления, должен быть равен сумме токов, уходящих из этой точки.

Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа выполняется на стенде для проведения лабораторно- практических работ по электротехнике «17Л-03». Для выполнения работы используются: источник напряжения 0÷24В - ГН 2

ампервольтметры АВ 1; АВ 2

измеритель выходных параметров блока питания и генераторов Изм В

Съемные элементы - резисторы R₁=100 Oм, R₁=200 Ом, R₃=100 Ом

сменная панель 17Л-03/2

перемычка, соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1.Собрать электрическую схему, состоящую из генератора, из измерительных приборов в которой R₅ соединен параллельно с R₆ и последовательно с R₄ пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме

А) установить резисторы R₄, R₅, R₆.

Б) подключить генератор, соединив точки Х12Х13 с блоком питания. Установить на Изм В напряжение равное 10 В.

В) определить общую силу тока I_общ подключив точки Х16Х17-АВ1

Г) определить общее напряжение U_общ, подключив точки Х18Х21- АВ2

Д) измерить напряжение на участке R₄, для этогоХ10Х18 соединить с АБ2

Е) установить перемычки Х16Х17 , Х19Х20

Ж) измерить силу тока I₃, подключив Х22Х23-АВ1.

З) установить перемычки Х16Х17, Х22Х23.

И) измерить силу тока I₃

К) результаты измерений занести в таблицу и выполнить вычисления

Таблица №1

Измерено

Вычислено

U_Общ

U_R4

U_R5

U_R6

I_Общ

I₄

I₅

I₆

R_Общ

U_Общ

10В

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

2.Начертить самостоятельно рабочую схему работы.

3. Проанализировать результаты вычислений и составить краткий конспект последовательности определения общего сопротивления при смешанном соединении потребителей

Лабораторная работа № 6

Тема: Следствия закона Ома

Цель: Определить значения сопротивления нагрузки по измеренным силе тока и напряжению.

Основное задание:

1. Научиться измерять силу тока и напряжение в цепи постоянного тока и по их значениям определить сопротивление нагрузки.

2. Научиться собирать простейшие электрические схемы.

Краткие теоретические сведения.

Сопротивление проводника можно вычислить методом вольтметра и амперметра;

R =

где U- напряжение на участке цепи; I - сила тока протекающего на этом участке. Сопротивление цепи не зависит от Э.Д.С. силы тока; оно определяется только свойствами самой цепи. С одной стороны, сопротивление можно рассматривать как свойство материала определенной структуры, которая позволяет свободным электронам перемещаться при той или иной величине Э.Д.С. С другой стороны, существует зависимость R =. Любая среда, которая позволяет протекать току 1 А при э. д. с. 10 В, имеет сопротивление 10 Ом. В этом случае отношение, равное

10 Ом, характеризует сопротивление. Если э. д. с. Удваивается до 20 Ом, то при этом удвоится и ток до 2 А, тогда как отношение остается равным 10 Ом. Значит, нет необходимости знать физическую структуру сопротивления для того, чтобы рассматривать его влияние на ток в цепи, поскольку мы знаем отношение.

Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа выполняется на стенде для проведения лабораторно-практических работ по электротехнике «17Л-03».

Для выполнения работы используются:

Источник напряжения 0÷24В - ГН2

Ампервольтметры АВ1; АВ2

Измеритель выходных параметров блока питания и генераторов -Изм В

Съемные элементы - резисторы R=100 ОМ, R=200 ОМ, R=300 ОМ

Сменная панель «17Л - 03/2» , перемычка, соединительные провода .

Порядок выполнения работы.

1. Собрать электрическую схему, состоящую из трех последовательно включенных резисторов R₁ , R₂, R₃, генератора, измерительных приборов, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме. Для этого:

А) подключить источник напряжения. Для этого соединить проводниками токи обозначенные красным цветом. Х12Х13-ГН 2

Б) подключить вольтметр Изм В для определения выходных параметров блока питания. Установить на генераторе U=10 В.

В) установить съемные элементы резисторы- R₁ , R₂, R₃.

Г) подключить амперметр АВ 1. Для этого соединить точки Х8Х9-АВ 1. Измерить общий ток I_общ.

Д) измерить U1, U2, U3. Для этого вольтметр АВ 2 поочередно соединять с точками Х1Х2; Х3Х4; Х5Х6.

Е) начертить самостоятельно рабочую схему работы с тремя резисторами.

З) результаты измерений занести в таблицу и выполнить вычисления сопротивлений каждого резистора.

Таблица №1

Способ соединения резисторов

Измерено

Вычислено

I₁

I₂

I₃

U₁

U₂

U₃

R₁

R₂

R₃

последовательно

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

2.Собрать электрическую схему, состоящую из двух резисторов, соединенных параллельно, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме

А) установить резисторы R₄, R₅, R₆, R₇.

Б) подключить генератор, соединив точки Х12Х13 с блоком питания, установить на генераторе U=5В.

В) определить общую силу тока I_общ подключив точки Х16Х17-АВ1

Г) определить общее напряжение U_общ, подключив точки Х18Х21- АВ2

Д) установить перемычки Х16Х17 , Х22Х23.

Е) измерить силу тока I₃, подключив Х19Х20-АВ1.

И) результаты измерений занести в таблицу и выполнить вычисления.

Таблица № 2

Способ соединения резисторов

Измерено

Вычислено

I_R5

I_R6

U_R5

U_R6

R₅

R₆

параллельный

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

Проанализировать результаты вычислений и ответить на вопросы:

1. Как рассчитать сопротивление по измеренным силе тока и напряжению?

2. Как рассчитать общее сопротивление цепи при последовательном соединении?

3. Как рассчитать общее сопротивление цепи при параллельном соединении?

Лабораторная работа № 7

Тема: Работа электрического тока.

Цель: Измерение работы (расхода электроэнергии) в цепи постоянного тока.

Основное задание: Изучить методы измерения работы в цепях постоянного тока.

Краткие теоретические сведения.

Электрический ток, проходя по цепи, совершает работу: двигает электрические поезда, трамваи, вращает электродвигатели станков на заводах, освещает дома, улицы, и т. д.

Способность электрического тока совершать работу называется электрической энергией. Энергия проявляется только в виде работы, а она является единственной мерой определения количества энергии. Определить энергию - значит найти работу, которую совершает источник тока, расходуя свою энергию.

Работа, совершаемая электрическим током во всей цепи или на отдельном участке, выражается произведением количества прошедшего по цепи электричества на падение напряжения:

А=QU

Как известно, количество электричества Q, прошедшее через нагрузку за время t, равняется произведению тока I на время t, т. е.

Q=I t

Подставив вместо Q его значение в приведенную выше формулу, получим

А=U I t

Где А - работа в Джоулях

U - напряжение в Вольтах

I - ток в Амперах

t - время в секундах.

Формулу можно преобразовать, подставив в нее значение U=I R, получим

А=I²R t

Где R- сопротивление в Омах.

Подставив в последнюю формулу значение I = , получим

А= ² t . Формулы работы равнозначны и применяются в зависимости от условий задачи.

Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа выполняется на стенде для проведения лабораторно-практических работ по электротехнике «17Л-03».

Для выполнения работы используются:

Источник напряжения 0÷24В - ГН2

Ампервольтметры АВ1; АВ2

Измеритель выходных параметров блока питания и генераторов -Изм В

Съемные элементы - резисторы R=100 ОМ, R=200 ОМ, R=300 ОМ

Сменная панель «17Л - 03/2» , перемычка, соединительные провода .

Порядок выполнения работы.

1. Собрать электрическую схему, состоящую из трех последовательно включенных резисторов R₁ , R₂, R₃, генератора, измерительных приборов, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме. Для этого:

А) подключить источник напряжения. Для этого соединить проводниками токи обозначенные красным цветом. Х12Х13-ГН 2

Б) подключить вольтметр Изм В для определения выходных параметров блока питания. Установить на генераторе U=10 В.

В) установить съемные элементы резисторы- R₁ , R₂, R₃.

Г) подключить амперметр АВ 1. Для этого соединить точки Х8Х9-АВ 1. Измерить общий ток I_общ.

Д) измерить U1, U2, U3. Для этого вольтметр АВ 2 поочередно соединять с точками Х1Х2; Х3Х4; Х5Х6.

Е) начертить самостоятельно рабочую схему работы с тремя последовательными резисторами.

З) результаты измерений занести в таблицу

2. Собрать электрическую схему, состоящую из трех резисторов, соединенных параллельно, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме

А) установить резисторы R₄, R₅, R₆, R₇.

Б) подключить генератор, соединив точки Х12Х13 с блоком питания, установить на генераторе U=10 В.

В) измерить падение напряжения на резисторах, подключив точки Х18Х21- АВ2

Г) установить перемычки Х16Х17 , Х22Х23.

Д) измерить силу тока I₂, подключив Х16Х17-АВ1.

Е) схему параллельного соединения резисторов начертить самостоятельно

И) результаты измерений занести в таблицу и выполнить вычисления.

Таблица №1

Способ соединения

измерено

вычислено

U₁

U₂

U₃

U_общ

I_общ

Время опыта t, с

А, Дж

Последовательный

параллельный

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

Проанализировать результаты измерений и вычислений и ответить на вопросы:

1. Отличается ли расход электроэнергии при последовательном и параллельном соединении потребителей?

2. Каким прибором измеряется работа постоянного тока?

3. Можно ли измерить работу постоянного тока без этого прибора?

4. Какими методами измеряется работа постоянного тока?

Лабораторная работа № 8

Тема: мощность постоянного тока.

Цель работы: изучить способы расчета мощности потребителей.

Основное задание: правильно снимать показания приборов и грамотно рассчитывать мощность потребителей.

Краткие теоретические сведения.

Энергия и работа выражают одно и то же понятие. Мощность же отличается от них: она представляет собой работу, производимую в единицу времени. Работа от времени не зависит.

Работа электрического тока в одну секунду называется мощностью электрического тока, она характеризует интенсивность работы, совершаемой током: Р=

Подставив вместо А ее значение, получим т. е. мощность, развиваемая электрическим током в цепи равна произведению напряжения на ток.

Формула мощности может быть представлена в других видах:

Р=I² R или P=

За единицу мощности принят ватт ( Вт ). Ватт есть мощность, которую развивает ток величиной 1 А при напряжении 1 В.

При рассмотрении работы источника электрического тока приходится сталкиваться с понятием полной и полезной мощности. Полной называется мощность, развиваемая источником тока, полезной - мощность, расходуемая во внешней цепи (потребителем).

Полная мощность

Р = E I,

Где Р- полная мощность в ваттах;

Е - электродвижущая сила в вольтах;

I - ток в амперах.

Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа выполняется на стенде для проведения лабораторно-практических работ по электротехнике «17Л-03».

Для выполнения работы используются:

Источник напряжения 0÷24В - ГН2

Ампервольтметры АВ1; АВ2

Измеритель выходных параметров блока питания и генераторов -Изм В

Съемные элементы - резисторы R=100 ОМ, R=200 ОМ, R=300 ОМ

Сменная панель «17Л - 03/2» , перемычка, соединительные провода .

Порядок выполнения работы.

1. Собрать электрическую схему, состоящую из двух последовательно включенных резисторов R₁ , R₂, генератора, измерительных приборов, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме. Для этого:

А) подключить источник напряжения. Для этого соединить проводниками точки обозначенные красным цветом. Х12Х13-ГН 2

Б) подключить вольтметр Изм В для определения выходных параметров блока питания. Установить на генераторе U=10 В.

В) установить съемные элементы резисторы- R₁ , R₂, R₃.

Г) подключить амперметр АВ 1. Для этого соединить точки Х8Х9-АВ 1. Измерить общий ток I_общ.

Д) измерить U1, U2, U3. Для этого вольтметр АВ 2 поочередно соединять с точками Х1Х2; Х3Х4; Х5Х6. Определить общее напряжение

Е) начертить самостоятельно рабочую схему работы с двумя последовательными резисторами.

З) результаты измерений занести в таблицу.

Таблица№1

Измерено

Вычислено

U₁

I₁

Rобщ

P

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

2. Собрать электрическую схему, состоящую из двух резисторов, соединенных параллельно, пользуясь цветными ориентирами на прилагаемой схеме

А) установить резисторы R₄, R₅, R₆, R₇.

Б) подключить генератор, соединив точки Х12Х13 с блоком питания, установить на генераторе U=10 В.

В) измерить падение напряжения на резисторах, подключив точки Х18Х21- АВ2

Г) установить перемычки Х16Х17 , Х22Х23.

Д) измерить силу тока I₂, подключив Х16Х17-АВ1.

Е) схему параллельного соединения резисторов начертить самостоятельно

И) результаты измерений занести в таблицу и выполнить вычисления.

Таблица№2

Измерено

Вычислено

U₂

I₂

R_ОБЩ

P

Погрешность измерения приборов используемых в оборудовании «17Л-03» составляет ±10%

Контрольные вопросы:

1. Как изменится мощность при изменении способа соединения потребителей?

2. Как изменится мощность при изменении силы тока и напряжения?

Лабораторная работа №9

Тема: переменный электрический ток.

Цель: исследование электроприемников, соединенных «звездой», в трехфазной системе тока.

Основное задание: практически научиться включать потребители в трехфазную сеть «звездой» при равномерной и неравномерной нагрузке фаз; проверить основные соотношения между токами и напряжениями;

Определить роль и назначение нулевого провода в четырехпроводной системе трехфазного тока.

Краткие теоретические сведения.

Переменный ток, в отличие от постоянного, изменяется по величине и направлению. Особенно важно то, что он, непрерывно меняясь по величине, создает переменное магнитное поле.

Большое распространение получил периодический синусоидальный переменный ток, называемый так потому, что он изменяется по закону кривой -«синусоиды», причем изменения его повторяются через равные промежутки времени.

1. Параметры переменного тока

Постоянные величины, которые определяют характер изменения переменного тока, называются его параметрами. К ним относятся период, частота и амплитуда.

Время, в течение которого происходит полный цикл изменений тока, после чего изменения повторяются, называется периодом. Период обозначается буквой Т и измеряется в секундах. Период еще можно определить как время одного полного колебания тока, исходя из того, что переменный ток представляет собой колебания электронов в проводе.

Период измеряется очень малыми долями секунды, особенно, для переменных токов, применяемых в радиотехнике. Для характеристики переменных токов чаще пользуются другим параметром - частотой.

Частотой переменного тока называется число периодов в одну секунду или число

полных колебаний тока в одну секунду. Частота тока обозначается буквой f. Чтобы узнать, сколько колебаний тока произойдет за одну секунду, нужно 1 сек разделить на время одного колебания, т. е.

Таким образом, частота - это величина, обратная периоду.

Частота измеряется в герцах (обозначается Гц или Hz). Частота переменного тока равна 1 Гц, если в секунду происходит одно колебание.

В радиотехнике приходится иметь дело с переменными токами высокой частоты, поэтому для удобства используется единица частоты, в 1000 раз большая одного герца. Эта единица называется килогерцем (кГц):

1 кГц = 10³ Гц,

В технике ультракоротких волн и сверхвысоких частот используются еще большие единицы частоты - мегагерц (МГц) и гигагерц (ГГц):

Амплитудой тока называется наибольшее (максимальное) значение тока за время одного периода. За один период ток дважды проходит наибольшее значение: один раз при изменении в положительном направлении, другой - в отрицательном. Мгновенным значением переменного тока называется значение тока для данного момента времени.

2. Генератор переменного напряжения

Электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами. Действие электрического генератора основано на известном нам явлении электромагнитной индукции.

Рисунок№1 Движение проводника в магнитном поле

В электрических машинах для получения переменного тока используется круговое движение проводника в магнитном поле.

Проводник, изогнутый в виде рамки, которая может вращаться вокруг оси. При вращении этой рамки в магнитном поле в ней индуктируется э. д. с, величина которой изменяется по синусоидальному закону. Если рамку соединить с внешней цепью, то по ней потечет переменный синусоидальный ток.

Для соединения вращающейся рамки с неподвижной цепью служат два взаимно изолированных медных контактных кольца, насаженные на вал. Один конец рамки соединяют с одним кольцом, другой - с другим. При вращении рамки по кольцам скользят неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Синусоидальную кривую обычно строят следующим образом: по горизонтальной оси откладывают время или угол поворота рамки, а по вертикальной - э. д. с. или ток. Положительная часть синусоиды соответствует одному направлению э. д. с. в проводниках, отрицательная - другому.

Угол поворота проводника относительно его начального положения в любой момент времени называется фазой. Фаза определяет мгновенное значение тока (или э. д. с.) и его направление в цепи: она показывает, возрастает ток или убывает.

Таким образом, фазой или фазовым углом называется угол, определяющий мгновенное значение тока (э. д. с, напряжения) в данный момент времени.

В физике фазой колебания называется всякое положение тела, совершающего периодические колебания. При колебании положение тела, т. е. его фаза, непрерывно изменяется.

Для удобства отсчета за начальную фазу принимается фаза нулевых или амплитудных (максимальных) значений.

Трехфазной системой называется совокупность трех синусоидальных э. д. с., одинаковых по частоте, периоду, максимальному значению, по сдвинутым относительно друг друга по фазе на 120^˚. Трехфазный переменный ток можно получить путем вращения в однородном магнитном поле трех одинаковых рамок, смещенных относительно друг друга на 120^˚.

Как видно из рисунка №1, значение Е_I , будет максимальным тогда, когда угол между направлением движения и магнитными силовыми линиями равен 90˚ или 270˚; такое же значение будет и у Е_II, Е_III, только с отстованием на 120˚ и 240˚

Периоды и частота трех синусоид одинаковы.

В такой системе и возникает трехфазный переменный ток. В практике чаще всего трехфазные обмотки генераторов расположены на статоре. Для сокращения количества выводных концов обмоток статора их соединяют двумя двумя способами: звездой и треугольником. При соединении звездой все концы обмоток (фаз) соединены в одну точку, а начала выведены в линию.

I

Рисунок №2

При такой схеме соединения различают линейные и фазные токи (I_{л ,} I_Ф ) и напряжения (U_Л , U_Ф)

При соединении звездой: I_Л=I_Ф ; U_Л=_Ф

При построении векторной диаграммы ( рисунок №3) видно, что при соединении звездой U_Л больше U_Ф в

Рисунок №3

Рисунок №4

При соединении звездой: U_ЛАБ= U_А- U_В; U_ЛВС=U_В- U_С ; U_ЛСА=U_C- U_А

Если сопротивление всех трех фаз одинаковы, то такой потребитель называется симметричным. Рассмотрим случай с несимметричной нагрузкой.

Если в фазе А произошло короткое замыкание, то R_А=0, U_ФА=0, U_ФС=U_Л и U_ФВ=U_Л.

По векторной диаграмме видно, что нулевая точка смещается в точку А: U_ФА =U_Л , U_ФС =U_Л.

Рисунок №5

При обрыве фазы А две другие попадают под одно линейное напряжение, которое и распределяется между ними прямо пропорционально их сопротивлениям. Нулевая точка О смещается ( по диаграмме) на сторону ВС.

Смещение нулевой точки потребителя, происходящее при несимметричной нагрузке приводит к опасным явлениям в осветительной сети. Поэтому нулевые точки генератора и потребителя соединяют нулевым проводом.

Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа выполняется на стенде для проведения лабораторно- практических работ по электротехнике «17Л-03». Для выполнения работы используются: генератор трехфазного напряжения - ГТН ;

ампервольтметры - АВ 1;

милливольтамперметр переменного тока - МБА;

измеритель выходных параметров блока питания и генераторов - Изм М;

съемные элементы - резисторы R₁= R₂=200 Ом , R ₃ =100 Ом, R₁=R ₂ =R ₃ =200 Ом;

сменная панель 17Л-03/7;

перемычка, соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схему, состоящуя из трех резисторов с одинаковым сопротивлением:

R₁=R ₂ =R ₃ =200 Ом;

Использовать цветные ориентиры на прилагаемой схеме.

2. Измерить:

Фазные токи I_A, I_В, I_С и ток в нулевом проводе I₀

Фазные напряжения U_ФА, U_ФВ, U_ФС.

Линейные напряжения U_АВ, U_АС, U_ВС.

3. Расчитать линейные токи: I_Л1, I_Л2, I_Л3.

4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

5. Собрать схему, состоящую из трех резисторов: R₁= R₂=200 Ом , R ₃ =100 Ом

6. Измерить:

Фазные токи и ток в нулевом проводе;

Фазные напряжения;

Линейные напряжения

7. Определить линейные токи

8. Результаты измерений и вычислений внести в таблицу

Таблица №1.

Режим нагрузки

Ток в нулевом уровне

I₀

Фазные токи

Линейные токи

Фазные напряжения

Линейные напряжения

I_A

I_B

I_C

I_Л1

I_Л2

I_Л3

U_ЛА

U_ФВ

U_ФС

U_АВ

U_АС

U_ВС

Равномерна

Не-

равномерная

9. Сравнить фазные и линейные токи, фазные и линейные напряжения, а также токи в нулевом проводе при разных режимах нагрузки.

10. Ответить на контрольные вопросы:

А) Как соотносятся между собой фазные и линейные токи, фазные и линей ные напряжения?

Б) Изменится ли фазный ток при изменении нагрузки в этой фазе?

В) Влияет ли изменение нагрузки одной из фаз на величины фазных напряжений и токов других фаз?

Лабораторная работа №10

Тема: переменный электрический ток.

Цель: исследование электроприемников, соединенных «треугольником», в трехфазной системе тока.

Основное задание: практически научиться включать потребители в трехфазную сеть «треугольником» при равномерной и неравномерной нагрузке фаз; проверить основные соотношения между токами и напряжениями;

Определить роль и назначение нулевого провода в четырехпроводной системе трехфазного тока.

Краткие теоретические сведения.

Переменный ток, в отличие от постоянного, изменяется по величине и направлению. Особенно важно то, что он, непрерывно меняясь по величине, создает переменное магнитное поле.

Большое распространение получил периодический синусоидальный переменный ток, называемый так потому, что он изменяется по закону кривой -«синусоиды», причем изменения его повторяются через равные промежутки времени.

1. Параметры переменного тока

Постоянные величины, которые определяют характер изменения переменного тока, называются его параметрами. К ним относятся период, частота и амплитуда.

Время, в течение которого происходит полный цикл изменений тока, после чего изменения повторяются, называется периодом. Период обозначается буквой Т и измеряется в секундах. Период еще можно определить как время одного полного колебания тока, исходя из того, что переменный ток представляет собой колебания электронов в проводе.

Период измеряется очень малыми долями секунды, особенно, для переменных токов, применяемых в радиотехнике. Для характеристики переменных токов чаще пользуются другим параметром - частотой.

Частотой переменного тока называется число периодов в одну секунду или число

полных колебаний тока в одну секунду. Частота тока обозначается буквой f. Чтобы узнать, сколько колебаний тока произойдет за одну секунду, нужно 1 сек разделить на время одного колебания, т. е.

Таким образом, частота - это величина, обратная периоду.

Частота измеряется в герцах (обозначается Гц или Hz). Частота переменного тока равна 1 Гц, если в секунду происходит одно колебание.

В радиотехнике приходится иметь дело с переменными токами высокой частоты, поэтому для удобства используется единица частоты, в 1000 раз большая одного герца. Эта единица называется килогерцем (кГц):

1 кГц = 10³ Гц,

В технике ультракоротких волн и сверхвысоких частот используются еще большие единицы частоты - мегагерц (МГц) и гигагерц (ГГц):

Амплитудой тока называется наибольшее (максимальное) значение тока за время одного периода. За один период ток дважды проходит наибольшее значение: один раз при изменении в положительном направлении, другой - в отрицательном. Мгновенным значением переменного тока называется значение тока для данного момента времени.

2. Генератор переменного напряжения

Электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами. Действие электрического генератора основано на известном нам явлении электромагнитной индукции.

Рисунок№1 Движение проводника в магнитном поле

В электрических машинах для получения переменного тока используется круговое движение проводника в магнитном поле.

Проводник, изогнутый в виде рамки, которая может вращаться вокруг оси. При вращении этой рамки в магнитном поле в ней индуктируется э. д. с, величина которой изменяется по синусоидальному закону. Если рамку соединить с внешней цепью, то по ней потечет переменный синусоидальный ток.

Для соединения вращающейся рамки с неподвижной цепью служат два взаимно изолированных медных контактных кольца, насаженные на вал. Один конец рамки соединяют с одним кольцом, другой - с другим. При вращении рамки по кольцам скользят неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Синусоидальную кривую обычно строят следующим образом: по горизонтальной оси откладывают время или угол поворота рамки, а по вертикальной - э. д. с. или ток. Положительная часть синусоиды соответствует одному направлению э. д. с. в проводниках, отрицательная - другому.

Угол поворота проводника относительно его начального положения в любой момент времени называется фазой. Фаза определяет мгновенное значение тока (или э. д. с.) и его направление в цепи: она показывает, возрастает ток или убывает.

Таким образом, фазой или фазовым углом называется угол, определяющий мгновенное значение тока (э. д. с, напряжения) в данный момент времени.

В физике фазой колебания называется всякое положение тела, совершающего периодические колебания. При колебании положение тела, т. е. его фаза, непрерывно изменяется.

Для удобства отсчета за начальную фазу принимается фаза нулевых или амплитудных (максимальных) значений.

Трехфазной системой называется совокупность трех синусоидальных э. д. с., одинаковых по частоте, периоду, максимальному значению, по сдвинутым относительно друг друга по фазе на 120^˚. Трехфазный переменный ток можно получить путем вращения в однородном магнитном поле трех одинаковых рамок, смещенных относительно друг друга на 120^˚.

Как видно из рисунка №1, значение Е_I , будет максимальным тогда, когда угол между направлением движения и магнитными силовыми линиями равен 90˚ или 270˚; такое же значение будет и у Е_II, Е_III, только с отставанием на 120˚ и 240˚

Периоды и частота трех синусоид одинаковы.

В такой системе и возникает трехфазный переменный ток. В практике чаще всего трехфазные обмотки генераторов расположены на статоре. Для сокращения количества выводных концов обмоток статора их соединяют двумя способами: звездой и треугольником.

При соединении треугольником конец первой обмотки соединен с началом второй, конец второй с началом третьей, конец третьей, с началом первой.

При соединении треугольником: U _Л=U_Ф ; I_Л = _Ф ;

I_Л1=I_Ф3 -I_Ф1 ; I_Л2=I_ФА-I_Ф2 ; I_Л3=I_Ф2 -I_Ф3. Из треугольника OMN (рисунок 3) легко доказать, что I_Л=I_Ф

Из диаграмм видно, что U_Л=U_Ф

При соединении «треугольником» напряжение на зажимах каждой пары линий равно напряжению на любой обмотке статора.

Описание экспериментальной установки.

Лабораторная работа выполняется на стенде для проведения лабораторно- практических работ по электротехнике «17Л-03». Для выполнения работы используются: генератор трехфазного напряжения - ГТН ;

ампервольтметры - АВ 1;

милливольтамперметр переменного тока - МБА;

измеритель выходных параметров блока питания и генераторов - Изм М;

съемные элементы - резисторы R₁= R₂=R ₃ =200 Ом , R₁=R ₂ =R ₃ =510 Ом;

сменная панель 17Л-03/8;

перемычка, соединительные провода.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схему, состоящую из трех резисторов с одинаковым сопротивлением:

R₁=R ₂ =R ₃ =200 Ом;

Использовать цветные ориентиры на прилагаемой схеме.

2. Измерить:

Фазные токи I_A, I_В, I_С и ток в нулевом проводе I₀

Фазные напряжения U_ФА, U_ФВ, U_ФС.

Линейные напряжения U_АВ, U_АС, U_ВС.

3. Рассчитать линейные токи: I_Л1, I_Л2, I_Л3.

4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

5. Собрать схему, состоящую из трех резисторов: R₁= R₂=200 Ом , R ₃ =100 Ом

6. Измерить:

Фазные токи и ток в нулевом проводе;

Фазные напряжения;

Линейные напряжения

7. Определить линейные токи

8. Результаты измерений и вычислений внести в таблицу

Таблица №1.

Режим нагрузки

Фазовые токи

Линейные токи

Фазовые напряжения

Линейные напряжения

iа

Iв

Iс

Iл1

Iл2

Iл3

Uа

Uв

Uс

Uав

Uвс

Uса

Равномерная

неравномерная

9. Проанализировать результаты измерений и вычислений и ответить на вопросы:

1. Какое соединение потребителей называется соединением «треугольником»?

2. Какого соотношение фазных и линейных токов и фазных и линейных напряжений при соединении «треугольником»

3. Изменится ли фазный ток при изменении нагрузки в этой фазе?

4. Влияет ли изменение нагрузки одной из фаз на величины фазных напряжений и токов других фаз?

Литература

Основная литература

1. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники.- М.: Высшая школа, 2004.-495с.

2. Учебник теоретических основ электротехники. К.Ф. Демирчян, Л.Р. Нейман, т. 1. - Питер, 2003.

3 Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высш. шк., 2000.

4. Кацман М. М. Электрические машины.- М.: Высшая школа;

Издательский центр «Академия»,-2001.-463с.

Дополнительная литература

1. Попов В. С. Теоретическая электроника.- М.: Энергоатомиздат, 1999.- 544с.

2. Касаткин А.С. Немцов М.В. Электротехника.- М.: Академия, 2005.

3. Сизых Г. Н. Электропитание устройств связи.- М.:1999.

Содержание

1. Пояснительная записка 3

2. Лабораторная работа №1 6

3. Лабораторная работа №2 10

4. Лабораторная работа № 3 13

5. Лабораторная работа №4 16

6. Лабораторная работа №5 19

7. Лабораторная работа №6 21

8. Лабораторная работа №7 24

9. Лабораторная работа №8 27

10. Лабораторная работа №9 30

11. Лабораторная работа №10 36

12. Список используемой литературы 40

42