ЭлТехн-МетУказV1_00

11.Изменятся ли данные эксперимента, и если изменятся, то как, если поверх обмотки III намотать обмотку VI и пропустить по ней постоянный ток?

12.При выполнении пунктов 4 и 5 задания (подача на обмотку прямоугольного низкочастотного напряжения) что произойдет, если частоту питающего напряжения выбрать выше, чем частоту, использованную при выполнении предыдущих пунктов?

13.Будут ли зависеть напряжения на обмотках трансформатора I и II, от их расстояния друг от друга (то есть если обмотку I размещать на кольце ближе или дальше от обмотки II)?

14.С какой целью обмотки торроидальных трансформаторов стремятся разместить на кольце максимально равномерно?

15.Какая часть энергии источника питания в предложенной конструкции магнитопровода будет передаваться от обмотки II к обмот-

кам I и III?

Таблица 8.4 – Варианты заданий к лабораторной работе № 8

111

Примечание: для выполнения расчетов магнитных величин следует пользоваться следующими обмоточными данными:

ЛИТЕРАТУРА

1.Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи [Текст]: учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов / Л.

А. Бессонов. –7-е изд., перераб. и доп. – М. : Высш. шк., 1978. – 528с1. – (эл.)2

2.Справочное пособие по электротехнике и основам электроники: учебное пособие для неэлектротехнич. спец. вузов [Текст] / под ред. А. В. Нетушила. – М. : Высш. шк., 1986.-248 с.: ил. – (эл.)

3.Сборник задач по теоретическим основам электротехники [Текст]: учеб. пособие для энерг. и приборст. спец. вузов. – 3-е изд., перераб. и доп./Л. А. Бессонов, И. Г. Демидова, М. Е. Заруди.; под ред.

Л.А. Бессонова. – М. : Высш. шк., 1988.– 543с - (эл.)

4.Зайчик, М. У. Сборник задач и упражнений по теоретической электротехнике[Текст] / М. У. Зайчик. - М. : Высш. шк., 1988.- 248с. - (эл.)

5.Якунин, А. Г. Конспект лекций по электротехнике [Электронный ресурс] / А. Г. Якунин; – АлтГТУ, каф. автоматики и вычислительных систем. – Барнаул, 2008. – Режим доступа: http://elib.altstu.ru/, свободный. – Загл. с экрана.

6.Якунин А. Г. Введение в ИИТ [Электронный ресурс] / А. Г. Якунин;– АлтГТУ, каф. автоматики и вычислительных систем. – Барнаул, 2008. – Режим доступа: http://elib.altstu.ru/, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. рус.

1В электронном виде имеется также вариант 1996 года, 638 с.

2если у литературного источника стоит отметка (эл.), это означает, что на сервере кафедры, на сайте http://elib.altstu.ru/ или непосредственно в лаборатории электротехники и электроники, где проходят занятия, имеется его электронная версия. На чисто электронных ресурсах такая отметка не ставится.

112

7.Основы теории цепей [Текст] / Зевеке Г. В., Ионкин П. А., Нетушил А. В., Страхов С. В. – 4-е изд., перераб. – М. : Энергия, 1975. –725 с. – ил. – (эл.)

8.Кузнецов, М. И. Основы электротехники [Текст]. / М. И. Кузнецов; под. ред. С. В. Страхова. – Изд. 9-е, исправленное. – М. :

Высш. шк., 1964.-560 с. – ил. – (эл.)

9.Теоретические основы электротехники [Текст]: учебник для электротехн. вузов. В 2 т. Т.1. Основы теории линейных цепей / под ред. П. А. Ионкина. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М. : Высш. шк., 1976. –544 с. – ил. – (эл.)

10.Теоретические основы электротехники [Текст]: учебник для электротехн.вузов. В 2 т. Т.2. Нелинейные цепи и основы теории электромагнитного поля / под ред. П. А. Ионкина. – Изд. 2-е, перераб.и

доп. – М. : Высш. шк., 1976. – 383 с. – ил. – (эл.)

11.Морозов, А. Г. Электротехника, электроника и импульсная техника [Текст]: учеб. пособие для инженерно-эконом. спец. вузов / А.

Г. Морозов. – М.: Высш. шк., 1987. – 448 с. – ил. – (эл.)

12.Голубев, А. Н. Теоретические основы электротехники [Электронный ресурс]: ресурсы электронной библиотеки Ивановского государственного энергетического университета / А. Н. Голубев; ИГЭУ, кафедра теоретических основ электротехники и электротехнологии. – Иваново, 2007. – Режим доступа: http://elib.ispu.ru/library/lessons/Golubev/, свободный. – Загл. с эк-

рана. – Яз. рус.

113

ПРИЛОЖЕНИЕ А Структура первой части курса «Электротехника и

электроника»

МОДУЛЬ 1. ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

Тема 1. Введение. (1 ч). Общее представление об электротехнике. Основные задачи дисциплины и ее взаимосвязь с другими дисциплинами. Области практического применения полученных знаний и навыков. Структура курса и его связь с другими дисциплинами. Требования к зачету и уровню усвоения материала.

Тема 2. Основы измерений электрических величин. Примене-

ние программных средств для синтеза и анализа электрических цепей (2 ч). Основные типы электроизмерительных приборов. Влияние параметров измерительных устройств на точность измерения. Методы и средства автоматизации схемотехнического проектирования электронных схем. Системы проектирования AutoCAD, P-CAD и программные продукты фирмы National Instruments: LabView, MultiCap, MultiSIM (Electronic Work Bench, Ultiboard). Их краткое описание и сравнитель-

ная характеристика. Основы работы в среде MultiSIM.

Тема 3. Простые цепи постоянного тока (2 ч). Основные законы, элементы и параметры электрических и магнитных цепей. Основные понятия электрических и магнитных цепей. Пассивные и активные элементы электрических цепей и их параметры. Линейные и нелинейные цепи. Вольтамперные характеристики участков цепей с источниками. Законы Кирхгофа. Преобразования схем электрических цепей.

Тема 4. Методы расчета сложных электрических цепей (2 ч). Методы контурных токов, узловых потенциалов, наложения, эквивалентного генератора, двух узлов, пропорциональных величин и проч. Примеры расчета электрических цепей. Баланс мощности в электрических цепях.

Тема 5. Электрические цепи однофазного и трехфазного синусоидального тока (2 ч). Основные понятия электрических величин синусоидального тока. Изображение синусоидальных функций вращающимися векторами. Синусоидальные токи в элементах электрических цепей. Трехфазные цепи. Анализ смешанных электрических цепей синусоидального тока. Мощность в цепи синусоидального тока. Комплексный (символьный) метод расчета цепей переменного тока. Частотные характеристики реактивных двухполюсников. Основные определения и классификация четырехполюсников. Передаточная функция. Электрические фильтры. Фильтры типа k и m.

114

Тема 6. Переходные процессы в электрических цепях (2 ч). Законы коммутации. Принужденный и свободный режим. Пере-

ходные процессы в цепях r,L,C. Применение преобразований Лапласа к расчету переходных процессов. Применение преобразования Фурье к расчету переходных процессов. Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами.

Тема 7. Длинные линии (2 ч). Понятие длинной линии. Стоячие волны. Основные характеристики длинных линий. Волновое сопротивление. Основные методы расчета длинных линий. Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами.

МОДУЛЬ 2. НЕЛИНЕЙНЫЕ МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

Тема 7. Магнитные цепи и основы теории электромагнитного поля (2ч). Магнитные цепи и их связь с цепями постоянного тока. Пассивные и активные элементы магнитных цепей и их параметры. Основные понятия теории электромагнитного поля. Электрические машины. Двигатели ПТ. Магнитный усилитель.

Тема 8. Нелинейные электрические цепи (2 ч). Понятие нелинейной цепи. Вольтамперные характеристики участков цепей. Элементы с электрическим гистерезисом. Графические методы расчета нелинейных электрических цепей. Аналитические методы расчета в линейном приближении.

Тема 9. Нелинейные электрические цепи в цепях синусоидального тока (2 ч). Определения. Методы расчета.

На лекционных занятиях студенты консультируются у преподавателя по вопросам решения задач по соответствующей тематике, учатся решать типовые задачи, и обсуждают наиболее сложные моменты, связанные с освоением соответствующей темы. Изучение соответствующих разделов темы студенты выполняют по учебникам и с применением электронных учебных материалов САМОСТОЯТЕЛЬНО, за счет времени, отводимого на самостоятельную работу.

ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Вводное занятие. Знакомство с лабораторным стендом в части работ по электронике. Изучение и сдача правил техники безопасности (2 часа)

1.Электроизмерительные приборы и электрические измерения (4 часа, вес 1). Изучение цены деления аналоговых шкал. Влияние параметров прибора на методическую погрешность измерения токов и напряжений. Классификация электроизмерительных устройств. Основные виды и характеристики промышленных стре-

115

лочных и цифровых приборов. Измерение токов и напряжений на участках цепи. Измерение активных сопротивлений. Электронный осциллограф. Определение цены деления осциллографа по времени и амплитуде. Понятие о синхронизации, электронной лупе времени. Представление о z-входе и фигурах Лиссажу. Классификация современных осциллографов. USB-осциллографы. Измерение осциллографом частоты, амплитуды и фазовых сдвигов колебаний различной формы (гармонической, прямоугольной, треугольной). Оценка погрешности измерения частоты и напряжения.

2.Моделирование электрических цепей (4 часа, вес 1). Знакомство с прикладным пакетом Electronic Work Bench (MultiSIM, MicroCAP). Моделирование измерительного процесса. Идеальные и реальные электронные компоненты и средства измерения.

3.Исследование цепей постоянного тока. (4 часа, вес 2). Сложная цепь. Закон Кирхгофа. Метод контурных токов. Метод узловых потенциалов

4.Исследование цепей однофазного переменного тока (4 часа, вес 2). Неразветвленная и разветвленная цепи, содержащие R, L и C элементы.

5.Исследование трехфазной электрической цепи (4 часа, вес 0.5). Соединение нагрузки звездой и треугольником.

6.Исследование переходных процессов (4 часа, вес 1). Дифференцирующая и интегрирующая электрические цепи.

7.Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока. (4часа, вес 1) Снятие ВАХ статическим и динамическим способом. Параллельное и последовательное соединение нелинейных элементов.

8.Исследование магнитных цепей (4часа, вес 0.5). Цепи переменного тока с взаимной индуктивностью. Трансформаторы и дроссели. Студенты, желающие получить высокий рейтинг, могут попробо-

вать самостоятельно выполнить работу, связанную с исследованием машин постоянного тока.

Подготовку к лабораторным работам и оформление по ним отчетов студенты выполняют также самостоятельно за счет времени, отводимого на СРС. Каждая работа защищается. В защиту входит как материал собственно лабораторной работы, так и соответствующий ее теме теоретический материал, рассматриваемый на лекциях.

116

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Характеристики и параметры электроизмерительных

приборов

В соответствии с [6], все параметры и характеристики измерительных приборов делятся на метрологические и эксплуатационные. Из метрологических характеристик наиболее важными являются класс точности прибора, либо же связанные с ним такие параметры как приведенная, относительная или абсолютная основная погрешность. Из дополнительных же погрешностей наиболее важными являются погрешности, обусловленные влиянием температуры. Из эксплуатационных же характеристик в первую очередь потребителя интересуют вес, габариты, способность работать в широком температурном диапазоне, наличие защиты от влаги, воды и пыли, продолжительность автономной работы (если таковая предусмотрена) и экономические показатели. Под последними обычно понимают стоимость, эксплуатационные расходы, включающие текущие затраты на расходные материалы (чернила, бумага, батарейки), энергопотребление, а также стоимость ремонта и комплектующих и надежность работы.

Немаловажное значение уделяется также и дизайну, а главное - дополнительным функциональным возможностям, упрощающим или облегчающим измерительный процесс. К таковым можно отнести, например, наличие подсветки шкалы, или приспособления для переноски прибора и его принадлежностей. Наиболее широко такие возможности представлены в аппаратуре, разработанной с применением средств микропроцессорной техники. К ним можно отнести, например, такие функции, как:

фиксация результатов измерения;

одновременное измерение или даже отображение сразу нескольких физических величин (например, среднее, максимальное, минимальное и действующее напряжение или ток и его частота);

выполнение относительных измерений, задаваемых как разность, или отношение текущих показаний к некоторому фиксированному значению;

сохранение исходных данных или результатов измерения в памяти прибора с возможностью его последующего переноса на ЭВМ;

возможность ввода результатов измерения непосредственно в ЭВМ с применением широчайших возможностей по их обработке и представлению результатов такой обработки на экране монитора.

117

Однако далеко не все производители и далеко не всегда предоставляют полную информацию по своей продукции. Зачастую в документации не указываются даже такие параметры, как потребляемая средством измерения мощность, а погрешность приводится в не совсем привычном виде. Так, например, в цифровых средствах измерения в погрешность вносится такое понятие, как е.з.р. или м.з.р., что означает единица младшего значащего разряда или просто младший значащий разряд. Фактически, это не что иное, как абсолютная погрешность измерения, однако разработчики ее так не называют.

Ниже приведено несколько примеров описания таких широко распространенных средств измерения, как мультиметры. Мультиметры, или как их еще называли, комбинированные приборы или тестеры (сейчас в термин «тестер» вкладывается иное понятие), представляют собой универсальное средство измерения, позволяющее измерять самый широкий спектр электрических, и даже неэлектрических величин.

На смену мультиметрам первого поколения, основанным на применении высокочувствительных магнитоэлектрических приборов прямого преобразования, сегодня пришли цифровые мультиметры, основу которых составляет микропроцессор со встроенным аналогоцифровым преобразователем. Тем не менее, в универсальных стендах специально оставлен для изучения один аналоговый стрелочный мультиметр старого поколения. С одной стороны, подобные приборы еще широко применяются на практике. С другой стороны, на них представлено практически все многообразие шкал, существующих на стрелочных измерительных приборах, которые пока еще широко используются на различных предприятиях.

В приведенных описаниях исключены ненужные повторы, присущие исходным документам. В то же время в них, по возможности, сохранены оригинальные англоязычные обозначения, поскольку в процессе работы будущему специалисту не раз придется читать инструкции на иностранном языке и работать с подобными приборами. Если не оговорено особо, указанная без знака погрешность равнозначна указанию погрешности со знаком «±» .

При работе с приборами следует также помнить следующие общие правила их эксплуатации.

Когда прибор применяется вблизи генерирующего помехи оборудования (например, работающий двигатель автомобиля, электробритва, пылесос и т.д.), его показания могут стать нестабильными и давать большую ошибку.

Проверяйте периодически прибор путем измерения величин, значения которых известны, чтобы своевременно выявлять возмож-

118

ные неполадки. Не пользуйтесь прибором, если достоверность его показаний или надежность защиты вызывают сомнения.

Напряжения свыше 60 В постоянного тока и свыше 25 В переменного тока опасны для жизни и требуют при работе с содержащими их цепями максимальной осторожности.

Старайтесь работать с цепями, содержащими опасные для жизни напряжения, не в одиночку. Желательно в таких случаях присутствие хотя бы еще одного человека.

Будьте особо внимательными, когда работаете с оголенными проводами или шинами, а также при высоких напряжениях в контролируемых цепях.

Не используйте прибор и его щупы, если они выглядят поврежденными.

Не работайте в условиях, когда рядом пар, огнеопасный газ или грязь.

Не прикасайтесь к свободным неиспользуемым контактам и клеммам прибора во время измерения, держите щупы за место до специального защитного ободка или иного ограждения (при его наличии).

Используйте только принадлежности, специально предназначенные для работы с данным прибором.

Не пользуйтесь прибором с разряженным источником питания. Прибор может занизить показания опасного для жизни напряжения, и тем самым понизить бдительность пользователя.

Подключение прибора для измерения тока в цепи выполняйте только после ее отключения и разрядки всех присутствующих в ней емкостей.

Подключение выводов к электрической цепи (особенно функционирующей) всегда начинайте с подключения щупа к общему проводу или иной точке, имеющей более низкий потенциал, а отключайте щупы в обратной последовательности.

Никогда не превышайте пределы входных величин, соблюдайте порядок измерения и не пытайтесь использовать прибор в нештатном режиме, заставляя выполнять его функции, на которые он не рассчитан.

Перед переключением функций в приборе отключите хотя бы один щуп от измеряемой цепи. При переключении диапазонов измерения так поступать не требуется.

Перед измерениями на постоянном токе сначала включите прибор на измерение переменной величины. При ее наличии не устанав-

119

ливайте прибор при измерении постоянной составляющей на меньший предел измерения, чем на переменном токе. При этом не следует забывать и о том, что в некоторых случаях это может привести к нестабильности показаний прибора на постоянном токе и

к существенным погрешностям измерения.

Избегайте проводить измерения емкостей и сопротивлений в цепях под напряжением. В лучшем случае показания будут искажены, в худшем – прибор или схема могут выйти из строя.

Измерение параметров элементов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей) непосредственно в электрической цепи может дать неверные результаты, даже когда она обесточена. Кроме того, перед началом таких измерений нужно убедиться, что все содержащиеся в цепи емкости успели разрядиться.

Перед измерением емкости конденсатора убедитесь, что он разряжен. Для этого достаточно закоротить его выводы. Если емкость конденсатора велика (100мкФ и более), а рабочее напряжение большое – лучше это сделать через небольшой резистор, порядка

10-100Ом.

Особого внимания требует измерение токов. Убедитесь, что ток в цепи ограничен и не превышает выбранного предела измерения. Попытка замерить ток на источнике напряжения может вывести из строя либо источник, либо измерительный прибор. Не во всех приборах и не на всех режимах имеются ограничения по току.

Кратковременные высоковольтные импульсы напряжения могут вывести прибор из строя, не смотря на наличие в нем защиты от перенапряжений. Поэтому избегайте выполнения измерений в работающих цепях, где могут присутствовать такие импульсы (высоковольтные блоки телевизора, импульсные источники питания и пр.)

Если значение контролируемого параметра даже приблизительно не известно, всегда начинайте измерение с выбора наибольшего диапазона, если в приборе не предусмотрен его автоматический выбор.

Не подвергайте приборы излишнему нагреву и избегайте воздействию на них прямых солнечных лучей.

Не используйте прибор сразу же после резкого изменения окружающей температуры, что часто случается зимой после его перевозки по холоду. Дайте ему время для того, чтобы его температура и температура окружающей среды выровнялись. В противном случае из-за возможности образования конденсата внутри прибора

120