книги / Электрические цепи

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

Часть 1

Методические рекомендации к лабораторным работам по курсам

«Электротехника», «Электротехника и электроника», «Электроснабжение с основами электротехники»

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2017

1

Составитель канд. техн. наук, доцент В.А. Трефилов

УДК 621.3 Э45

Рецензент канд. техн. наук, профессор В.В. Тиунов

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Электрические цепи : метод. рекомендации / сост. В.А. ТрефиЭ45 лов. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. – 51 с.

Описаны режимы работы электрических цепей постоянного и переменного синусоидального тока, возникающие в процессе эксплуатации электротехнических установок, методы исследования влияния параметров потребителей на электрические и энергетические показатели цепей, резонансные явления в электрических цепях и пути их достижения. Методические рекомендации учат студентов читать, собирать и понимать электрические схемы, способствуют развитию навыков работы с комплексом электроизмерительных приборов.

Предназначено для подготовки к лабораторным работам по разделу «Электрические цепи» учебных курсов «Электротехника», «Электротехника и электроника», «Электроснабжение с основами электротехники»

УДК 676

© ПНИПУ, 2017

2

Введение

Лабораторные работы по разделу «Электрические цепи» имеют учебно-исследовательский характер. Они развивают у студентов навыки в обращении с электротехническими устройствами, электроизмерительной аппаратурой, знакомят с методами исследований процессов в электрических цепях и техникой измерений их параметров.

Перед выполнением каждой лабораторной работы студенты должны изучить соответствующий раздел учебной литературы и уяснить его основные теоретические положения, ознакомиться с методическим руководством к данной работе и порядком обработки полученных результатов. Началу работ в лаборатории предшествует знакомство с основными организационными положениями и инструктаж по правилам безопасной эксплуатации электроустановок.

Рекомендуемая учебная литература

1.Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. Минск.:» Высшая школа», 2007. 543 с.

2.Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: М.: Высшая школа, 2012. 560 с.

Правила выполнения работ в лаборатории электрических цепей Общие положения

1.Лабораторные работы выполняются фронтальным методом, т.е. все студенты одновременно выполняют одну и ту же работу.

2.Работы производятся бригадами по 2-4 человека. За каждой бригадой закрепляется определенный стенд.

3.К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности. Студенты, опоздавшие к началу занятий, к работе не допускаются.

4.Студентам перед приходом в лабораторию необходимо изучить

3

соответствующие разделы методического руководства, конспекта лекций и учебника.

5. Каждый студент должен иметь рабочую тетрадь, в которую в ходе выполнения работы заносится следующая информация:

схемы (если они отличаются от схем, данных в методическом руководстве);

таблицы с полученными экспериментальными данными;

графики и векторные диаграммы (если построение их не требует длительных расчетов);

замечания, возникшие во время работы.

6.К выполнению очередной работы студент допускается лишь после сдачи отчета по предыдущей работе.

7.Студентам запрещается без разрешения преподавателя переходить со стенда на стенд, переносить приборы с соседних стендов. Не допускаются бесцельные хождения по лаборатории, вход и выход из неё во время работы без разрешения преподавателя.

Сборка электрической цепи

1.Перед сборкой электрической цепи по схеме, приведенной в методическом руководстве, необходимо выбрать нужные приборы из числа имеющихся приборов на стенде, ознакомиться с ними и записать паспортные данные в рабочую тетрадь. На приборах, имеющих несколько пределов измерения, выбираются и устанавливаются требуемые пределы.

2.При использовании в работе переносных измерительных приборов они должны располагаются на стенде так, чтобы электрическая цепь была наглядной, а снятие показаний приборов не требовали лишних и сложных движений от работающего студента.

3.Во избежание ошибок при сборке электрической цепи сначала собирают главную токовую цепь, начиная с одного зажима источника питания и кончая другим зажимом. Затем по схеме подключают параллельные участки цепи.

4

4.По окончании сборки члены бригады проверяют электрическую цепь

ипредъявляют преподавателю или лаборанту для получения разрешения на включение. Запрещается включение цепи под напряжение без разрешения.

5.При обнаружении в процессе сборки цепи неисправностей в приборах или проводах необходимо сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

Выполнение эксперимента

1.Перед снятием какой-либо характеристики необходимо предварительно (без записи показаний приборов) быстро провести опыт, чтобы определить ее границы и интервалы между отдельными замерами. Число точек должно быть достаточным для построения и анализа кривой.

2.Показания приборов во время эксперимента записывают только в рабочей тетради. На основании экспериментальных данных строят соответствующие графики и векторные диаграммы. Результаты эксперимента необходимо проанализировать и сопоставить с теоретическими выкладками.

3.Если работа состоит из нескольких опытов, требующих изменения схемы цепи, то после выполнения каждого опыта необходимо убедиться в правильности полученных результатов эксперимента и только после этого получить разрешение преподавателя на выполнение следующего опыта.

Завершение работы и сдача отчета

1.После завершения всех экспериментов рабочая тетрадь бригады со всеми материалами по данной работе предъявляется преподавателю для окончательного просмотра и подписи.

2.Разборку цепи производят только с разрешения преподавателя после просмотра и подписи преподавателем рабочих тетрадей.

3.После разборки цепи все оборудование и провода убирают на свои места и на стенде наводят порядок.

4.По работе на основе записей в рабочей тетради каждый студент составляет отчет, который должен полностью соответствовать требованиям, изложенным ниже.

5

5.Отчет представляется преподавателю вместе с рабочей тетрадью, подписанной преподавателем. Без рабочей тетради отчеты не принимаются.

6.Отчеты, признанные преподавателем неудовлетворительными, возвращаются для переделки и исправления.

Оформление отчета

1.Отчет о выполненной работе должен содержать:

цель исследований;

таблицу с паспортными данными электроизмерительных приборов;

принципиальные схемы исследуемых электрических цепей;

таблицы с результатами измерений;

таблицы с расчетными данными;

формулы, по которым определялись расчетные данные;

графики и векторные диаграммы;

основные выводы по работе.

2.Отчеты выполняются на стандартных листах бумаги, чисто и аккуратно. Каждый отчет должен иметь титульный лист.

3.Графическую часть отчета (схемы, графические зависимости, векторные диаграммы) следует выполнять на миллиметровой или клетчатой бумаге с помощью линейки, циркуля и лекала. Можно использовать графические редакторы персональных компьютеров. Выполнение схем и графиков от руки не допускается.

4.При построении экспериментальных и расчетных кривых должно приниматься во внимание следующее:

а) начала осей координат и нулевые значения параметров должны быть совмещены; численные значения параметров, отличные от нулевых, откладываются на осях координат в одном из следующих масштабов: 1∙10n, 2∙10n, 5∙10n, где n=-2, -1, 0, 1, 2;

б) если предполагается построение графиков нескольких физических величин (например, напряжения U , тока I , потребляемой мощности P1,

6

коэффициента полезного действия ) в зависимости от одного параметра, например, полезной мощности P2, то для каждой физической величины следует делать отдельную ось ординат (рис. 1);

Рис. 1. Зависимости напряжения U, тока I, потребляемой мощности P1, коэффициента полезного действия η от мощности P2.

в) численные значения параметров, полученные из опыта или в результате расчета, на оси координат наноситься не должны;

г) экспериментальные или расчетные значения физических величин на графиках должны четко наноситься в виде значков, по которым строится определенная функциональная зависимость; соединять значки между собой прямыми линиями не рекомендуется (рис.1);

е) если на одном рисунке строится несколько графиков, то значения каждой физической величины рекомендуется отмечать различными значками.

5. Векторные диаграммы строятся с соблюдением следующих требований:

все векторы строят в определенном масштабе, масштабы выбирают

всоответствии с п. 4, а;

углы между векторами откладывают по транспортиру.

7

Правила техники безопасности

Следует помнить, что напряжения в лаборатории электрических цепей опасны для жизни. Поэтому во избежание несчастных случаев необходимо строго соблюдать следующие правила техники безопасности:

1.Запрещается без проверки и разрешения преподавателя или лаборанта включать под напряжение цепь после ее сборки, а также после каких-либо переключений в ней.

2.Не разрешается касаться руками неизолированных частей цепи, когда она находится под напряжением.

3.Всякие переключения и изменения в электрической цепи следует производить только при снятом напряжении.

4.При повреждении во время работы прибора или аппарата, а также при возникновении отклонений от нормального режима работы цепи следует немедленно отключить ее от источника напряжения и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

5.Особую осторожность следует соблюдать при работе с резонансными цепями, содержащими индуктивные катушки и конденсаторы, так как при резонансе напряжения на отдельных участках цепи могут значительно превышать напряжение источника питания.

6.Нельзя оставлять без присмотра цепь, включенную под напряжение.

7.Не следует загромождать свое рабочее место на стенде вещами, не относящимися к данной работе.

8.Запрещается во время работы загромождать подходы к стендам стульями, скамейками и т.п. Доступ к стендам, включенным под напряжение, должен быть свободен.

8

Работа № 1.

Исследование электрической цепи постоянного тока при смешанном соединении приемников (резисторов)

Цель работы: Получение навыков измерений токов и напряжений на отдельных участках электрической цепи. Проверка выполнения законов Кирхгофа и баланса мощностей в разветвленной линейной электрической цепи.

Общие сведения

Электрическая цепь представляет собой совокупность источников и приемников электрической энергии, соединенных между собой электрическими проводниками. В простых электрических цепях источники и приемники соединены последовательно, и во всех элементах таких цепей протекает один и тот же ток. В сложных электрических цепях имеются разветвления, называемые узлами.

Электромагнитные процессы в электрических цепях описываются определенными законами, устанавливающими связь между ЭДС, токами, напряжениями и сопротивлениями элементов, входящих в эту цепь.

Основными законами, описывающими состояние электрической цепи, являются законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа – алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю:

Σ Ik = 0,

где Ik – токи в ветвях, присоединенных к узлу.

Второй закон Кирхгофа – алгебраическая сумма ЭДС в контуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений в этом контуре:

Σ Еk = Σ Uk,

где Еk – ЭДС, входящие в контур, Uk – падение напряжения на

сопротивлениях контура.

9

Баланс мощности в электрической цепи записывается на основании закона сохранения энергии – мощность, отдаваемая в цепь источниками энергии, равна мощности, потребляемой приемниками энергии:

Σ PИ = Σ Pпр,

где Σ PИ – сумма мощностей источников, а Σ Pпр – сумма мощностей всех приемников.

Домашнее задание

1.Изучить теоретический материал по режимам работы электрических цепей постоянного тока.

2.Подготовить таблицу для записи опытных и расчетных данных и ответы на контрольные вопросы к данной работе.

Рабочее задание

1.Ознакомиться с лабораторной установкой.

2.Собрать электрическую цепь (рис. 1) при смешанном соединении резисторов в соответствии с заданным вариантом (табл. 1) и представить схему для проверки преподавателю.

Рис.1.Схемаэлектрическойцепиприсмешанномсоединениирезисторов

10