ТЭЦ(Методичка по лабораторным работам)

Общие указания к выполнению лабораторных работ

Лабораторные работы выполняются в часы занятий, установленные расписанием. При подготовке к выполнению лабораторных работ студен- ты должны изучить соответствующие разделы теоретического курса, ос- воить приемы работы в электронной лаборатории, уметь оценивать досто- верность получаемых результатов и соотносить их с положениями теории.

По итогам работы каждым студентом оформляется отчет по лабора- торной работе. В отчет заносятся исходные схемы, требуемые предвари- тельные расчеты и данные экспериментов, строятся необходимые графи- ки, заполняются таблицы, делаются выводы по работе.

После оформления работы и беседы с преподавателем по теоретиче- скому материалу и отчету студент получает зачет по работе.

Лабораторные работы по курсу «Теория электрических цепей» вы- полняются в электронной лаборатории. Лаборатория организована на ком- пьютерах при помощи программы Electronics Workbench (EWB). Особенно-

стью программы является наличие любых элементов электрических цепей и контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристи- кам приближенных к их промышленным аналогам. Программа легко осваи- вается и достаточно удобна в работе. После составления схемы моделиро- вание начинается щелчком выключателя в правом верхнем углу экрана.

Окно программы EWB (рис. В1) содержит поле меню, линейку кон- трольно-измерительных приборов, линейку библиотеки компонентов (эле- ментов электрической цепи) и рабочее поле.

В рабочем поле создается схема в соответствии с вариантом лабо- раторной работы. Необходимый для схемы элемент переносится из библиотеки компонентов на рабочее поле движением мыши при нажа- той левой кнопке. Для фиксирования элемента кнопка отпускается. При

необходимости каждый из элементов схемы может быть развернут на 90° (Ctrl-R). При двойном щелчке левой кнопки по элементу в раскры-

вающемся диалоговом окне устанавливаются требуемые параметры элемента (величина, кратность и т.д.). Выбор подтверждается нажатием кнопки Accept с помощью курсора мыши или клавиши Enter.

После размещения элементов на рабочем поле производится соеди- нение их выводов проводниками. При этом необходимо учитывать, что к выводу элемента можно подключить только один проводник, в случае раз- ветвления схемы нужно использовать элементы «узлы». К узлу может быть подключено не более четырех проводников.

Для измерения электрических величин и исследования работы электрической схемы к схеме подключаются контрольно-измеритель- ные приборы. Способ их подключения такой же, как и способ создания схемы.

3

Лабораторная работа № 1

Законы Ома и Кирхгофа в резистивных цепях

1.Цель работы.

Изучение и экспериментальная проверка законов Ома и Кирхгофа в разветвленной электрический цепи, содержащей источник и резистив- ные элементы.

2.Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо изучить законы Ома для пассив- ного участка цепи, замкнутой цепи, участка цепи с активными (источ- ники) и пассивными (нагрузки) элементами; 1-й закон Кирхгофа – для узла цепи, 2-й закон Кирхгофа – для замкнутого контура цепи.

3.Экспериментальная часть.

3.1. Собрать схему (рис. 1).

Рис. 1

3.2.Установить значение сопротивления резистора R1 равным: 100+ n×10 (Ом), где n – номер лабораторного стенда; R2 = R3 = R4 = R5 = R6 =

= 100 Ом.

3.3.Установить E1 =10 В.

3.4.Подключить вольтметр к источнику E1 и измерить э.д.с. источника. Данные измерения записать в таблицу 1. Поочередно подключая вольтметр ко всем элементам схемы измерить напряжения на них. Данные измерений записать в таблицу 1.

5

По данным измерений проверить выполнение II закона Кирхгофа (ЗНК) для любого контура электрической цепи.

3.5.Используя амперметры определить токи в каждой ветви и записать в таблицу 2. По результатам измерений проверить выполнение I закона Кирхгофа (ЗТК) для любого узла схемы.

Измерено

3.6.Используя закон Ома и данные измерений U и I определить значения резисторов в схеме. Сравнить с заданными значениями.

3.7.Убедиться, что токи и напряжения в схеме линейно зависят от значе-

ния э.д.с. E1 . Для этого – уменьшить E1 в 2 раза и выполнить изме- рения, расчеты и заполнить таблицы аналогичные таблицам 1 и 2 п.п. 3.4, 3.5. Объяснить полученные результаты.

3.8.Убедиться, что токи и напряжения в схеме зависят от величины любо-

го резистора схемы. Для этого – восстановить прежнее значение E1 , но уменьшить сопротивление резистора R1 в 2 раза и выполнить измерения, расчеты и заполнить таблицы аналогичные таблицам 1 и 2 п.п. 3.4, 3.5. Объяснить полученные результаты.

4. Требования к отчету.

Отчет должен содержать:

–схему с указанием всех элементов;

–данные элементов схемы;

–контрольный (поверочный) расчет токов и напряжений в исходной схеме (п. 3.1). Результаты расчета проверить по I и II законам Кирхгофа;

–таблицы 1 и 2 для измеренных напряжений и токов исходной схе- мы;

–таблицы для измеренных напряжений и токов при уменьшении E1

в2 раза;

–таблицы для измеренных напряжений и токов при уменьшении R1

в2 раза;

–выводы по проделанной работе.

При защите лабораторной работы необходимо знать основные за- коны и методы расчета резистивных электрических цепей.

6

Лабораторная работа № 2

Электрические цепи при гармоническом воздействии

1.Цель работы.

Изучение электрических цепей, содержащих резисторы R, индуктивно- сти L и емкости С при гармоническом (синусоидальном) воздействии.

2.Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо изучить поведение R, L, C при различных способах включения (последовательное, параллельное, смешанное).

3.Экспериментальная часть.

3.1. Собрать схему последовательной RL-цепи (рис. 2).

Рис. 2

3.2.Установить значение сопротивления резистора R равным 100+ n×10 (Ом), где n – номер лабораторного стенда; L = 2 мГн.

3.3.Установить напряжение источника E 10 В и частоту f = 5 кГц. Кон- троль напряжения осуществляется вольтметром, подключенным к к точкам 1 – 1′ схемы.

3.4.Измерить вольтметром напряжения на резисторе U R и катушке ин- дуктивности U L и записать показания в таблицу 3.

7

они совпадают (т.к. R и L соединены последовательно). Значения то- ков измерить амперметром и записать в таблицу 3. Сравнить с рас- считанными значениями.

3.5.Увеличить частоту f в 2 раза (т.е. установить f = 10 кГц) и произвести все измерения и расчеты по п. 3.4. Данные измерений занести в таб- лицу 3. (Обратить внимание на изменение тока и напряжений на эле- ментах цепи, обусловленные увеличением в 2 раза сопротивления

X L ).

3.6. Собрать схему последовательной RC-цепи (рис. 3). Установить R =100+ n×10 (Ом), С = 100 нФ, частоту и напряжение на источнике Е согласно п. 3.3.

Рис. 3

3.7.Произвести измерения напряжений U R и U C и расчет тока в цепи на частотах f = 5 кГц и f = 10 кГц (см. п.п. 3.4, 3.5). Данные измерений и расчетов занести в таблицу 4.

=12π f C и с ростом частоты уменьшается).

3.8.Собрать схему RLC-цепи (рис. 4), добавив в схему предыдущего опы- та (рис. 3) катушку индуктивности L = 2 мГн. Установить частоту и напряжение источника Е согласно п. 3.3.

8

Лабораторная работа № 3

Резонансы напряжений и тока в электрических цепях

1.Цель работы.

Исследование явления резонанса в последовательном и параллельном контурах, их частотных характеристик, влияния нагрузки на свойства контуров.

2.Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо изучить явления электрического резонанса в последовательном и параллельном контурах, основные расчетные соотношения, частотные характеристики контуров, влияние нагрузки на свойства контуров.

3.Последовательный контур.

3.1.Собрать схему последовательного колебательного контура (рис. 5) подключенного к источнику Е.

Рис. 5

3.2.Установить R = 20 Ом, L = 2 мГн, C =50+ n×5 (нФ), где n – номер ла- бораторного макета.

3.3.Установить напряжение на выходе источника Е (или в точках 1 – 1′), измеряемое по вольтметру, равным U вых = 0,1 В.

3.4.Снять частотную характеристику U L =U вых = f ( f ) ненагруженного последовательного контура в диапазоне частот, включающем в себя резонансную частоту f0 , поддерживая напряжение на входе U вх на каждой частоте постоянным и равным 0,1 В.

Для определения диапазона частот, в котором необходимо провести измерения, предварительно определите значение резонансной часто- ты f0 по формуле:

f0 = 2π 1LC .

10