Лаб.раб

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет Кафедра электротехники

621.38(07) Б834

Бородянко В.Н.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Лабораторные работы

Челябинск Издательство ЮУрГУ

2009

УДК 621.38(075.8)

Одобрено учебно-методической комиссией энергетического факультета

Рецензент А.И. Школьников

Бородянко В.Н. Электротехника. Лабораторные работы: Методические указания к проведению лабораторных работ на стендах «Электро-

Б834 техника и электроника». – Челябинск: ЮУрГУ, 2009.– 118 с.

Методические указания предназначены для студентов не электротехнических специальностей, программой подготовки которых предусмотрено изучение дисциплины «Электротехника и электроника». Руководство содержит описание 17 лабораторных работ по электрическим цепям постоянного и переменного тока, электромеханике и основам электроники. При разработке работ автор стремился учитывать опыт кафедры электротехники ЮУрГУ и возможности лабораторного стенда «Электротехника и электроника».

УДК 621.38(075.8)

© Издательство ЮУрГУ, 2009

2

3

ПРАВИЛИ ВНУТРЕННЕГО РАСПОРЯДКА И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

При работе в лаборатории электротехники и электроники во избежание несчастных случаев, а также преждевременного выхода из строя приборов и оборудования студент при выполнении лабораторных работ должен выполнять следующие правила внутреннего распорядка и техники безопасности.

1.К работе в лаборатории допускаются студенты, знакомые с правилами внутреннего распорядка и техники безопасности.

2.После ознакомления с правилами внутреннего распорядка и инструктажа по технике безопасности каждый студент должен расписаться в специальном журнале.

3.При работе в лаборатории запрещается приносить собой вещи и предметы, загромождающие рабочие места.

4.В лаборатории запрещается громко разговаривать, покидать рабочие места без разрешения преподавателя и переходить от одного стенда к другому.

5.Приступая к работе в лаборатории, студенческая группа делится на бригады, которые затем распределяются по лабораторным столам.

6.Электрические цепи собираются при отключенном источнике питания. При необходимости изменений в цепи в процессе работы нужно отключить источник питания.

7.Сборку электрической цепи производят соединительными проводами в строгом соответствии со схемой, представленной в методических указаниях, обеспечивая при этом надежность электрических контактов всех разъемных соединений. При сборке необходимо следить, чтобы соединительные провода не скручивались петлями.

8.Собранная электрическая цепь предъявляется для проверки преподавателю или лаборанту.

9.Включение электрической цепи под напряжение производится после проверки её преподавателем с его разрешения и в его присутствии.

10.При обнаружении неисправности в цепи, появления специфичного запаха, повреждения оборудования или приборов необходимо немедленно отключить электропитание стенда и известить об этом преподавателя или лаборанта.

11.Перед включением регулируемого источника питания необходимо убедиться, что его ручка стоит в положении, соответствующем минимальному выходному напряжению.

12.При работе с конденсаторами следует помнить, что на их зажимах, отключенных от сети, некоторое время сохраняется электрический заряд, который может быть причиной поражения электрическим током.

13.При работе с мультиметром следует правильно выбирать род измеряемой величины, предел её измерения и гнезда для подключения щупов. При работе с осциллографом во избежание перегрузки по входу необходимо правильно выбирать предел измерения его усилителя.

4

14.При использовании электрических машин строго выполняйте правила и порядок их пуска.

15.После утверждения преподавателем результатов лабораторной работы необходимо разобрать исследуемую электрическую цепь и привести в порядок рабочее место.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Подготовка к лабораторным работам. Экспериментальные задачи, предла-

гаемые на лабораторных занятиях, могут быть успешно решены в отведенное в соответствии с расписанием занятий время только при условии тщательной предварительной подготовки к каждой из них. Поэтому для выполнения лабораторных работ студент должен руководствоваться следующими положениями:

1)предварительно ознакомиться с графиком выполнения лабораторных работ;

2)внимательно ознакомиться с описанием соответствующей работы и установить, в чем состоит основная цель и задача этой работы;

3)по лекционному курсу и соответствующим литературным источникам изучить теоретическую часть, относящуюся к данной лабораторной работе;

4)до проведения лабораторной работы подготовить в рабочей тетради соответствующие схемы, таблицы наблюдений, расчетные формулы;

5)завершает этап подготовки к выполнению лабораторной работы составление ответов на контрольные вопросы, приведенные в методических указаниях.

5)неподготовленные студенты к работе не допускаются.

Выполнение лабораторной работы. Для успешного выполнения лабораторных работ необходимо выполнение следующих требований.

1. Перед сборкой электрической цепи студенты должны предварительно ознакомиться с электрическим оборудованием и измерительными приборами, предназначенными для проведения соответствующей лабораторной работы. При этом следует убедиться, что лабораторный стенд обесточен.

2. Сборку цепи необходимо проводить в точном соответствии с заданием. Целесообразно вначале соединить все элементы цепи, включаемые последовательно,

азатем – параллельно. При сборке целесообразно пользоваться проводами разных цветов, например, для параллельных ветвей.

3. После окончания сборки электрическая цепь обязательно должна быть предъявлена для проверки. Включать цепь под напряжение можно только с разрешения преподавателя или лаборанта.

4. Запись показаний всех приборов в процессе выполнения работы следует проводить по возможности одновременно и быстро. Следует избегать перерыва начатой серии наблюдений и во всех случаях, когда возникает сомнение в правильности полученных наблюдений, их необходимо повторить несколько раз.

5. Результаты измерений заносятся каждым студентом в свою рабочую тетрадь.

6. После выполнения отдельного этапа лабораторной работы результаты опыта

5

вместе с простейшими контрольными расчетами предъявляются для проверки преподавателю до разборки электрической цепи.

7.Разбирать электрическую цепь, а также переходить к сборке новой можно только по разрешению преподавателя.

8.Если при исследовании цепи постоянного тока стрелка измерительного прибора уходит за пределы шкалы в обратном направлении, надо отключить цепь и переключить подходящие к прибору провода.

9.Если стрелка какого-либо прибора выходит за пределы шкалы, надо немедленно выключить источник питания, доложить преподавателю или лаборанту.

10.Лабораторная работа считается выполненной только после утверждения её результатов преподавателем и приведения рабочего места в порядок.

11.Во время занятий в лаборатории студенты обязаны находиться на своих рабочих местах. Выходить из помещения лаборатории во время занятия можно только с разрешения преподавателя.

Обработка результатов и оформление отчета. Составление отчета о прове-

денных исследованиях является важнейшим этапом выполнения лабораторной работы. По каждой выполненной работе каждый студент составляет отчет, руководствуясь следующими положениями.

1.Отчет по лабораторной работе выполняется в соответствии с требованиями ГОСТов и Стандарта ЮУрГУ.

2.Отчет включает в себя разделы, отражающие все этапы выполнения работы.

2.1.На титульном листе указываются название учебного заведения, кафедры, порядковый номер и наименование лабораторной работы, фамилия и инициалы студента, выполнившего работу, номер его академической группы, дата выполнения работы.

2.2.Цель работы, которая отражает основные задачи теоретического и экспериментального плана, решаемые в данной работе.

2.3.Расчетное задание, которое выполняется перед лабораторной работой и является одним из основных элементов допуска к выполнению лабораторной работы.

2.4.Экспериментальная часть, которая включает в себя электрические схемы и результаты исследований, сведенные в таблицы. Каждый этап, опыт должны иметь свой подзаголовок.

2.5.Обработка результатов эксперимента. Приводятся таблицы результатов расчетов по экспериментальным результатам, расчетные соотношения, по которым делались эти расчеты, построенные по результатам экспериментов и расчетов графики, диаграммы.

2.6.Отчет должен содержать основные выводы, соответствующие цели лабораторной работы. По указанию преподавателя в отчете даются ответы на контрольные вопросы руководства.

3.Графическая часть отчета (схемы, таблицы, графики) выполняются карандашом с применением соответствующих чертежных инструментов.

3.1.Принципиальные схемы вычерчиваются в соответствии с требованиями ГОСТа. В местах электрических соединений (узлах) ставится точка.

6

3.2.Векторные диаграммы строятся в масштабе с соблюдением величин углов

иуказанием масштаба.

3.3.При построении графиков следует помнить, что, так как задачей лабораторных исследований является выяснение общих закономерностей, то все шкалы графиков должны начинаться с нуля. На осях графиков дается обычно равномерная шкала с круглыми значениями оцифрованных делений. При необходимости одна из шкал может иметь логарифмический характер. При вычерчивании графиков надо учитывать, что всякое измерение имеет случайные погрешности. Поэтому не следует проводить кривые через все экспериментальные точки, На рабочем поле указываются экспериментальные точки, по которым строится плавная непрерывная кривая, которая проходит среди экспериментальных точек. Если в одних координатных осях строят несколько графиков функций одной независимой переменной, то следует провести дополнительные шкалы параллельно основной вне основного поля. При построении графиков вдоль оси абсцисс в выбранном масштабе откладывают независимую переменную. Условное буквенное обозначение этой величины рекомендуется ставить под осью, а наименование единиц измерения либо их десятичных кратных или дольных единиц – после обозначения величины. Вдоль оси ординат масштабные цифры ставят слева от оси, наименование или условное обозначение откладываемых величин – также слева от оси и под этим обозначением указывают единицу измерения. Наименование единиц измерения дается без скобок.

7

Работа № 1. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ

1. Цель работы

Изучение электроизмерительных приборов, используемых в лабораторных работах. Получение представлений о пределе измерения и цене деления, абсолютной и относительной погрешности, условиях эксплуатации и других характеристиках стрелочных электроизмерительных приборов, получение навыков работы с цифровыми измерительными приборами.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Изучение паспортных характеристик стрелочных электроизмерительных приборов. Для этого внимательно рассмотреть лицевые панели стрелочных амперметров, обратить внимание на построение измерительной шкалы, условные знаки и заполнить табл. 1.1.

2.2.Построить график зависимости относительной погрешности измерения от

измеряемой величины γИЗМ = f (АИЗМ) для прибора, указанного преподавателем. Сделать вывод о величине относительной погрешности измерения в начальной и конечной части шкалы, о характере изменения погрешности вдоль шкалы прибора. Для построения кривой взять 5–6 точек. Последняя расчетная точка должна соответствовать номинальному (предельному) значению измеряемой величины.

2.3.Ознакомиться с лицевой панелью мультиметра и зарисовать её.

2.4.Подготовить мультиметр для измерения постоянного напряжения. Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF модуля питания) и источник постоянного напряжения (выключатель SA1). Измерить значения выходных напряжений модуля питания на клеммах «+5 В», «+12 В» и «–12 В» отно-

8

сительно общей клеммы «┴». Результаты измерений занести в табл. 1.2. Выключить источник постоянного напряжения.

2.5.Подготовить мультиметр для измерения переменного напряжения. Включить источник питания и мультиметром измерить значения выходных напряжений на клеммах «~12 B» источника переменного напряжения. Для этого включить выключатель SA2. Результаты измерений занести в табл. 1.3. Выключить электропитание.

2.6.Подготовить мультиметр для измерения сопротивлений резисторов модуля резисторов. Результаты занести в табл. 1.3.

Таблица 1.3

2.7. Изучение цифрового универсального измерителя мощности.

Ознакомится с цифровым универсальным измерителем мощности. Подготовить измеритель мощности для проведения измерений. Для этого собрать электрическую цепь по рис. 1.1.

Рис. 1.1

Установить предел измерения напряжения прибора «30 В», предел измерения тока «2 А», а также заданное преподавателем значение сопротивления резистора R. После проверки схемы преподавателем включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF модуля питания) и измерителя мощности (выключатель «Сеть»). Включить источник переменного напряжения (выключатель SA1 модуля питания). Измерить напряжение, ток, активную мощность и частоту напряжения питания. Результаты измерений занести в табл. 1.4. Выключить источник переменного напряжения, измеритель мощности и электропитание стенда.

9

3. Методические указания 3.1. Методические указания к п. 2.1

Контроль работы электрооборудования осуществляется с помощью разнообразных электроизмерительных приборов. Наиболее распространенными электроизмерительными приборами являются приборы непосредственного отсчета. По виду отсчетного устройства различают аналоговые (стрелочные) и цифровые измерительные приборы.

На лицевой стороне стрелочных приборов изображены условные обозначения, определяющие классификационную группу прибора. Они позволяют правильно выбрать приборы и дают некоторые указания по их эксплуатации (см.

табл. 1.5).

В цепях постоянного тока для измерений токов и напряжений применяются в основном приборы магнитоэлектрической системы. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и измеряемого тока, протекающего по катушке. Угол поворота стрелки α прямо пропорционален измеряемому току I: α = КI. Шкалы магнитоэлектрических приборов равномерные.

В измерительных механизмах электромагнитной системы, применяемых для измерений в цепях переменного и постоянного тока, вращающий момент обусловлен действием магнитного поля измеряемого тока в неподвижной катушке прибора на подвижный ферромагнитный якорь. Угол поворота стрелки α здесь пропорционален квадрату тока: α = КI2. Поэтому шкала электромагнитных приборов обычно неравномерная, что является недостатком этих приборов. Начальная часть шкалы не используется для измерений.

Для практического использования измерительного прибора необходимо знать его предел измерений (номинальное значение) и цену деления (постоянную) прибора. Предел измерений – это наибольшее значение электрической величины, которое может быть измерено данным прибором. Это значение обычно указано на лицевой стороне прибора в конце шкалы. Приборы с одним пределом измерения имеют на лицевой панели знак, обозначающий назначение прибора (А, V, mA, µA, mV, µV). Один и тот же прибор может иметь несколько пределов измерений. Ценой деления прибора (постоянной прибора) называется значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы прибора. Цена деления прибора С легко определяется как отношение предела измерений AНОМ к числу делений шкалы N:

С = AНОМ / N.

10