МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Самарская государственная архитектурно-строительная

академия

Кафедра механизации, автоматизации и энергоснабжения

строительства

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам по курсу

"Инженерное оборудование и энергоснабжение"

Утверждены редакционно-

издательским советом

академии 10 января 2000г.

САМАРА 2001

Составители: С.Н. Лысов, В.В. Сабуров, В.В. Смирнов

УДК 621.3 (075.8)

Методические указания к лабораторным работам по курсу "Инженерное оборудование и энергоснабжение" / Сост.: С.Н. Лысов, В.В. Сабуров, В.В. Смирнов; Самарск. гос. арх.-строит. акад. Самара, 2001. 60с.

Исследуются электрическая однофазная и трехфазная цепи, трансформаторы, электродвигатели постоянного и переменного тока.

Рекомендуются для студентов строительных специальностей, выполняющих лабораторный практикум по курсу “Инженерное оборудование и энергоснабжение“.

Настоящие методические указания не могут быть полностью или частично воспроизведены, тиражированы (в том числе ксерокопированы) и распространены без разрешения Самарской государственной архитектурно-строительной академии.

Номер лицензии на издательскую деятельность

ЛР № 020726 от 25 февраля 1998г.

© Самарская государственная архитектурно- строительная академия, 2001

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ R, L и С

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с лабораторным оборудованием, измерительными приборами и общими правилами работы.

2. Приобрести навыки чтения принципиальных электрических схем и сборки их на лабораторном стенде.

3. Установить соотношение между активными и реактивными составляющими сопротивлений реальных резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока с резистором R.

2. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока с катушкой индуктивности L.

3. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока с конденсатором С.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Исследование цепи синусоидального тока с R, L и С элементами осуществляется на универсальном стенде по электротехнике К4822-2.

Экспериментальная установка содержит:

• катушку индуктивности с сердечником;

• резистор;

• конденсатор;

• измерительные приборы:

вольтметр Э 8030 электромагнитной системы, кл. 2,5 : пределы измерений 0 - 250 В;

миллиамперметр Э 8030 электромагнитной системы, кл. 2,5 : пределы измерений 0 - 300 мА;

ваттметр Д 5004 ферродинамической системы, кл.2, пределы измерений 150 Вт, ;

• соединительные провода.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать схему электрической цепи синусоидального тока для исследования R-элемента согласно рис. 1. Для сборки использовать соединительные провода с клеммными зажимами. Вольтметр подключить с помощью синих проводников, при этом клеммные зажимы подсоединить к клеммам вольтметра, а штекеры - к источнику питания. Схему рекомендуется собирать в следующей последовательности:

3

Лабораторная работа №1

1. Найти на нижней части приборного штатива выходные клеммы источников питания. Из них определить выход источника изменяемого по амплитуде напряжения в пределах от 0 до 250 В (~0-250). Регулирование указанного напряжения осуществляется в блоке источников питания, стоящего отдельно на столе,

при помощи "маховичка" лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа).

2. Принять, например, правую клемму источника (~0-250) за начальную точку сборки (точка 1, рис. 1). Подключить к ней соединительный провод, второй конец которого соединить с началами токовой I^* и напряженческой U^* катушками (точка 2), являющимися входом ваттметра W, которые должны быть объединены закороткой.

3. С выхода ваттметра W клемму конца токовой обмотки (точка 3), обозначенной 1А, подключить ко входу миллиамперметра А₁, с входа миллиамперметра А₁ (точка 4) подключить к правой клемме резистора R (точка 5), расположенного на съемном планшете.

4. С левой клеммы резистора R (точка 6) подключить к левой клемме источника (~0-250) (точка 7). Кроме этого, подключить к точке 7 конец напряженческой обмотки ваттметра W (точка 8).

II. Представить собранную схему для проверки преподавателю. После проверки включить блок питания и установить с помощью автотрансформатора (ЛАТРа) заданное преподавателем напряжение.

III. Записать в табл. 1 показания всех приборов с учетом порядка единиц измерения. Установить нулевое значение напряжения питания с помощью автотрансформатора на блоке питания, вращая "маховичок" против часовой стрелки до упора.

4

Лабораторная работа №1

IV. Собрать электрическую схему электрической цепи синусоидального тока для исследования L-элемента согласно рис. 2.

V. Включить блок питания и установить с помощью автотрансформатора (ЛАТРа) заданное преподавателем напряжение.

VI. Записать в табл. 1 показания всех приборов с учетом порядка единиц измерения. Установить нулевое значение напряжения питания с помощью автотрансформатора на блоке питания, вращая "маховичок" против часовой стрелки до упора.

5

Лабораторная работа №1

VII. Собрать электрическую схему электрической цепи синусоидального тока для исследования C-элемента согласно рис. 3.

VIII. Включить блок питания и установить с помощью автотрансформатора (ЛАТРа) заданное преподавателем напряжение.

IX. Записать в табл. 1 показания всех приборов с учетом порядка единиц измерения. Установить нулевое значение напряжения питания с помощью автотрансформатора на блоке питания, вращая "маховичок" против часовой стрелки до упора. Выключить источник питания.

X. Вычислить параметры электрической цепи, используя следующие выражения:

• полную мощность ;

• коэффициент мощности ;

Таблица 1

Режим цепи	Экспериментальные данные			Расчетные данные
	U, В	I, A	P, Вт	Cos 	Z, Ом	r, Ом	x, Ом	UA, В	UР, В	S, ВА	Q, ВАр
R
L
C

• полное сопротивление ;

• активную составляющую сопротивления ;

• реактивную составляющую сопротивления ;

• активную составляющую напряжения ;

• реактивную составляющую напряжения;

• реактивную мощность .

XI. На основании полученных результатов начертить схемы замещения реальных исследованных элементов. Построить в масштабе на миллиметровой бумаге векторные диаграммы токов и напряжений для каждого опыта.

XII. Объяснить причину неидеальности элементов цепи.

6

Лабораторная работа №1

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие физические процессы, происходящие в электрических цепях, отображают на схемах замещения исследуемые в данной работе элементы?

2. Каковы углы сдвига фаз между напряжением и током на идеальных и исследуемых в данной работе элементах?

3. Какие энергетические процессы характеризуют активная и реактивная мощности?

4. Какими схемами замещения можно представить реальные резистор, катушку индуктивности и конденсатор?

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ

СОЕДИНЕНИИ R, L и С ЭЛЕМЕНТОВ

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Проверить на практике выполнение законов Ома и Кирхгофа в неразветвленной электрической цепи синусоидального тока.

2. Приобрести навыки в работе с электрооборудованием и измерительными приборами.

3. Ознакомиться с явлением резонанса напряжений.

4. Приобрести навыки построения векторных диаграмм тока и напряжения.

5. Приобрести навыки в чтении, начертании и сборке электрических схем.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Исследовать неразветвленную электрическую цепь, состоящую из активного сопротивления, катушки индуктивности (с сердечником).

2. Исследовать неразветвленную электрическую цепь, состоящую из активного сопротивления и конденсатора.

3. Исследовать неразветвленную электрическую цепь, состоящую из активного сопротивления, катушки индуктивности и конденсатора.

4. Исследовать явление резонанса напряжений.

7

Лабораторная работа №2

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать электрическую монтажную схему для проведения лабораторных исследований согласно приведенной на рис. 4 принципиальной электрической схемы.

2. Предоставить схему для проверки преподавателем.

3. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока при последовательном соединении R и L элементов. Замкнуть накоротко коротким проводником со штеккерами клеммные выводы конденсатора С. При этом конденсатор будет выключен из схемы. Сердечник из катушки вынуть.

4. Включить источник питания и медленно установить автотрансформатором на блоке питания напряжение U, измеряя его вольтметром V₁, по указанию преподавателя.

5. Снять показания ваттметра W, соответствующие активной мощности P всей цепи; измерить общий ток I в цепи по показаниям амперметра А₁; с помощью вольтметра V₁ поочередно измерить напряжение на катушке U_L и на резисторе U_r. Результаты записать в первую строку табл. 2.

6. Не выключая источника питания, ввести сердечник в катушку и выполнить действия согласно пункту 4. Результаты записать во вторую строку табл. 2.

7. Вывести движок ЛАТРа в исходное положение и выключить источник питания.

8

Лабораторная работа №2

2. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока при последовательном соединении R и С элементов. Разомкнуть клеммные выводы конденсатора С. Замкнуть накоротко коротким проводником со штекерами клеммные выводы катушки L. При этом катушка будет выключена из схемы.

3. Включить источник питания и медленно установить автотрансформатором напряжение U, измеряя его вольтметром V₁, по указанию преподавателя.

Таблица 2.

№ п/п	U, В	I, А	Ur, В	UL, В	UC, В	P, Вт
1
2
3
4
5

2. Снять показания ваттметра W, соответствующие активной мощности P всей цепи; измерить общий ток I в цепи по показаниям амперметра А₁; с помощью вольтметра V₁ поочередно измерить напряжение на конденсаторе U_С и на резисторе U_r. Результаты записать в третью строку табл. 2.

3. Вывести движок ЛАТРа в исходное положение и выключить источник питания.

4. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока при последовательном соединении R, L, и С элементов. Разомкнуть клеммные выводы катушки L. Схема будет содержать последовательно соединенные катушку, резистор и конденсатор.

5. Включить источник питания и медленно установить автотрансформатором напряжение U, измеряя его вольтметром V₁, по указанию преподавателя.

9

Лабораторная работа №2

2. Снять показания ваттметра W, соответствующие активной мощности P всей цепи; измерить общий ток I в цепи по показаниям амперметра А₁; с помощью вольтметра V₁ поочередно измерить напряжение на конденсаторе U_С на катушке U_L и на резисторе U_r. Результаты записать в четвертую строку табл. 2.

3. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока при последовательном соединении R, L, и С элементов в условиях резонанса напряжений. Медленно вводите сердечник в катушку, добиваясь при этом примерного равенства величин напряжений на катушке и конденсаторе. Зафиксируйте сердечник.

4. Снять показания ваттметра W, соответствующие активной мощности P всей цепи; измерить общий ток I в цепи по показаниям амперметра А₁; с помощью вольтметра V₁ поочередно измерить напряжение на конденсаторе U_С, на катушке U_L и на резисторе U_r. Результаты записать в пятую строку табл. 2.

5. Вывести движок ЛАТРа в исходное положение и выключить источник питания.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

По результатам экспериментальных исследований, помещенных в табл. 2, вычислить значения параметров схемы и заполнить ячейки расчетной табл. 3, помеченные знаком +.

1. Для расчета полного сопротивления катушки воспользуйтесь следующим выражением:

.

2. Для расчета активного сопротивления катушки воспользуйтесь следующим выражением:

.

3. Для расчета реактивного сопротивления катушки воспользуйтесь следующим выражением:

.

4. Для расчета индуктивности катушки воспользуйтесь следующим выражением:

,

где f = 50Гц.

10

Лабораторная работа №2

Таблица 3.

№ п/п	ZL, Ом	XL, Ом	RL, Ом	R1, Ом	XC, Ом	Z, Ом	L, Гн	Cosφ	Q, ВАр	S, ВА
1	+	+	+	750		+	+	+	+	+
2	+	+	+	750		+	+	+		+
3				750	+	+		+	+	+
4	+	+	+	750	+	+	+	+	+	+
5	+	+	+	750	+	+	+	+	+	+

5. Для расчета полной мощности всей цепи воспользуйтесь следующим выражением:

.

6. Для расчета коэффициента мощности всей цепи воспользуйтесь следующим выражением:

.

7. Для расчета реактивного сопротивления конденсатора воспользуйтесь следующим выражением:

.

8. Для расчета реактивной мощности всей цепи воспользуйтесь следующим выражением:

.

9. Для расчета полного сопротивления всей цепи воспользуйтесь следующим выражением:

.

По результатам экспериментальных исследований и расчетных данных провести анализ.

На основании результатов первого и второго опытов определить влияние сердечника на индуктивность катушки и ее сопротивление, дать заключение.

11

Лабораторная работа №2

На основании результатов третьего опыта изобразить треугольник сопротивлений. Убедиться в правильности соотношений

,

дать заключение.

На основании результатов четвертого опыта построить на миллиметровой бумаге в масштабе векторную диаграмму токов и напряжений, методом засечек, убедиться в выполнении 2-го закона Кирхгофа, дать заключение.

На основании результатов пятого опыта убедиться в выполнении условия резонанса напряжения

,

а также в том, что

и .

В случае невыполнения, пояснить причину, дать заключение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ПЕРВОМУ И ВТОРОМУ ОПЫТАМ

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТРЕТЬЕМУ ОПЫТУ

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ЧЕТВЕРТОМУ ОПЫТУ

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ПЯТОМУ ОПЫТУ

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

12

Лабораторная работа №2