При работе в лабораториях электротехники

При выполнении лабораторных и научно-исследовательских работ необходимо соблюдать требования Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации установок потребителей применительно к действующим установкам. Отступление от этих Правил не допустимо, так как оно сопряжено с возможностью поражения работающих электрическим током.

Работающим в лаборатории категорически запрещается прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим час­тям лабораторной установки, которые находятся под напряжением. Собирать электрические схемы разрешается только при выключенных магнитных пускателях, автоматических и других выключателях.

Включать установки под напряжение после сборки электрических цепей разрешается только после проверки схемы преподавателем и только в его присутствии. Запрещается выполнять какие-либо изменения в схеме лабораторной установки под напряжением. Если требуется выполнить какое-либо присоединение, то предварительно установку необходи­мо отключить от источника электрической энергии и. после внесения в схему изменений, следует получить разрешение руководителя лабораторных занятий на повторное ее включение.

При исследовании электрических машин следует соблюдать осторожность в связи с наличием вращающихся частей. Во избежание возможного заматывания одежды вращающимися деталями механизмов и машин одежда должна быть без развивающихся концов. Прикосновение к вращающимся частям электрических машин рукой или ногой недопустимо.

В случае поражения электрическим током следует немедленно от­ключить соответствующую лабораторную установку от источника электрической энергии для освобождения пострадавшего от действия электрического тока. Следует сразу же поставить в известность о случив­шемся руководителя лабораторных занятий, в обязанности которого входит оказание первой помощи пострадавшему до прибытия на мес­то происшествия вызванного врача.

Студенты, впервые приступающие к работе в лаборатории электро­техники, после вступительной беседы преподавателя обязаны само­стоятельно изучить правила техники безопасности при работе в лаборатории электротехники. Затем, после проверки преподавателем усвоения студентами правил по технике безопасности, каждый студент должен в специальном жур­нале дать подписку об ознакомлении его с правилами, обеспечиваю­щими безопасность выполнения лабораторных работ в лабораториях электротехники.

Ответственность за соблюдение правил техники безопасности воз­лагается на студентов, работающих в лаборатории, а контроль выполнения правил на преподавателя и учебно-вспомогательный персонал кафедры, участвующий в проведении лабораторных заня­тий.

Введение

В литературном фонде академии практически отсутствует учебно-методическая литература по лабораторному практикуму. В связи с этим лабораторные занятия обеспечиваются методическими разработками преподавателей кафедры ЭиАПП. Причем, почти каждая лабораторная работа имеет свое отдельное методическое указание при отсутствии сборников по лабораторному практикуму.

Данное учебно-методическое пособие выполнено в виде сборника МУ, охватывающего весь комплекс лабораторных работ, предусмотренных учебными программами курса соответствующих специальностей. Это создает определенные удобства для студентов, преподавателей и учебно-вспомогательного персонала кафедры.

В пособие включены семь лабораторных работ по разделам "Элект­рические измерения в цепях постоянного и переменного токов", «Электрические цепи однофазного синусоидального тока», «Электрические цепи трехфазного тока», «Электрические машины», «Электропривод» и «Основы электроники».

Пособие предназначено для самостоятельной работы студентов при подготовке к лабораторным занятиям, выполнении лабораторных работ и составлению по ним отчетов.

1 Организация лабораторных занятий

На первом занятии преподаватель знакомит студентов с организацией учебного процесса по лабораторному практикуму и проводит инструктаж по технике безопасности на рабочем месте. Студенты обязаны заблаговременно подготовиться к предстоящему занятию в лаборатории в соответствии с перечнем контрольных вопросов по каждой работе, используя конспект лекций и рекомендуемую литературу. В подготовку входит изучение соответствующих разделов теоретичес­кого курса, подробное ознакомление с содержанием работы, в акку­ратном вычерчивании электрической схемы установки и таблиц наблю­дения в бланк («протокол испытаний») для выполнения лабораторной работы.

Перед выполнением лабораторной работы проводится контроль степени готовности каждого студента и допуск к выполнению каждой лабораторной работы.

После сборки электрической схемы экспериментальной установки каждое звено в обязательном порядке приглашает преподавателя для проверки правильности подбора измерительной аппаратуры и сборки схемы. После этого в схему цепи подключается напряжение.

Полностью законченный и оформленный отчёт по выполненной работе представляется исполнителем преподавателю на следующем лабораторном занятии. При собеседовании по проделан­ной работе (защите отчета) студент обязан прочесть электрическую схему установки, объяснить любой выполненный опыт или расчёт, соответствие результатов опытов теоретическим положени­ям по данной теме, объяснить построенные графические зависимости. Пос­ле этого данная лабораторная работа считается зачтенной.

При выполнении лабораторной работы с элементами УИРС студент (заранее, т.е. на предыдущем занятии) получает от преподавателя конкретное задание и самостоятельно выполняет необходимую подготовку к нему в соответствии с методическими рекомендациями данной работы.

2 Требования к отчётам по лабораторным работам

Отчёт по каждой работе выполняется индивидуально каждым студентом. Все записи в отчёте выполняются чернилами, а графическая часть (схемы, графики) - карандашом с использованием соответствующих инструментов.

Все графические изображения и позиционные обозначения элемен­тов электрических схем выполняются в строгом соответствии с действующими ГОСТами. Примеры условных изображений элементов электрических схем представлены в виде наглядных пособий (плакатов) в аудиториях 120 и 130 кафедры ЭиАПП.

Масштабы графи­ков должны быть стандартными, а именно в единице длины масштаба должно содержаться (1,2,4,5)*10^±n единиц изображаемой величины, где n - любое целое число. Например: в одном делении 2 А (n=0), или в одном делении 100 Вт (n=2) и т.д.

Кривые всех величин, являющихся функцией одного и того же ар­гумента (тока I, мощности Р, емкости С и др.), строятся на одном общем рисунке. При этом ось функции (или несколько осей различных функций) может (могут) иметь разные масштабы. Длина осей аргумента и функции должна быть примерно одинаковой. Должны быть указаны единицы измерения всех функций и аргумента.

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

титульный лист;

№ и наименование работы;

цель работы;

характеристики измерительных приборов и оборудования в виде таблицы;

схему лабораторной установки;

таблицы результатов измерений и расчётов;

пример расчёта для одной строки каждой таблицы;

графические зависимости;

анализ полученных результатов (выводы).

Лабораторная работа № 1

Электрические измерения

в цепях постоянного и переменного токов

Цель работы:

изучение (на демонстрационных стендах) приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и индукционной систем;

изучение способов измерения тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного токов;

изучение схем включения амперметров, вольтметров и ваттметров в цепи однофазного и трёхфазного перемен­ного тока;

ознакомление с измерительным комплектом К – 505;

ознакомление с условными обозначениями на шкалах приборов.

1 Описание лабораторной установки

Работа выполняется на универсальном стенде, в состав которого входят амперметры, вольтметры, счетчик активной энергии, измерительный комплект К – 505. На стенде расположен щиток питания, состоящий из автоматического выключателя и четырех тумблеров. Автоматический выключатель предназначен для выполнения функций защиты аппаратуры стенда от случайных коротких замыканий, а также выполняет функции разъединителя электрической цепи в процессе ее сборки.

При ознакомлении с измерительной аппаратурой следует особое внимание уделить измерительному комплекту К-505. Он предназначен для измерения в широких пределах силы тока, напряжения и активной мощности в цепях постоянного тока, а также в однофазных и трехфазных цепях переменного тока.

Пределы измерения амперметра, вольтметра и ваттметра комплекта К-505 устанавливаются с помощью соответствующих переключателей. Переключателей два: у амперметра - поворотный и вольтметра – клавишный. Около каждого переключателя имеется табличка, где указаны пределы измерения амперметра и вольтметра и цена деления для каждого предела измерения. Цена деления шкалы ваттметра тоже зависит от положения этих переключателей и находится на пересечении горизонтальной линии от переключателя амперметра и вертикальной линии от переключателя вольтметра.

Пример. Пусть переключатель амперметра установлен на предел измерения 2.5 А, а переключатель вольтметра на 300 В. Этим положениям соответствует цена деления шкалы амперметра 0.025 А /дел., а вольтметра 2 В/дел. На пересечении горизонтальной линии от 0.025 А /дел и вертикальной линии от 2 В/дел. находим цену деления шкалы ваттметра, равную в данном случае 5 Вт/дел. Для получения значения измеренной величины цена деления прибора умножается на показание стрелки прибора.

2 Содержание и порядок выполнения работы

2.1 Самостоятельно в учебное и внеучебное время:

2.1.1 Изучить устройство, принцип действия, область применения, достоинства и недостатки приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и индукционной систем, используя демонстрационные стенды и рекоменду­емую литературу. Составить краткий конспект в лекционной тетради (домашнее задание).

2.1.2 Усвоить способы измерения тока, напряжения, мощ­ности в цепях постоянного и переменного токов (см. раздел 4 «способы измерения силы тока, напряжения и мощности») и составить краткий конспект в лекционной тетради (домашнее задание).

2.3. При выполнении работы с элементами УИРС (по заданию преподавателя) автор отчета проводит анализ преимуществ и недостатков приборов магнитоэлектрической, электромагнитной систем, а также способов расширения пределов измерения вольтметров и амперметров. Подробным образом описывает явление самохода счетчика активной энергии, причины его появления, признаки наличия самохода и приемы его ликвидации (литература [5,6]).

2.2 В лаборатории:

2.2.1 Ознакомиться с макетами и плакатами приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и индукционной систем.

2.2.2 Изучить все условные обозначения и знаки, нане­сённые на шкалы электроизмерительных приборов лабораторного стенда (см. раздел 5 «условные обозначения электроизмерительных приборов»); научиться определять тех­нические характеристики приборов (цену деления, погрешность приборов).

2.2.3 По индивидуальному заданию преподавателя занести в таблицу 1 характеристики двух–трех приборов.

Таблица 1 – Технические характеристики приборов

Наименование прибора	Тип прибора	Измеряемая величи-на, ед. измерения	Пределы измерения	Система измерения	Класс точности	Цена деления	Род измерительного тока	Рабочее положение	Условия эксплуатации	Электрическая прочность изоляции	Наибольшая абсолютная погрешность прибора
Пример:
Вольт- метр	Э-30	Напря- жение, В	0-500 В	Маг-нито- элект.	0,5	5 В	Пост.	Вертик.	-30 ÷400	2 кВ	7.5 В

2.2.4 Определить возможные наибольшие величины абсолютной погрешности приборов, занесенных Вами в таблицу 1 (см. раздел 3 «Точность измерений, погрешности измерений. Цена делений приборов»).

3 Точность измерений, погрешности измерений. цена деления приборов.

Разность между измеренным А_И действительным А_Д значениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью измерения:

DА = А_И - А_Д

Эта разность может быть положительной и отрицательной.

Отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выраженное в процентах, называется относительной погрешностью:

Наиболее полно качество прибора характеризует приведенная погрешность прибора. Приведенная погрешность прибора есть выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к номинальному значению шкалы прибора (наибольшему значению величины А_max, которую можно из­мерить при данной шкале прибора).

Эту величину принято считать классом точности прибораК:

K = g_пр.. Электрические измерительные приборы имеют следующие клас­сы точности: 0,05;.0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Зная класс точности прибора и наибольшее значение величины, которую позволяет измерить данная шкала прибора А_max, можно определить возможную наибольшую абсолютную погрешность прибора:

Таким же способом можно определить наибольшую абсолютную погрешность измерения в любом месте шкалы прибора.

Ценой деления прибора называется значение измеряемой вели­чины, приходящееся на одно деление шкалы прибора:

где N - число делений шкалы прибора.

4 Способы измерения силы тока,

напряжения и мощности

4.1 Измерение силы тока

Ампер­метры, миллиамперметры и микроамперметры, предназначенные для измерения силы тока, включаются в цепь последовательно с её элементами (рисунок 1.1), поэтому сопротивление их должно быть возможно малым, примерно на два порядка меньше сопротивления любого элемента цепи (при расчете электрических цепей сопротивление амперметров принимается равным нулю).

Рисунок 1.1 - Включение Рисунок 1.2- Расширение пределов

амперметра в цепьизмерения амперметра

В установках постоянного тока для измерения силы тока применяются главным образом приборы магнитоэлектрической системы, а перемен­ного – преимущественно электромагнитной системы .

Для расширения пределов измерения амперметров, параллельно им включаются шунты (калиброванные сопротивления, рисунок 1.2).

Измерение напряжения

Вольтметры, милливольтметры, микровольтметры, предназначенные для измерения напряжения, включаются парал­лельно нагрузке (рисунок 1.3), поэтому сопротивление их должно быть

как мож­но больше (примерно на два порядка больше сопротивления любого элемента цепи и при расчете электрических цепей сопротивление вольтметров принимается равным бесконечности).

Для расширения пределов измерения вольтметра обычно применяют до­бавочные сопротивления R_д, включаемые в цепь последователь­но с вольтметром (рисунок 1.4).

Рисунок 1.3 - Включение Рисунок 1.4- Расширение пределов