Ознакомление с порядком проведения практических работ, аппаратурой и электроизмерительными приборами

Содержание

Предисловие. 4

Практическая работа №1. 5

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ПОРЯДКОМ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ, АППАРАТУРОЙ И ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ.. 5

Практическая работа №2. 8

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ.. 8

Практическая работа № 3. 11

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ РЕЗИСТОРОВ.. 11

Практическая работа №4. 14

РАСЧЕТ СЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ.. 14

Практическая работа № 5. 16

РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ.. 16

Практическая работа № 6. 18

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН.. 18

Практическая работа №7. 23

СОЕДИНЕНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЗВЕЗДОЙ.. 23

Практическая работа №8. 27

СОЕДИНЕНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ТРЕУГОЛЬНИКОМ... 27

Практическая работа №9. 30

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ... 30

Практическая работа № 10. 35

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРОВ.. 35

Практическая работа № 11. 38

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ.. 38

Практическая работа №12. 41

ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ И КПД АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.. 41

Практическая работа № 13. 43

ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА.. 43

Практическая работа № 14. 46

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА.. 46

Практическая работа №15. 49

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.. 49

Практическая работа № 16. 53

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ В ЛИНИЯХ ЭЛЕТРОПЕРЕДАЧ.. 53

Практическая работа №17. 55

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР. 55

Практическая работа №18. 59

ВЫПРЯМИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.. 59

ЛИТЕРАТУРА.. 62

Предисловие

Методические указания для проведения практических работ охватывают

полный курс дисциплины «Электротехника и электроника» по

специальности «Технология машиностроения». В соответствии ГОС

СПО общий объем дисциплины «Электротехника и электроника»

составляет 160 учебных часов, в том числе – 36 часов практических

занятий.

Методические указания соответствуют государственным требованиям

к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по

специальности «Технология машиностроения».

Практическая работа №1

Практическая работа №2

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ

Цель работы: изучить особенности последовательного и параллельного соединения

конденсаторов

Подготовка к работе:

При последовательном соединении конденсаторов:

Рис.1

1. Заряды, независимо от емкости равны:

, Кл

2. Общее напряжение:

, В

3. Напряжение на каждом конденсаторе:

; ;

4. Эквивалентная емкость находится из формулы

5. Энергия заряженного конденсатора:

, Дж

Практическая работа № 3

Таблица 1

№ вариа- нта	Результаты опыта	Результаты расчета
I	U1	U2	U3	U	R1	R2	R3	Rэкв	Р1	Р2	Р3	Р
А	В	В	В	В	Ом	Ом	Ом	Ом	Вт	Вт	Вт	Вт
	1,5
	3,4
	4,2
	2,8
	6,2
	5,5
	9,4
	8,2
	7,5
	2,6
	1,3
	3,6
	4,7
	2,9
	6,1
	5,2
	7,4
	9,9
	8,5
	3,8
	5,1
	1,7
	7,2
	2,3
	8,4
	4,6
	9,8
	6,5
	3,9
	1,7

3. Собрать схему параллельного соединения резисторов (рис. 2)

Рис.2

4.Показания приборов записать в таблицу 2.

Таблица 2.

№ вариа- нта	Результаты опыта	Результаты расчета
U	I1	I2	I3	I	R1	R2	R3	Rэкв	Р1	Р2	Р3	Р
В	А	А	А	А	Ом	Ом	Ом	Ом	Вт	Вт	Вт	Вт
		0,3	0,7	0,9
		1,2	1,5	1,8
		2,1	2,4	2,7
		3,3	3,7	3,9
		4,5	4,8	5,1
		5,3	5,6	5,9
		6,2	6,5	6,7
		7,1	7,4	7,7
		8,3	8,6	8,9
		9,4	9,7	9,9
		0,2	0,4	0,1
		1,1	1,4	1,3
		2,2	2,5	2,7
		3,4	3,6	3,5
		4,8	4,5	4,3
		5,1	5,2	5,4
		6,6	6,7	6,4
		7,2	7,3	7,8
		8,1	8,4	8,8
		9,3	9,5	9,7
		0,4	0,6	0,8
		1,3	1,7	1,9
		2,3	2,6	2,8
		3,1	3,5	3,7
			4,4	4,6
		5,4	5,8	6,1
		6,1	6,3	6,6
		7,5	7,8	8,2
		8,5	8,9	9,3
		9,2	9,5	9,8

Контрольные вопросы.

1. Сформулируйте 1 и 2 законы Кирхгофа.

2. Сформулируйте закон Ома для участка цепи и для полной цепи.

3. На каком из двух последовательно соединенных резисторов, разных по величине, будет большее падение напряжения?

4. По каким формулам определяется мощность, потребляемая резисторами?

Практическая работа №4

Практическая работа № 5

РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ

Цель работы: изучить особенности расчета магнитных цепей.

Подготовка к работе:Устройство, содержащее сердечники из ферромагнитных материалов, через которые замыкается магнитный поток, называется магнитной цепью.

На рис.1. показана неразветвленная магнитная цепь, во всех сечениях которой магнитный поток Ф имеет одинаковую величину.

Расчет неразветвленной магнитной цепи в большинстве случаев сводится к определению намагничивающей силы I∙W, которая требуется для получения заданного магнитного потока Ф или магнитной индукции В. При этом указываются размеры и материал всех участков магнитной цепи.

При расчетах магнитных цепей определение напряженности магнитного поля по заданному значению магнитной индукции рекомендуется вести по кривым намагничивания, приведенным на рис.2. При пользовании кривыми будьте внимательны, поскольку для определения Н предложены две различных шкалы в зависимости от вида ферромагнитного материала. На рис.2. пунктиром показано определение Н по заданному значению В для чугуна: при В=0,85 Тл величина

Н ≈ 5700 А/м.

Пример: Для магнитной цепи, приведенной на рис.1. заданы размеры цепи:

l₁=26 см, l₂ =16 см, l₃ =4 см , l₄ =5 см , число витков обмотки W =800, магнитный поток 1,6^.10^-3 Вб и материал сердечника – литая сталь. В магнитной цепи имеется воздушный зазор l₀ =0,05 см .

Определить: 1) силу тока в обмотке для создания заданного магнитного потока 2) абсолютную магнитную проницаемость на участке с обмоткой 3) потокосцепление и индуктивность обмотки.

Решение: 1. Из чертежа находим сечение сердечника Sи длину средней магнитной линии l_ср:

S= l₃ ∙ l₄ =4∙5 см² =20 см² = 20∙10^{-4 м2} ;

l_ср= l₁ ∙2 + l₂ ∙2 = 26∙2 см + 16∙2 см = 84 см =0,84 м

При этом малой величиной l₀ пренебрегаем.

2. Определяем магнитную индукцию в сердечнике:

В = Ф/S = 1,6∙10^-3/(20∙10^-4) = 0,8 Тл.

3. По кривым намагничивания (см. рис.2.), зная В, находим для литой стали

Н_ст≈ 680 А/м. Напряженность Н₀ в зазоре вычисляем по формуле

Н₀ = В/ μ₀ = 0,8 / (125∙10^-8) = 6,4∙10⁵ А/м.

4. Силу тока находим из закона полного тока:

IW = Н_ст l_ср + Н₀ l₀ ; I ∙800 = 680∙0,84 + 6,4∙10⁵ ∙0,05∙10^-2 ,

I = 1,11 А

5. Определяем абсолютную магнитную проницаемость:

μ_а = В/ Н_ст = 0,8/680 = 0,00118 Гн/м

6. Определяем потокосцепление обмотки:

Ψ = ФW = 1,6∙10^-3∙800 = 1,28 Вб.

7. Определяем индуктивность обмотки:

L = ψ / I = 1,28 / 1,11 = 1,15 Гн

Ход выполнения работы:Для магнитной цепи, приведенной на рис.1, определить: 1) силу тока в обмотке для создания заданного магнитного потока 2) абсолютную магнитную проницаемость на участке с обмоткой 3) потокосцепление и индуктивность обмотки. Данные для своего варианта взять из таблицы 1.

Таблица 1

№ вар.	l1	l2	l3	l4	l0	Ф	W	Материал сердечника
	см	см	см	см	см	Вб	-	-
					0,01	1,4∙10-3		Литая сталь
					0,02	1,2∙10-3		Чугун
					0,03	1,1∙10-3		Литая сталь
					0,04	1,1∙10-3		Чугун
					0,05	1,5∙10-3		Литая сталь
					0,06	1,9∙10-3		Чугун
					0,07	1,3∙10-3		Литая сталь
					0,08	1,6∙10-3		Чугун
					0,09	1,8∙10-3		Литая сталь
					0,015	1∙10-3		Чугун

Контрольные вопросы:

1. Что называется магнитной цепью?

2. К чему сводится расчет неразветвленной магнитной цепи?

3. Сформулируйте закон полного тока.

4. Что такое магнитный поток и магнитная индукция?

Практическая работа № 6

Практическая работа №7

Практическая работа №8

Практическая работа №9

Практическая работа № 10

Примечание.

Фактические токи I_ф1 = к_н∙ I_н1, I_ф2 = к_н∙ I_н2 (8)

Номинальный КПД η_ном = (S_ном∙cosφ) ∕ (S_ном∙cosφ + P_ст + P_0ном) (9)

Коэффициент трансформации к_тр = U_н1 ∕ U_н2 (10)

Контрольные вопросы

1.Каким образом в трансформаторах осуществляется преобразование

напряжения?

2.Чем отличаются понижающий автотрансформатор от повышающего?

Начертите электрические схемы автотрансформаторов.

3.Написать формулы ЭДС индукции, наводимой в обмотках трансформатора.

4.Написать формулу коэффициента трансформации.

5.Начертить схему включения измерительных трансформаторов. В каком

режиме работает:

а) трансформатор тока?

б) трансформатор напряжения?

Практическая работа № 11

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Цель работы: изучить характеристики и особенности расчета асинхронных двигателей

Подготовка к работе:Асинхронные двигатели получили широкое применение в качестве электропривода различных механизмов. В настоящее время только в России ежегодно производится около десятков миллионов штук ( 80% всех двигателей) асинхронных двигателей от нескольких ватт до нескольких сот киловатт.

Мощность электрических потерь в роторе асинхронного двигателя пропорциональна скольжению. Полезная мощность на валу двигателя Р₂ меньше механической на величину мощности механических потерь.

КПД равен отношению η = Р₂ ∕ Р₁ , (1)

где Р₁ – мощность потребляемая из сети. Номинальный КПД современных асинхронных двигателей составляет 0,75 – 0,95.

Вращающий электромагнитный момент двигателя в соответствии с законом электромагнитных сил равен

М = с_м Ф I_2s cos ψ_2s (2)

где ψ_2s - фазовый сдвиг тока I₂ относительно потока Ф.

Механическая характеристика М(s) асинхронного двигателя, построенная с учетом зависимости I_2s(s) и cos ψ_2s(s), представлена на рис.1.

Рис.1.

У асинхронных двигателей обычно М_max ∕ М_пуск = (0,06-1,5), М_max ∕ М_н = (1,5-2).

При пуске асинхронного двигателя cos φ очень мал и пусковой ток в обмотке статора может возрастать в 5-7 раз по сравнению с номинальным током I_я, а при частых пусках наблюдается сильный перегрев и выход из строя двигателя.

Ограничение пускового тока и регулирование пускового момента осуществляется двумя способами: изменением частоты питающего напряжения и увеличением активного сопротивления цепи обмотки ротора в период пуска двигателя.

Семейство механических характеристик асинхронного двигателя при частотном регулировании и приводимого во вращение механизма n(М_Т) представлены на

Рис.2.

Ограничение пускового тока в двигателях с короткозамкнутым ротором осуществляется с помощью глубокопазной обмотки или обмотки в виде двойной «беличьей клетки».

Регулирование частоты вращения ротора асинхронного двигателя при заданном противодействующем моменте, как это следует из выражения

n₂ = n₁ (1- S) = (1- S) ω₁ ∕ p = (1-S) 2π f₁ ∕ p (3)

может быть осуществлено тремя способами: изменением частоты питающего напряжения f₁, переключением числа пар полюсов p и изменением скольжения S.

Первый способ регулирования частоты вращения является наиболее перспективным, т.к. он обеспечивает глубокое, плавное и экономичное регулирование частоты вращения. Однако для его выполнения требуется специальный источник питания, обеспечивающий U ∕ f = const . В качестве такого источника используют синхронные генераторы с приводом от двигателя постоянного тока. В последнее время для частотного регулирования разработаны статические источники питания на транзисторах и тиристорах.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов осуществляется лишь ступенями.

Регулирование частоты вращения изменением скольжения достигается включением регулировочного резистора в цепь ротора. Недостатком этого способа является увеличение электрических потерь в цепи ротора, которые пропорциональны скольжению. Однако этот способ позволяет осуществить плавную регулировку, поэтому он получил наибольшее распространение.

Ход работы:

Трехфазный асинхронный двигатель серии 4А работает от сети 380В с частотой 50Гц

Заполнить таблицу 2, используя данные из таблицы 1.

Таблица 1

вар	Тип	P2	n2	cosφ	Iпуск Iном	Mпуск Mном	Mmax Mном	ηном
№	двигателя
		кВт	об ∕ мин
	4A112M2CУЗ	7,5		0,88	7,5	2,0	2,2	0,870
	4A132M2CУ3	11,0		0,90	7,5	1,6	2,2	0,880
	4A90L4У3	2,2		0,83	6,0	2,0	2,2	0,800
	4А112M4CУ1	5,5		0,85	7,0	2,0	2,2	0,850
	4AP160M4У3	18,5		0,87	7,5	2,0	2,2	0,885
	4A250S4У3	75,0		0,90	7,5	1,2	2,2	0,930
	4A100L6У3	2,2		0,73	5,5	2,0	2,0	0,810
	4AP180M6У3	18,5		0,80	6,5	2,0	2,2	0,870
	4AP160S8У3	7,5		0,75	6,5	1,8	2,2	0,860
	4AP160M6У3	15,0		0,83	7,0	2,2	2,2	0,875

Таблица 2

вар	n1	S	P1	f2	Iном	Iпуск	Mном	Mпус	Mmax	2p	∑p
№
	об ∕ мин		кВт	Гц	А	А	Нм	Нм	Нм		кВт

Контрольные вопросы

1.Почему двигатель называется асинхронным?

2.В каком случае скольжение двигателя равно 0 или 1 и почему?

3.Начертить механическую характеристику асинхронного двигателя. Чему равна перегрузочная способность двигателя?

4.В связи, с чем ограничивают пусковой ток асинхронного двигателя?

5.Назовите два способа пуска двигателей.

6.Перечислите методы регулирования асинхронных двигателей. Какой из способов получил наибольшее распространение?

Практическая работа №12

Практическая работа № 13

ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: изучить особенности расчета генераторов постоянного тока

Подготовка к работе:В настоящее время одним из основных способов производства электроэнергии является преобразование механической энергии в электрическую, которое осуществляется генераторами постоянного и переменного тока

Генераторы постоянного тока (ГПТ) делят на два типа:

-с самовозбуждением (рис.1),

- с независимым возбуждением (рис.2).

Самовозбуждение в генераторах постоянного тока может быть осуществлено при параллельном (рис.1а), последовательном (рис.1б) и смешанном (рис.1в) соединении обмоток возбуждения с обмотками якоря.

а) б) в)

Рис.1.

Самовозбуждение генератора происходит при наличии трех условий:

1) остаточного магнитного потока, создающего ЭДС;

2) совпадения направления поля обмотки возбуждения с направлением остаточного магнитного потока;

3)сопротивление обмотки возбуждения меньше критического, т.е. когда ток возбуждения способен достигнуть значения, обеспечивающего заданную ЭДС.

Генератор с независимым возбуждением требует питания обмотки возбуждения отдельным независимым источником питания.

Рис. 2.

Уравнение ЭДС якоря генератора E = U + I_aR_a (1)

показывает связь между напряжением на выводах, падением напряжения в обмотке якоря и ЭДС якоря.

Ход работы:

1. Произвести расчет ГПТ с параллельным возбуждением рассчитанным на напряжение U_н и полезную мощность P₂ . Сила тока в нагрузке I_н, в цепи якоря I_а, в обмотке возбуждения I_в. Сопротивление якоря R_а, обмотки возбуждения R_в. Генератор развивает ЭДС E. Электромагнитная мощность P₁, суммарные потери ∑р при КПД η_г . Потери в якоре P_а, в обмотке возбуждения P_в.

2. Заполнить таблицу 1

Расчетные формулы и таблица 1 приведены ниже.

η_г = P₂ ∕ P₁ ; (2)

E_а = U_ном + I_а R_а (3)

∑P = P₁ - P₂ ; (4)

P_эм = E_а I_а ; (5)

P₂ = U_н I_н ; (6)

P_а = I_а² R_а ; (7)

P_в = I_в² R_в ; (8)

I_в = U_н ∕ R_в ; (9)

I_а = I_н + I_в ; (10)

I_в= P_в ∕ U_н (11)

Таблица 1

Вар	P2	Uном	Iн	Iв	Iа	Rа	Rв	Eа	Pэм	P1	∑P	ηг	Pа	Pв
№	кВт	В	А	А	А	Ом	Ом	В	кВт	кВт	кВт	-	Вт	Вт
						0,15						0,9
	20,7					0,18					2,8
				2,9			40,3			2,6
	11,8
						0,07					2,2
												0,9
	2,4		17,4			0,25					0,6
											2,8
	21,6											0,9

Контрольные вопросы

1.Дать определение генератора.

2.Начертить схемы включения генераторов с самовозбуждением и независимым возбуждением. Какая из схем нашла наибольшее распространение и почему?

3.Перечислить условия необходимые для возникновения самовозбуждения ГПТ.

Практическая работа № 14

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: изучить особенности расчета двигателей постоянного тока.

Подготовка к работе:

Основное достоинство двигателей постоянного тока заключается в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов, что очень важно для тяговых двигателей на электрическом транспорте, а также для привода различного технологического оборудования.

Электрические машины постоянного тока малой мощности применяются в системах автоматического регулирования, как для привода исполнительных механизмов, так и в качестве датчиков частоты вращения подвижных частей регулируемой системы.

Недостатком двигателей постоянного тока является необходимость предварительного преобразования для них электрической энергии цепи переменного тока в электрическую энергию цепи постоянного тока.

Так же как и в генераторах, обмотки возбуждения двигателя могут иметь последовательное, параллельное и смешанное согласное включение обмоток, а также независимое (от постороннего источника тока или постоянного магнита).

Двигатель с параллельным возбуждением (рис.1а). Благодаря обратимости, работа машины постоянного тока в режиме генератора с параллельным возбуждением может быть заменена на работу в режиме двигателя. Для этого достаточно сначала уменьшить до нуля вращающий момент первичного двигателя, а затем приложить к валу тормозной момент. При этом уменьшается частота вращения и ЭДС якоря, а направление тока в его обмотке изменится на обратное. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем машины, будет создавать вращающий электромагнитный момент.

Естественная механическая характеристика двигателя с параллельным возбуждением n (М_вр) изображается прямой линией (рис.2а), слегка наклоненной в сторону оси абсцисс. При изменении нагрузки на валу двигателя от холостого хода до номинальной частоты вращения большинства двигателей параллельного возбуждения уменьшается лишь на 3–8%. Таким образом, естественную механическую характеристику двигателей с параллельным возбуждением следует считать жесткой.

Регулировать частоту вращения двигателя можно при помощи реостата в цепи якоря. Однако такое регулирование неэкономично из-за значительной мощности потерь и применяется лишь для двигателей небольших мощностей.

Более совершенный метод регулирования частоты вращения изменением напряжения якоря.

У двигателя с последовательным возбуждением (рис.1б) ток якоря является вместе с тем током возбуждения I_а = I_в . Благодаря такому соединению главный магнитный поток машины изменяется пропорционально току якоря, пока магнитопровод машины не насыщен. Как и все двигатели постоянного тока, этот двигатель для ограничения пускового тока снабжается пусковым реостатом R_п.

Ценным свойством этого двигателя является способность выдерживать сильные перегрузки при умеренном увеличении тока.

Механическая характеристика двигателя, показанная на рис.2б при I_В1= I_а, называется естественной характеристикой. Естественная механическая характеристика двигателя мягкая, так как изменение момента сильно сказывается на частоте вращения двигателя.

Для регулирования частоты вращения можно шунтировать обмотку возбуждения реостатом с регулируемым сопротивлением R_р. Возможно регулирование двигателя путем изменения напряжения на якоре.

Высокая перегрузочная способность и мягкая характеристика двигателя с последовательным возбуждением особенно ценны для электрической тяги (трамвай, метрополитен, электрические железные дороги и т.д.). Эти двигатели подходят также для работы в качестве крановых двигателей там, где имеются источники постоянного тока.

Двигатель со смешанным возбуждением (рис.1в). Двигатель с параллельным возбуждением имеет жесткую механическую характеристику, а двигатель с последовательным возбуждением – мягкую характеристику. В ряде случаев желательна некоторая пр