Описання лабораторного стенду та обладнання

Лабораторний стенд – це стаціонарний пристрій, виконаний у вигляді лабораторного стола, на якому розташовуються щити та макети для лабораторних робіт.

На верхній частині стола та частково на щитах розташовуються електровимірювальні прилади, електроапарати; трансформатори та інше обладнання.

У центрі стенду розташовується пульт живлення: у верхній його частині – кнопки вмикання (чорна) і вимикання (червона) напруги змінного струму. Напруга трифазного змінного струму подається на гнізда з індексами a, b, c, 0 і може вимірюватись між будь-якою із зазначених пар гнізд. Гнізда ліворуч і праворуч на щиті живлення дубльовані.

Наявність напруги контролюють за індикаторними лампочками, що засвічуються при натисканні кнопки чорного кольору.

У нижній центральній частині пульта розташовується пакетний вимикач для вмикання постійної напруги на силові (великі) гнізда, розташовані ліворуч, або праворуч від пакетного вимикача.

Праворуч і ліворуч від щита живлення розташовуються мнемонічні зображення елементів схеми, вимірювальні та комутаційні гнізда. За допомогою останніх складають схему дослідження згідно із вказівками до виконання лабораторної роботи.

Лабораторні стенди мають індивідуальні номери і закріплюються за бригадою на період виконання лабораторних робіт. Бригада несе відповідальність за обладнання стенда.

Умовні графічні зображення, які використовуються

в схемах методичних вказівок

Лабораторна робота № 1

ВИМІРЮВАННЯ СТРУМУ, НАПРУГИ ТА ПОТУЖНОСТІ В КОЛАХ ЗМІННОГО СТРУМУ

Мета роботи:

- вивчити системи електровимірювальних приладів, їх конструкцію, умовні позначення, а також основні методи електричних вимірювань.

- вивчити види похибок вимірювань (абсолютну та відносну), клас точності приладу.

- навчитись правильно вибирати прилади згідно з заданими умовами вимірювання, визначати ціну поділки шкали приладу і оцінювати похибку результатів вимірювання.

- набути практичних навичок вимірювання електричних величин у колах змінного струму.

Порядок виконання роботи

Завдання 1.1.Підібрати електровимірювальні прилади для виконання роботи, якщо напруга мережі U = 127 В, струм навантаження не перевищує

I = 0,2 А, активна потужність – до Р = 25 Вт. Вивчити органи управління і шкали вибраних приладів.

Дані приладів занести до табл. 1.1.

Таблиця 1.1

№ п/п	Прилад	Клас точності	Межа вимірювання	Ціна поділки	Вид вимірювання

Для підключення електровимірювальних приладів до схеми викорис­товують провідники:

- які мають на одному кінці наконечники під затискач, а на друго­му - однополюсний штекер (для підключення вольтметрів і обмоток напру­ги ватметрів). За вимогами техніки безпеки наконечники слід під'єднувати до вольтметрів і обмоток напруги ватметрів, а однополюсні штеке­ри - до відповідних точок схеми;

- здвоєні, які мають два наконечники під затискач і один двополюсний телефонний штекер (для підключення амперметрів і струмових обмоток ватметрів);

- з наконечниками на обох кінцях під затискачі (в основному для з'єднання еле­ментів схеми, а також для підключення приладів).

Завдання 1.2. Виміряти напругу, силу струму та потужність у колі змінного струм. Оцінити похибки в результатах вимірювань.

Рис. 1.1

Для проведення досліду зібрати схему, зображену на рис. 1.1. Умовні позначення схеми: r– опір навантаження; Г1– гнізда для підключення вольтметра та обмоток напруги ватметра; Г2 – телефонне гніздо для підключення амперметра та струмової обмотки ватметра; Ш1 – однополюсний штир для підключення вольтметра; Ш2 – двополюсний штир для підключення амперметра; АВ – автоматичний вимикач; а, в, с, о– клеми щита живлення; V – вольтметр; А– амперметр; W – ватметр.

Підключити схему до джерела живлення. Виміряти величину напруги на межах вольтметра 600 В, 300 В та 150 В.

Силу струму в схемі виміряти на межах амперметра 0,5 А і 0,25 А.

Виміряти величину потужності ватметром на межах 300 В∙1А;

300 В∙0,5 А; 150 В∙1 А; 150 В∙0,5А.

Результати вимірювань занести до табл. 1.2.

Таблиця 1.2

Вимірю вана величи-на	Межі вимірювання	Ціна поділ ки шка-ли	Число виміря них поділок	Вимі-ряна вели-чина	Похибка	Непрямий метод вимірюва ння потужнос ті
Абсо-лютна	Віднос-на
xn	c	n1	x	Δmax	δmax
Напруга, В
Струм, А	0,5
0,25
Потуж- Ність, Вт	300∙1
300∙0,5
150∙1
150∙0,5

Ціна поділки шкали приладу визначається за формулами:

для вольтметра та амперметра:

,

де: x_N– межа вимірювання приладу; n – повне число поділок шкали;

для ватметра:

,

де: x_NV, x_NA– межі вимірювання ватметра відповідно по напрузі та струму.

Виміряна величина

,

де: n₁ – число виміряних приладом поділок.

За значеннями меж вимірювань і класу точності застосованих приладів обчислити можливі максимальні похибки вимірювань:

- абсолютну, приведену до шкали приладу,

де: – клас точності;

- відносну

%.

Завдання 1.3. Записати у звіт висновки про виконану роботу.

Контрольні питання

1. Назвати основні методи електричних вимірювань.

2. Назвати основні системи електровимірювальних приладів та їх особливості.

3. Що таке абсолютна похибка?

4. Що таке відносна похибка?

5. Що таке клас точності приладу?

6. Що таке межа вимірювання приладу?

7. Як визначити ціну поділки шкали амперметра, вольтметра, ватметра?

8. Вказати умовні позначення амперметра, вольтметра, ватметра.

9. Як в електричну схему підключається вольтметр?

10. Як в електричну схему підключається амперметр?

11. Як в електричну схему підключається ватметр?

Лабораторна робота № 2

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТА ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА –

КОТУШКИ ІНДУКТИВНОСТІ БЕЗ ОСЕРДЯ

Мета роботи:

дослідити реальний елемент електричного кола (котушку індуктивності) та побудувати її еквівалентну схему, яка скла­дається з ідеальної індуктивності та активного опору при послідовній та паралельній схемах заміщення котушки.

Порядок виконання роботи

Завдання 2.1. Дослідити котушку індуктивності, вказану на рис. 2.1 пунктиром, і визначити її параметри для послідовної та па­ралельної схем заміщення.

Для проведення досліду взяти необхідні прилади та їх технічні дані занести до табл. 2.1.

Таблиця 2.1

№ п/п	Прилад	Клас точності	Межа вимірювання	Ціна поділки	Вид вимірювання
	Вольтметр		75 В
	Амперметр		0,25 А
	Ватметр		75 В∙ 0,5 А

Зібрати схему, зображену на рис. 2.1.

Рис. 2.1

На рис. 2.2 показана схема під'єднання приладів для вимірювання напруги, струму і потужності.

рис. 2.2

На рисунках 2.1 і 2.3 використані такі нові позначення: АТ– автотрансформатор, r і x - параметри елементів послідовної схеми заміщення котушки, g і b - параметри елементів паралельної схеми заміщення котушки.

Під'єднати до схеми на рис. 2.1 живлення і автотрансформатором установити задану викладачем напругу U. Виміряти струм I та потужність Р. Результати вимірювань занести до табл. 2.2.

Таблиця 2.2

Виміряно

Еквівалентна схема

Обчислено

U, B

Послідовна

Z, Ом

r, Ом

x, Ом

Ur, B

UL, B

cosφ

φ, град

S, B∙A

Q, В∙Ар

I, A

Паралельна

У, см

g, см

b, см

Ir, A

IL, A

cosφ

φ, град

S, B∙A

Q, В∙Ар

P, Вт

Послідовна еквівалентна схема заміщення котушки показана на рис.2.3 a, а паралельна - на рис. 2.3 b.

рис. 2.3

Обчислити значення параметрів еквівалентних схем:

Послідовної

; ; ; ; .

Паралельної

; ; ; ; .

Для обох еквівалентних схем

.

Завдання 2.2. Перевірити справедливість формул еквівалентного переходу від послідовної схеми заміщення до паралельної. Для цього, беручи значення r та xз табл. 2.2, знайти значення

,

та порівняти їх з обчисленими раніше.

Завдання 2.3. Побудувати в масштабі трикутники опорів, провід­ності та потужності для кожної схеми заміщення та побудувати їх векторні діа­грами. Вказати, до яких, схем вони належать.

Завдання 2.4. Записати у звіт висновки про виконану роботу.

Контрольні питання

1. Які існують схеми заміщення котушки індуктивності?

2. Записати формулу для визначення повної потужності.

3. Що таке активна потужність? Записати формулу для її визна­чення.

4. Що таке реактивна потужність? Записати формулу для її визна­чення.

5. Які трикутники можна побудувати для послідовної схеми замі­щення котушки індуктивності?

6. Які трикутники можна побудувати для паралельної схеми замі­щення котушки індуктивності?

7. Як визначається повний опір котушки індуктивності?

8. Як визначається повна провідність котушки індуктивності?

9. Записати вираз для визначення cosφ.Дати визначення куту φ.

10. Як обчислюються значення r i xу паралельній схемі заміщення котушки?

Лабораторна робота № З

ПОСЛІДОВНЕ З'ЄДНАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ r, L, C НА

СИНУСОЇДАЛЬНОМУ ЗМІННОМУ СТРУМІ

Мета роботи:

дослідити електричне коло (рис. 3.1) при послідовному з'єднанні елементів r, L, Cі вивчити явище резонансу в ньому.

Порядок виконання роботи

Завдання 3.1. Підібрати прилади для проведення досліду і запи­сати їх технічні дані в табл. 3.1.

Таблиця 3.1

№ п/п	Назва приладу	Клас точності	Межа вимірювання	Ціна поділки	Вид вимірювання
	Вольтметр		75 В; 150 В
	Амперметр		0,25 А; 0,5 А

рис. 3.1

На схемі ємність C_1-6регулюється ступінчато тумблерами C₁ … С₆.Загальна ємність визначається як сума ємностей, увімкнених тумблерами.

Встановлюючи задані значення напруги Uі ємності C, провести необхідні вимірювання, підключаючи вольтметр і амперметр до відповідних гнізд.

Результати досліду записати в табл. 3.2.

Таблиця 3.2

№ п/п

Встановлено

Виміряно

Обчислено

U, В

С, мкФ

Uк , В

Uc , В

I, А

Z , Ом

Xc , Ом

Ur , В

UL, В

f0 , Гц

сosφ

φ , град

Оскільки значення параметрів r i L котушки протягом досліду не змінюються, то значення r i x_Lвизначити безпосередньо у момент резонанса напруги: :

.

Обчислити:

Завдання 3.2. За даними дослідів, вибравши масштаби, на спільному графіку побудувати такі залежності:

U_c=f₁(c); U_L=f₂(c); I=f₃(c); cosφ=f₄(c)

Побудувати в масштабі векторні діаграми струму і напруги для послідовного кола до резонансу, в момент резонансу і після нього.

Завдання 3.3. Записати у звіт висновки про виконану роботу.

Контрольні питання

1. Який резонанс виникає в послідовному колі?

2. Назвати умови резонансу в послідовному колі.

3. Як визначається ємнісний опір послідовного електричного кола?

4. Чому дорівнює повний опір послідовного електричного кола?

5. Як визначається частота контуру f₀?

6. Записати вираз для визначення cosφ.

7. Який вектор приймається за базисний при побудові векторної діаграми, якщо з'єднання елементів r, L, cпослідовне?

8. Чому дорівнює повна реактивна складова напруги в момент резонансу?

9. Як можна визначити резонано при послідовному зʹєднанні електричного кола?

10. За якими ознаками можна визначити, що в колі наступив резонанс?

Лабораторна робота № 4

ПАРАЛЕЛЬНЕ З’ЄДНАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ r, L, C НА СИНУСОЇДАЛЬНОМУ ЗМІННОМУ СТРУМІ

Мета роботи:

дослідити електричне коло при паралельному з’єднанні елементів r, L, Cі вивчити явище резонансу в ньому.

Порядок виконання роботи

Завдання 4.1. Для проведення досліду вибрати необхідні прилади та запи­сати їх технічні дані в таблицю 4.1.

Таблиця 4.1

№ п/п	Назва приладу	Клас точності	Межа вимірювання	Ціна поділки	Вид вимірювання
	Вольтметр		75 B
	Амперметр		0,25 A

Скласти схему, зображену на рисунку 4.1.

рис. 4.1

Підключити вимірювальні прилади до досліджуваної схеми. Установити задану напругу U і ємність C та виконати необхідні вимірювання, підключаючи амперметр до відповідних гнізд. При цьому необхідно слідкувати, щоб напруга U була постійною.

Результати вимірювань занести до табл. 4.2.

Таблиця 4.2

№ п/п

Встановлено

Виміряно

Обчислено

U, В

С, мкФ

Iк , A

Ic , A

I, А

y, cм

bc , cм

Ir , A

IL, A

f0 , Гц

сosφ

φ , град

Оскільки значення параметрів і b_L котушки протягом досліду не змінюються, то безпосередньо в момент резонансу струму (I_min) визначаємо оскільки .

Обчислюємо:

Завдання 4.2. За даними дослідів, вибравши масштаби, на спільному графіку побудувати такі залежності:

I=f₁(c); I_c=f₂(c); I_L=f₃(c); cosφ=f₄(c).

Побудувати в масштабі векторні діаграми струму і напруги для досліджуваного кола до резонансу, в момент резонансу і після нього.

Завдання 4.3. Записати у звіт висновки про виконану роботу.

Контрольні питання

1. Який резонанс виникає в паралельному колі?

2. Назвати умови резонансу в паралельному колі.

3. Як визначається ємнісна провідність даного кола?

4. Чому дорівнює повна провідність паралельного кола?

5. Як визначається частота контура f₀?

6. Записати вираз для визначення cosφчарез провідність кола.

7. Який вектор береться за базисний при побудові векторної діаграми

при паралельному зʹеднанні елементів?

8. Чому дорівнює повна реактивна складова струму в момент ре­зонансу?

9. Зміною якої величини можна викликати резонанс в паралель­ному колі?

10. За якими ознаками можна визначити, що в колі настав резо­нанс?

Лабораторна робота № 5

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОЇ СИСТЕМИ ЗМІННОГО СТРУМУ ПРИ З’ЄДНАННІ НАВАНТАЖЕНЬ ЗА СХЕМОЮ «ЗІРКОЮ»

Мета роботи:

- дослідити трифазну систему змінного струму при зʹєднанні приймачів «зіркою» в умовах рівномірного і нерівномірного навантажень фаз. Зʹясувати роль нейтрального проводу.

- установити співвідношення між лінійними і фазними напругами і струмами.

Порядок виконання роботи

Завдання 5.1. Підібрати прилади для вимірювань і запи­сати їх технічні дані в табл. 5.1.

Таблиця 5.1

№ п/п	Назва приладу	Клас точності	Межа вимірювання	Ціна поділки	Вид вимірювання
	Вольтметр		300 В; 75 В
	Амперметр		0,25 А; 0,5 А

Скласти схему згідно з рис. 5.1., вважаючи, що провід, позначений пунктиром, підключається лише при з’єднанні «зіркою» з нейтральним проводом.

рис. 5.1

Виміряти лінійні та фазні напруги та струми при заданих режимах роботи і результати записати в табл. 5.2.

Таблиця 5.2

Режим роботи

Тумблери

Схема з’єднання

UAB ,B

UBC, B

UCA, B

UA, B

UB, B

UC ,B

IA, A

IB, A

IC, A

Ia, A

Ib, A

Ic, A

I0, A

UNN', B

B

A

B

Рівно мірне актив не наван таже ння

Z

Нерів номір не актив не наван таже ння

Z1, Z2

Завдання 5.2. За даними досліду побудувати в масштабі вектор­ні діаграми для всіх режимів роботи схеми. Встановити співвідношен­ня між лінійними та фазними струмами та напругами цих схем. Пояснити роль нейтрального проводу.

Завдання 5.3. Записати у звіт висновки про виконану роботу.

Контрольні питання

1. Дати визначення трифазного електричного кола.

2. Що таке лінійна напруга?

3. Що таке фазна напруга?

4. Де протікає лінійний струм?

5. Де протікає фазний струм?

6. Як на роботу електричного кола впливає підключення нейтраль­ного проводу при з'єднанні приймачів «зіркою»?

7. Як графічно визначити силу струму I₀ в нейтральному про­воді при зʹєднанні приймачів «зірка» з нейтральним проводом?

8. Як графічно знайти напругу U_NN при нерівномірному на­вантаженні приймачів в схемі з’єднання «зірка» без нейтрального проводу?

9. Записати співвідношення між лінійними та фазними напругами та струмами при рівномірному навантаженні в схемах з’єднання , .

10. На скільки градусів зсунуті лінійні напруги відносно фазних при зʹєднанні навантаження «зіркою»?

Лабораторна робота № 6

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОЇ СИСТЕМИ ЗМІННОГО СТРУМУ ПРИ З’ЄДНАННІ НАВАНТАЖЕНЬ ЗА СХЕМОЮ «ТРИКУТНИК»

Мета роботи:

- дослідити трифазну систему змінного струму при з’єднанні приймачів струму трикутником в умовах рівномірного і нерівномірного навантажень фаз.

- установити співвідношення між лінійними і фазними напругами і струмами.

Порядок виконання роботи

Завдання 6.1. Підібрати прилади для вимірювань і запи­сати їх технічні дані в табл. 6.1.

Таблиця 6.1

№ п/п	Назва приладу	Клас точності	Межа вимірювання	Ціна поділки	Вид вимірювань
	Вольтметр		300 B
	Амперметр		0,5 A; 1 А

Скласти схему з'єднання приймачів трикутником згідно з рис 6.1.

рис. 6.1.

Виміряти лінійні та фазні напруги та струми при заданих режимах роботи і результати записати в табл. 6.2.

Таблиця 6.2

Режим роботи

Тумблери

UAB, B

UBC, B

UCA, B

UA, B

UB, B

UC, B

IA A

IB, А

IC A

Iab, A

Ibc A

Icа A

B

A

Рівномірне активне наванта ження

Z

Нерівно мірне активне наванта ження

Z1, Z2

Завдання 6.2. За даними досліду побудувати в масштабі векторні діаграми для всіх режимів роботи схеми. Встановити співвідношення між лінійними та фазними напругами та струмами.

Завдання 6.3. Записати в звіт висновки про виконану роботу.

Контрольні питання

1. Що таке трифазна система при з’єднанні приймачів «трикутником»?

2. Де вимірюється лінійна напруга?

3. Де вимірюється фазна напруга?

4. Де протікає лінійний струм?

5. Де протікає фазний струм?

6. Записати співвідношення між лінійними та фазними струмами та напругами при з’єднанні приймачів «трикутником».

7. Записати співвідношення між лінійними та фазними напругами при зʹєднанні приймачів «трикутником».

8. При якому навантаженні фаз вектори струму та напруги збі­гаються?

9. При якому навантаженні фаз вектори струму та напруги не

збігаються?

10. На скільки градусів зсунуті лінійні струми відносно фазних

при зʹєднанні навантаження «трикутником»?

Лабораторна робота № 7

ДОСЛІДЖЕННЯ АКТИВНОЇ І РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТЕЙ У ТРИФАЗНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ КОЛАХ

Мета роботи:

засвоїти різні способи вимірювання активної та реактивної потужностей у трифазному колі при різних режимах його роботи.

Порядок виконання роботи

Завдання 7.1. Для виконання вимірювань підібрати ватметр і його технічні дані занести до табл. 7.1.

Таблиця 7.1

№ п/п	Назва приладу	Клас точності	Межа вимірювання	Ціна поділки	Вид вимірювань
	Ватметр		300 B ∙ 0,5 А

Виміряти активну та реактивну потужності у трифазному колі (рис. 7.1) за заданими режимами роботи.

рис. 7.1

Режим роботи встановлювати за допомогою вимикачів, зазначених у таблиці 7.2.

Таблиця 7.2

Режим роботи	Тумблери	Виміряно	Обчислено
PA, Bт	PB, Bт	PC, Bт	P1, Bт	P2, Bт	Q', Bар	P, Вт	P*, Вт	Q, вар	Q*, вар
Рівномірне активне навантаження	Z						---			---	---
Нерівномірне активне навантаження	Z1, Z2						---			---	---
Активно-реак- тивне рівномір- не навантаження	Z, С

Виконуючи роботу, дослідити такі методи: трьох ватметрів; двох ватметрів; вимірювання реактивної потужності при рівномірному активно-реактивному навантаженні з використанням ватметра.

Метод трьох ватметрів

Для вимірювання активної потужності трифазної системи цим ме­тодом необхідно скласти умовну схему «зірка» з нульовим провідником (рис. 7.2,а) і згідно з нею виміряти потужність кожної фази.

Значення потужностей P_A, P_BіP_C фаз занести до табл. 7.2, а загальну потужність обчислити за формулою:

.

рис. 7.2

Метод двох ватметрів

Для виконання вимірювань цим методом необхідно відключити ну­льовий провід у схемі, зображеній на рис. 7.1. Виконати вимірювання згідно з умовною схемою, показаною на рис. 7.2,6. Загальна потуж­ність системи дорівнює алгебраїчній сумі показів двох ватметрів W₁ і W₂:

.

Метод вимірювання реактивної потужності

при рівномірному активно-реактивному

навантаженні з використанням ватметра

Дослід виконати за умовною схемою, зображеною на рис. 7.2,в. Покази ватметра W_Q' занести до табл. 7.2.

Повна реактивна потужність

.

За значеннями P₁ i P₂ (метод двох ватметрів) при актив­но-реактивному рівномірному навантаженні фаз обчислити повну реак­тивну потужність

.

Завдання 7.2. Записати в звіт висновки про виконану роботу.

Контрольні питання

1. Записати вираз для визначення активної потужності трифаз­ної системи методом трьох ватметрів.

2. Записати вираз для визначення активної потужності трифаз­ної системи методом двох ватметрів.

3. Як визначається реактивна потужність при навантаженні Z методом двох ватметрів?

4. Скільки необхідно підключити ватметрів, виконуючи вимірю­вання методом двох ватметрів, у разі симетричного навантаження?

5. Скільки необхідно підключити ватметрів, виконуючи вимірю­вання методом трьох ватметрів, у разі симетричного навантаження?

6. Чому дорівнює активна потужність трифазного кола?

7. Чому дорівнює реактивна потужність трифазного кола?

8. Чому дорівнює повна потужність трифазного кола?

9. Побудувати схему вимірювання активної потужності методом трьох ватметрів.

10. Побудувати схему вимірювання активної потужності методом двох ватметрів.

Лабораторна робота № 8

ПІДВИЩЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОТУЖНОСТІ COSφ