Указания по технике безопасности. Аналогично лабораторной работы 1

Аналогично лабораторной работы 1.

Задания

Включение и подготовка к работе. Включите платформу NI ELVIS II при помощи выключателя, расположенного на торце устройства в задней части, рядом с разъемом для подключения кабеля питания (рисунок 1.11).

Затем включите выключатель питания платы (1) (рисунок 1.11), при этом должны загореться зеленый светодиод PROTOTYPING BOARD POWER (2) и красный светодиод Питание на плате.

Запуск программы и проведение лабораторных работ. Запуск программы осуществляется двойным щелчком по ярлыку Electronics Engineering Board 2 на рабочем столе или через стартовое меню Windows: Пуск -> Electronics Engineering Board 2.

При запуске программы на экран монитора выводится лицевая панель с элементами меню (рисунок 1.14).

Регистрация и вход. Для получения доступа к лабораторным работам пользователь должен зарегистрироваться (выбрать в меню элемент Регистрация) или Войти.

Нажимаем Войти. Для всех персональных компьютеров в появившемся диалоговом окне рисунок 2.16 в строке Имя пользователя необходимо написать пкХ, где Х это № компьютера указанный на мониторе в правом верхнем углу. В строке Пароль нужно указать 1111.

Рисунок 2.16

После входа в программу откроетсяглавное меню (рисунок 2.17). Переход к выбранной лабораторной работе производится двойным щелчком по соответствующей строке меню.

Рисунок 2.17 – Окно главного меню

Перед тем, как приступить к выполнению лабораторной работы, студент должен:

1. Внимательно ознакомиться с требованиями по технике безопасности.

2. Ознакомиться с теоретическими материалами по теме.

4. Изучить методику проведения лабораторных работ.

5. Понимать принципы работы электрических схем.

Лабораторная работа 2 «Последовательное соединение потребителей однофазного переменного тока. Резонанс напряжений и токов в цепях синусоидального тока»будет содержать четыре эксперимента из главного меню рисунок 2.17: «Исследование RL цепи синусоидального тока», «Исследование RC цепи синусоидального тока»; «Резонанс напряжений в цепи синусоидального тока», «Резонанс токов в цепи синусоидального тока».

1 эксперимент: «Исследование RL цепи синусоидального тока».Приборы и компоненты:

1. Сопротивление (зона резисторов на плате);

2. Индуктивность (зона индуктивностей на плате);

3. Источник синусоидального напряжения (функциональный генератор ~Е);

4. Вольтметры (V1, V2);

5. Амперметр (A1).

Подготовка к проведению эксперимента «Исследование RL цепи синусоидального тока».

1. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

3. Из главного меню (рисунок 2.17) двойным щелчком выберите эксперимент «Исследование RL цепи синусоидального тока». Нажмите кнопку Следующий (>>) на панели инструментов. Откроется заранее подготовленное изображение электрической схемы лабораторной работы с размещенными на ней полями компонентов и приборов (рисунок 2.18).

Рисунок 2.18 – Схема электрической цепи эксперимента

4. Соберите на макетной плате электрическую цепь в соответствии со схемой на рисунке 2.18. Установите номиналы сопротивления и индуктивности в соответствии с заданным преподавателем вариантом (N) из таблицей 2.1.

Таблица 2.1 – Варианты (N) параметров элементов для эксперимента

N
f [кГц]
~Epp [В]	1 ÷ 10
L [мГн]	0.47
R [Ом]

5. Введите в поле значения Rи поле значения Lна рабочем поле лицевой панели величины, соответствующие номиналам установленных на плате сопротивления и индуктивности согласно заданному варианту.

6. Представьте собранную схему для проверки преподавателю.

Пошаговый порядок выполнения эксперимента «Исследование RL цепи синусоидального тока».

1. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER(рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS IIв положение I(включен). Загорятся светодиод Питаниена плате и индикатор включения питания на панели NI ELVIS II.

2. Чтобы начать измерения нажмите на панели управления кнопку (1) Старт/Стоп, затем поставьте галочку в поле (3) Смещ. 0.

3. Установите напряжение (поле Напряжение) и частоту (поле Частота) источника, соответствующее заданному преподавателем варианту из таблицы 2.1 и нажмите Запись. Следует отметить, что амплитуда выходного напряжения источника синусоидального сигнала (~Е) равна половине значения, введенного в поле Напряжение. Затем нажмите кнопку (8) панели управления (рисунок 1.23), откроется файл MS Excel. Необходимо убедитесь в том, что в указанный файл были записаны данные измерительных приборов. При необходимости пункты 1-3 порядка выполнения эксперимента повторить.

4. Вызовите и настройте инструмент Осциллограммадля наблюдения напряжения V1, V2и тока A1и сохраните изображение. Для этого нажмите кнопку (10) панели управления (рисунок 1.23), откроется окно инструмента Осциллограммыи согласно описанию ниже настройте вид осциллограмм.

Окно состоит из двух вкладок: Осциллограммыи Временные диаграммы.

Вкладка Осциллограммы(рисунок 2.19) состоит из следующих зон:

– зона отображения осциллограмм (1); – зона выбора сигнала (2); – зона управления осями, масштабирования, и синхронизации (3).

Рисунок 2.19 – Вкладка Осциллограммы

В зоне отображения осциллограмм (1) расположено окно, в котором в реальном масштабе времени отображаются осциллограммы выбранных измеряемых величин.

В правом верхнем углу окна расположена кнопка , щелчок по которой закрывает или открывает правую часть окна Осциллограммы(зона 2).

Зона выбора сигнала (2) содержит строку выбора и управления отображаемого сигнала (рисунок 2.20).

Рисунок 2.20 – Зона выбора сигнала: в поле 1 появятся названия всех инициированных в данной лабораторной работе приборов; в поле 2 доступно меню выбора цвета отображения; в поле 3 можно изменять цену деления шкалы для данного сигнала, при этом в поле индикации будет отображаться соответствующая цена деления; поле 4 позволяет скрывать или восстанавливать в окне отображения осциллограмму выбранного сигнала

В зоне управления осями, масштабирования и синхронизации (3) расположены кнопки и поля для работы с курсорами и масштабирования, а также настройки синхронизации осциллограмм и смены координатных осей.

Зона управления осями и масштабирования(рисунок 2.21):

Рисунок 2.21 – Зона управления осями и масштабирования

В зоне расположены кнопки и поля для работы с курсорами, масштабирования графиков и смены координатных осей.

Поле выбора/отображения координат курсора (рисунок 2.22). Имеются два курсора. Курсор выбирается/отменяется щелчком по зонам рядом с изображением крестика (текущий курсор отмечается желтым цветом).

Рисунок 2.22 – Поле выбора/отображения координат курсора

Выбранный курсор можно переместить в любую точку окна вводом координаты в соответствующие поля. В эти полях отображаются координаты курсора, если изменить его положение другими способами.

Щелчки по квадратикам приводят к смещению выбранного курсора в соответствующем направлении на 0,1 цены деления.

Меню масштабирования: .

Нажатие первой пиктограммы (с изображением крестика) позволяет перетаскивать выбранный курсор. Это свойство можно также вызвать правым щелчком мыши по окну графиков. При нажатии на среднюю пиктограмму (с изображением увеличительного стекла) открывается меню выбора масштаба (рисунок 2.23).

Рисунок 2.23 – Меню выбора масштаба: 1 – позволяет выбрать мышью произвольную прямоугольную область на графике и растянуть ее по диагонали на желаемый масштаб;

2 – позволяет выбрать мышью произвольную горизонтальную область на графике и растянуть ее по горизонтали на желаемый масштаб; 3 – позволяет выбрать мышью произвольную вертикальную область на графике и растянуть ее по вертикали на желаемый масштаб; 4 – позволяет автоматически выбрать оптимальный масштаб для отображения всех данных; 5 –позволяет увеличивать масштаб одновременно по горизонтали и вертикали последовательными щелчками мыши; 6 – позволяет уменьшать масштаб одновременно по горизонтали и вертикали последовательными щелчками мыши

Нажатие третьей пиктограммы (с изображением ладони) позволяет перетаскивать всю картинку относительно осей координат при помощи курсора мыши в любом направлении.

Выбор синхронизирующего сигнала и настройка порога:

Щелчком по кнопкам слева от поля синхронизации выбирается источник сигнала синхронизации. В качестве синхронизирующего может быть применяться сигнал с любого из инициированных в данной лабораторной работе измерителей. В качестве синхронизирующего зачастую используется сам исследуемый сигнал.

Щелчком по кнопкам или вводом непосредственно в поле данных определяется пороговый уровень сигнала, при котором запускается механизм синхронизации. Для стабильной синхронизации необходимо установить такое значение уровня запускающего сигнала, чтобы выбранный в качестве синхронизирующего сигнал имел пересечение с заданным уровнем. Если в синхронизирующем сигнале отсутствует постоянная составляющая, уровень запускающего сигнала может быть установлен в «0».

Правый щелчок мышью в зонах отображения графиков (рисунок 2.24), осциллограмм, и векторных диаграмм открывает меню управления с элементами Автомасштабирование, Фиксация, Курсор, и Лог файл:

Рисунок 2.24 – меню управления с элементами Автомасштабирование, Фиксация, Курсор, и Лог файл: элемент Автомасштабирование> Y(или X)> Вкл.(или Выкл.) включает или выключает автоматическое масштабирование по осям Yили X, соответственно; элемент Фиксация> Вкл.(или Выкл.) включает или выключает фиксацию картинки на экране; элемент Курсор> Показать(или Скрыть) включает или выключает появление курсора на экране; элемент Лог файлпозволяет сохранить все точки зафиксированных осциллограмм в виде таблицы, для последующего анализа

В результате настройки осциллограммдля наблюдения напряжения V1, V2и тока A1на экране должны появиться графики зависимости измеряемых величин (пример на рисунке 2.25).

Рисунок 2.25 – Пример осциллограммдля наблюдения напряжения V1, V2и тока A1

После настройки осциллограмм напряжения V1, V2и тока A1и сохраните изображение.

5. Вызовите и настройте инструмент Векторная диаграммадля наблюдения напряжения V1, V2и тока A1и сохраните изображение. Для этого нажмите кнопку (11) панели управления (рисунок 1.23), откроется окно инструмента Векторные диаграммыи согласно описанию ниже настройте их вид.

Окно Векторные диаграммыпредназначено для отображения векторов измеряемых синусоидальных величин, получаемых в процессе эксперимента (рисунок 2.26).

Рисунок 2.26 – Окно Векторные диаграммы

Окно состоит из следующих зон:

– зона отображения векторов (1); – зона выбора измерителей (2); – зона синхронизации (3); – зона параметров шкалы (4); – зона определения векторов (5); – зона управления осями и масштабирования (6).

В зоне отображения векторов (1) расположено окно, в котором в угловых координатных осях, в реальном масштабе времени отображаются векторы выбранных измеряемых величин.

Все вектора отображаются в виде стрелок, размер и угловая координата которых определяются из строк в зоне (6).

В правом верхнем углу окна расположена кнопка , щелчок по которой закрывает или открывает правую часть окна Векторные диаграммы(зоны 2, 3, 4, 5).

– вводом значения в поле или перемещением ползунка устанавливается максимальный радиус шкалы векторов.

Зона выбора измерителей (2) содержит список Измерителивсех инициализированных измерителей данной лабораторной работы.

Зона синхронизации (3) содержит элементы настройки синхронизации изображения.

Зона параметров (4) позволяет:

– установить шаг деления шкалы;

– выбрать цвет для дополнительно отображаемых векторов, если в строку определения вектора (5) введена сумма векторов.

Зона определения векторов (5) содержит строки для ввода и редактирования векторов (рисунок 2.27).

Рисунок 2.27 – Строка ввода и редактирования вектора

Расшифровка полей строки ввода и редактирования вектора. Поле (1) меню выбора цвета отображения вектора; поле (2) имя вектора (например, если вектор представляет из себя сумму векторов); поле 3 величина, определенная в данном поле, будет отображена в виде вектора в окне отображения векторов.

Если из списка Измерителиперетащить мышью имя измерителя, то в окне отображения появится вектор, величина которого равна амплитуде или действующему значению (в зависимости от настройки измерителя) измеряемой величины. В данном поле можно также производить математические действия над векторами, используя имена измерителей или имена, назначенные в поле (2).

Примечание. В поле определения векторов возможны следующие математические действия:

1. Поворот вектора: справа от имени вектора, в скобках, указывается угол поворота в градусах (например, A1(45), или A1(-45)).

2. Изменение величины вектора в k-раз: перед именем вектора указывается значение k, после чего ставится ”*” (например, 10*A1, или 0.1*A1).

3. Операции с векторами: оператор вводится между именами векторов (например, A1+V1или 10*A1+A1(45)+0.5*V1(-90)).

Поле (4) позволяет скрывать или восстанавливать вектор, определенный в поле (3). Поле 5 удаляет вектор, определенный в поле (3). Поле 6 отображает угловые координаты вектора, определенного в поле (3): величину (в единицах, определенных в измерителе), фазу в градусах. Следует отметить, что в возрастанием частоты точность вычисления фазы вектора измеряемого сигнала падает, и при частотах выше 10кГц может составить примерно ±2.5⁰.

В результате настройки векторных диаграммдля наблюдения напряжения V1, V2и тока A1на экране должны появиться вектора измеряемых величин (пример на рисунке 2.28). После настройки векторных диаграмм напряжения V1, V2и тока A1сохраните изображение.

Рисунок 2.28 – Пример векторных диаграммдля наблюдения напряжения V1, V2и тока A1

По данным о фазах напряжения и тока рассчитайте угол между векторами напряжения и тока цепи. Амплитуды и фазы векторов (A, ) выводятся рядом с полями векторов в окне Векторная диаграмма. Убедитесь в том, что угол между вектором напряжения на индуктивности (V2) и током (A1) составляет примерно 90⁰.

6. По окончании сохраните файл MS Excel.Данные этого файла будут необходимы при подготовки отчета о лабораторной работе.

7. Повторите проделанные измерения и вычисления (п.п.3-6) для всех вариантов, заданных преподавателем. При этом проверяйте запись данных измерительных приборов в файл MS Excel.

8. Нажмите Стоп.

9. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

2 эксперимент: «Исследование RC цепи синусоидального тока».Приборы и компоненты:

1. Сопротивление (зона резисторов на плате);

2. Конденсатор (зона конденсаторов на плате);

3. Источник синусоидального напряжения (функциональный генератор ~Е);

4. Вольтметры (V1, V2);

5. Амперметр (A1).

Подготовка к проведению эксперимента «Исследование RC цепи синусоидального тока».

1. Закрыть Панель управления, нажав на крестик в правом верхнем углу. В результате будет доступно Главное меню(рисунок 1.20).

2. Из главного меню (рисунок 2.17) двойным щелчком выберите эксперимент «Исследование RC цепи синусоидального тока». Нажмите кнопку Следующий (>>) на панели инструментов. Откроется заранее подготовленное изображение электрической схемы лабораторной работы с размещенными на ней полями компонентов и приборов (рисунок 2.29).

Рисунок 2.29 – Схема электрической цепи эксперимента

4. Соберите на макетной плате электрическую цепь в соответствии со схемой на рисунке 2.29. Установите номиналы сопротивления и емкости в соответствии с заданным преподавателем вариантом (N) из таблицей 2.2.

Таблица 2.2 – Варианты (N) параметров элементов для эксперимента

N
f[кГц]
~Epp [В]	3 ÷ 10
C[мкФ]	0.022	0.1
R[Ом]

5. Введите в поле значения Rи поле значения Сна рабочем поле лицевой панели величины, соответствующие номиналам установленных на плате сопротивления и емкости согласно заданному варианту.

6. Представьте собранную схему для проверки преподавателю.

Пошаговый порядок выполнения эксперимента «Исследование RС цепи синусоидального тока».

1. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER(рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS IIв положение I(включен). Загорятся светодиод Питаниена плате и индикатор включения питания на панели NI ELVIS II.

2. Чтобы начать измерения нажмите на панели управления кнопку (1) Старт/Стоп, затем поставьте галочку в поле (3) Смещ. 0.

3. Установите напряжение (поле Напряжение) и частоту (поле Частота) источника, соответствующее заданному преподавателем варианту из таблицы 2.2 и нажмите Запись. Следует отметить, что амплитуда выходного напряжения источника синусоидального сигнала (~Е) равна половине значения, введенного в поле Напряжение. Затем нажмите кнопку (8) панели управления (рисунок 1.23), откроется файл MS Excel. Необходимо убедитесь в том, что в указанный файл были записаны данные измерительных приборов. При необходимости пункты 1-3 порядка выполнения эксперимента повторить.

4. Вызовите и настройте инструмент Осциллограммадля наблюдения напряжения V1, V2и тока A1и сохраните изображение (вызов и настройка проводится аналогично 1 эксперимента лабораторной работы 2).

5. Вызовите и настройте инструмент Векторная диаграммадля наблюдения напряжения V1, V2и тока A1и сохраните изображение (вызов и настройка проводится аналогично 1 эксперимента лабораторной работы 2). По данным о фазах напряжения и тока рассчитайте угол между векторами напряжения и тока цепи. Амплитуды и фазы векторов (A, ) выведены рядом с полями определения векторов в окне Векторная диаграмма. Убедитесь в том, что угол между вектором напряжения на емкости (V2) и током (A1) составляет примерно -90⁰.

6. По окончании сохраните файл MS Excel.Данные этого файла будут необходимы при подготовки отчета о лабораторной работе.

7. Повторите проделанные измерения и вычисления (п.п.3-6) для всех вариантов, заданных преподавателем. При этом проверяйте запись данных измерительных приборов в файл MS Excel.

8. Нажмите Стоп.

9. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

3 эксперимент: «Резонанс напряжений в цепи синусоидального тока».Приборы и компоненты:

1. Сопротивление (зона резисторов на плате); 2. Конденсатор (зона конденсаторов на плате);3. Индуктивность (зона индуктивностей на плате);

4. Источник синусоидального напряжения (функциональный генератор ~Е);

5. Вольтметры (V1, V2, V3); 6. Амперметр (A1).

Подготовка к проведению эксперимента «Резонанс напряжений в цепи синусоидального тока».

1. Закрыть Панель управления, нажав на крестик в правом верхнем углу. В результате будет доступно Главное меню(рисунок 1.20).

2. Из главного меню (рисунок 2.17) двойным щелчком выберите эксперимент «Резонанс напряжений в цепи синусоидального тока». Нажмите кнопку Следующий (>>) на панели инструментов. Откроется заранее подготовленное изображение электрической схемы лабораторной работы с размещенными на ней полями компонентов и приборов (рисунок 2.30).

Рисунок 2.30 – Схема электрической цепи эксперимента

4. Соберите на плате цепь в соответствии со схемой на рисунок 2.30. Установите номиналы сопротивления, индуктивности и емкости, в соответствии с заданным преподавателем вариантом (N) из таблицы 2.3.

Таблица 2.3 – Варианты (N) параметров элементов для эксперимента

N
~Epp [В]
R [Ом]	100 ÷ 500	100 ÷ 200
L [мГн]			0.47
C [мкФ]	0.1	0.022	0.01		0.1

5. Введите в поле значения R, поле значения Lи поле значения Сна рабочем поле лицевой панели величины, соответствующие номиналам установленных на плате сопротивления, индуктивности и емкости цепи согласно заданному варианту.

6. Представьте собранную схему для проверки преподавателю.

Пошаговый порядок выполнения эксперимента «Резонанс напряжений в цепи синусоидального тока».

1. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER(рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS IIв положение I(включен). Загорятся светодиод Питаниена плате и индикатор включения питания на панели NI ELVIS II.

2. Чтобы начать измерения нажмите на панели управления кнопку (1) Старт/Стоп, затем поставьте галочку в поле (3) Смещ. 0.

3. Установите напряжение (поле Напряжение) источника, соответствующее заданному преподавателем варианту, начальную частоту (2кГц, поле Частота) и нажмите Запись. Следует отметить, что амплитуда выходного напряжения источника синусоидального сигнала (~Е) равна половине значения, введенного в поле Напряжение. Затем нажмите кнопку (8) панели управления (рисунок 1.23), откроется файл MS Excel. Необходимо убедитесь в том, что в указанный файл были записаны данные измерительных приборов. При необходимости пункты 1-3 порядка выполнения эксперимента повторить.

4. Пошагово (с шагом – 2 кГц) поднимайте частоту от 2 кГц до 18 кГц. Нажимая Запись, записывайте показания приборов на каждом шаге. Необходимо убедитесь в том, что в файл MS Excel записаны данные измерительных приборов на каждом шаге. При подходе к резонансной частоте, уменьшите шаг так, чтобы зафиксировать эту точку. В режиме резонанса напряжений в исследуемой цепи, показание А1 будут иметь максимальное значение. Таким образом, нужно найти значения частоты при шаге 2 кГц при которой показания А1 начнут уменьшатся. Затем вернуться на предыдущую частоту и постепенно увеличивая частоту на 100 Гц найти максимальное значение тока А1 и записать эту точку в файл MS Excel.

5. Вызовите и настройте инструмент Осциллограмма(вызов и настройка проводится аналогично 1 эксперимента лабораторной работы 2) для наблюдения напряжений V1, V2, V3и тока A1и сохраните 3 картинки для частот: ниже резонансной, на резонансной, выше резонансной.

6. Вызовите и настройте инструмент Векторная диаграмма(вызов и настройка проводится аналогично 1 эксперимента лабораторной работы 2) для наблюдения напряжений V1, V2, V3и тока A1и сохраните 3 картинки для частот: ниже резонансной, на резонансной, выше резонансной. По данным о фазах напряжения и тока рассчитайте угол между векторами напряжения и тока цепи в точке резонанса. Амплитуды и фазы векторов (A, ) выведены рядом с полями определения векторов в окне Векторная диаграмма. Убедитесь в том, что угол между вектором общего напряжения (V3) и током (A1) в точке резонанса близок к нулю.

7. Повторите проделанные измерения и вычисления (п.п.3-6) для всех вариантов, заданных преподавателем. При этом проверяйте запись данных измерительных приборов в файл MS Excel. Данные этого файла будут необходимы при подготовки отчета о лабораторной работе.

8. Нажмите Стоп.

9. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

4 эксперимент: «Резонанс токов в цепи синусоидального тока».Приборы и компоненты:

1. Сопротивление (зона резисторов на плате);

2. Конденсатор (зона конденсаторов на плате);

3. Индуктивность (зона индуктивностей на плате);

4. Источник синусоидального напряжения (функциональный генератор ~Е);

5. Вольтметр (V1);

6. Амперметры (A1, A2, A3).

Подготовка к проведению эксперимента «Резонанс токов в цепи синусоидального тока».

1. Закрыть Панель управления, нажав на крестик в правом верхнем углу. В результате будет доступно Главное меню(рисунок 1.20).

2. Из главного меню (рисунок 2.17) двойным щелчком выберите эксперимент «Резонанс токов в цепи синусоидального тока». Нажмите кнопку Следующий (>>) на панели инструментов. Откроется заранее подготовленное изображение электрической схемы лабораторной работы с размещенными на ней полями компонентов и приборов (рисунок 2.30).

Рисунок 2.31 – Схема электрической цепи эксперимента

4. Соберите на плате цепь в соответствии со схемой на рисунок 2.31. Установите номиналы сопротивления, индуктивности и емкости, в соответствии с заданным преподавателем вариантом (N) из таблицы 2.4.

Таблица 2.4 – Варианты (N) параметров элементов для эксперимента

N
~Epp [В]
R [Ом]	1000 ÷ 2000
L [мГн]			0.47
C [мкФ]	0.1	0.022	0.01		0.1

5. Введите в поле значения R, поле значения Lи поле значения Сна рабочем поле лицевой панели величины, соответствующие номиналам установленных на плате сопротивления, индуктивности и емкости цепи согласно заданному варианту.

6. Представьте собранную схему для проверки преподавателю.

Пошаговый порядок выполнения эксперимента «Резонанс токов в цепи синусоидального тока».

1. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER(рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS IIв положение I(включен). Загорятся светодиод Питаниена плате и индикатор включения питания на панели NI ELVIS II.

2. Чтобы начать измерения нажмите на панели управления кнопку (1) Старт/Стоп, затем поставьте галочку в поле (3) Смещ. 0.

3. Установите напряжение (поле Напряжение) источника, соответствующее заданному преподавателем варианту, начальную частоту (2кГц, поле Частота) и нажмите Запись. Следует отметить, что амплитуда выходного напряжения источника синусоидального сигнала (~Е) равна половине значения, введенного в поле Напряжение. Затем нажмите кнопку (8) панели управления (рисунок 1.23), откроется файл MS Excel. Необходимо убедитесь в том, что в указанный файл были записаны данные измерительных приборов. При необходимости пункты 1-3 порядка выполнения эксперимента повторить.

4. Пошагово (с шагом – 2 кГц) поднимайте частоту от 2 кГц до 18 кГц. Нажимая Запись, записывайте показания приборов на каждом шаге. Необходимо убедитесь в том, что в файл MS Excel записаны данные измерительных приборов на каждом шаге. При подходе к резонансной частоте, уменьшите шаг так, чтобы зафиксировать эту точку. В режиме резонанса токов в исследуемой цепи, показание А3 будут иметь минимальное значение. Таким образом, нужно найти значения частоты при шаге 2 кГц при которой показания А3 начнут увеличиваться. Затем вернуться на предыдущую частоту и постепенно увеличивая частоту на 100 Гц найти минимальное значение тока А3 и записать эту точку в файл MS Excel.

5. Вызовите и настройте инструмент Осциллограмма(вызов и настройка проводится аналогично 1 эксперимента лабораторной работы 2) для наблюдения напряжения V1 и токов A1, A2, A3и сохраните 3 картинки для частот: ниже резонансной, на резонансной, выше резонансной.

6. Вызовите и настройте инструмент Векторная диаграмма(вызов и настройка проводится аналогично 1 эксперимента лабораторной работы 2) для наблюдения напряжения V1 и токов A1, A2, A3и сохраните 3 картинки для частот: ниже резонансной, на резонансной, выше резонансной. По данным о фазах напряжения и тока рассчитайте угол между векторами напряжения и тока цепи в точке резонанса. Амплитуды и фазы векторов (A, ) выведены рядом с полями определения векторов в окне Векторная диаграмма. Убедитесь в том, что угол между векторами тока (A1) и тока (A2) в точке резонанса близок к 180⁰.

7. Повторите проделанные измерения и вычисления (п.п.3-6) для всех вариантов, заданных преподавателем. При этом проверяйте запись данных измерительных приборов в файл MS Excel. Данные этого файла будут необходимы при подготовки отчета о лабораторной работе.

8. Нажмите Стоп.

9. Установите переключатель PROTOTYPING BOARD POWER (рисунок 1.12) на рабочей станции NI ELVIS II в положение О (выключен).

Обработка экспериментальных данных

Необходимо провести расчёты в соответствии с требованиями раздела пошаговый порядок выполнения экспериментов лабораторной работы.

Для 1 эксперимента необходимо:

1. По полученным в эксперименте данным рассчитайте следующие величины: , , , , , , . Результаты расчетов занести в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

N

Установить

Измерить

Рассчитать

f

R

L

~Epp

V1

V2

A1

cpi

Z(эксп.)

XL(уст.)

Z(уст.)

Погрешность

cosφ

P

[кГц]

[Ом]

[мкФ]

[В]

[В]

[В]

[мА]

градус

[Ом]

[Ом]

[Ом]

[%]

-

[Вт]

Для 2 эксперимента необходимо:

2. По полученным в эксперименте данным рассчитайте следующие величины: , , , , , , . Результаты расчетов занести в таблицу 2.6.

Таблица 2.6

N

Установить

Измерить

Рассчитать

f

R

C

~Epp

V1

V2

A1

cpi

Z(эксп.)

XC(уст.)

Z(уст.)

Погрешность

cosφ

P

[кГц]

[Ом]

[мкФ]

[В]

[В]

[В]

[мА]

градус

[Ом]

[Ом]

[Ом]

[%]

-

[Вт]

Для 3 эксперимента необходимо:

3. По полученным в эксперименте данным рассчитайте следующие величины: , , , , , , , , а также резонансный ток и частоту . Результаты расчетов занести в таблицу 2.7.

4. По полученным данным (таблица 2.7) постройте амплитудно-частотную характеристику для тока в цепи. Сравните расчетные значения резонансной частоты с полученной в ходе эксперимента.

Таблица 2.7

Для 4 эксперимента необходимо:

5. По полученным в эксперименте данным рассчитайте следующие величины: , , , , , , , , а также резонансный ток и частоту . Результаты расчетов занести в таблицу 2.8.

Таблица 2.8

6. По полученным данным (таблица 2.8) постройте амплитудно-частотную характеристику для общего тока в цепи. Сравните расчетные значения резонансной частоты с полученной в ходе эксперимента.

Содержание отчета

Аналогично лабораторной работы 1.

Контрольные вопросы

1. Что такое сдвиг фаз между током и напряжением? Чему он равен на R, L и C элементах? Нарисуйте векторные диаграммы.

2. Запишите закон Ома для цепи переменного тока с последовательным соединением R, L и C?

3. Дайте определение цепи синусоидального тока. Какими величинами определяется синусоидально изменяющаяся функция?

4. Что понимается под действующими значениями синусоидального тока?

5. Что понимают под «резонансом токов»? Условие возникновения данного режима. Нарисуйте векторные диаграммы режима резонанса токов.

6. Какой режим работы синусоидального тока носит название «резонанса напряжения»? Условие возникновения резонанса.

7. Напишите формулы для определения резонансной угловой частоты параллельного и последовательного контуров?

8. Что означает понятие добротности контура? частотные характеристики? резонансные кривые?

9. Какова величина действующего значения тока при резонансе напряжений и резонансе токов по отношению к режиму до резонанса?

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме

Основная учебная литература

1. Немцов М.В. Электротехника и электроника (6-е изд., стер.) учебник. –М: Академия, 2013. – 480 с. – ISBN: 9785446804320.

2. Электротехника и электроника: Учебное пособие для вузов / В.В. Кононенко [и др.]; под ред. В.В. Кононенко. – Изд. 6-е – Ростов н/Д: Феникс, 2010. – 784 с. (Серия «Высшее образование». – ISBN 978-5-222-17568-2.

Дополнительная литература

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Углубленный курс. Учебник для бакалавров. Изд.12, испр., доп., 2014. – 701 с. – ISBN 978-5-9916-3210-2.

Лабораторная работа 3

Трехфазные цепи. Исследование цепи трехфазного тока при различных схемах соединения нагрузки (4 ч)

Цель работы:

1. Измерение напряжений и токов в цепях трехфазной сети при подключении потребителя по схеме «звезда». Рассматриваются различные варианты: симметричные и несимметричные подключения, обрыв нейтральной линии, неравномерные нагрузки в плечах «звезды».

2. измерение напряжений и токов в цепях трехфазной сети при подключении потребителя по схеме «треугольник». Рассматриваются различные варианты для симметричных и несимметричных подключений при обрыве в цепи одного из линейных токов.

В результате выполнения практического занятия у студента формируются компетенции ПК-10 (владение методами проведения инженерных изысканий), ПК-17 (владение научно-технической информацией, отечественным и зарубежным опытом по профилю деятельности).

Теоретическое обоснование

Электрическая цепь,состоящая из системы трех синусоидальных ЭДС, имеющих одну и ту же частоту и сдвинутых по фазе одна относительно другой на угол 2π/3 (120°), к которым с помощью соединительных проводов подключена нагрузка, называется трехфазной. Графики мгновенных значений трехфазной симметричной системы ЭДС с действующим значением каждой фазы изображены на рисунке 3.1, соответствующая векторная диаграмма – на рисунке 3.2.

Рисунок 3.1 – Графики мгновенных значенийтрехфазной симметричной системы ЭДС

Рисунок 3.2 – Векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС

На электрической схеме трехфазный генератор принято изображать в виде трех обмоток, расположенных под углом 120°. При соединении звездой одноименные зажимы трех обмоток объединяют в одну точку (рисунок 3.3), которую называют нулевой точкой генератора N.

а) б)

Рисунок 3.3 – Схема соединения трехфазных обмоток генератора звездой (а) и соответствующая векторная диаграмма напряжений (б)

Обмотки генератора обозначают буквами А, В, С; буквы ставят: А – у начала первой, В – у начала второй и С – у начала третьей фазы.

Таким образом, при соединении обмоток трехфазного генератора звездой (рисунок 3.3 а) линейные напряжения определяются через разности фазных напряжений:

; ; . (3.1)

Для симметричного генератора (источника) фазные напряжения

; ; , (3.2)

линейные напряжения (рисунок 3.3 б)

; ; . (3.3)

Между линейными и фазными напряжениями для симметричного источника существует зависимость:

. (3.4)

При соединении обмоток генератора треугольником (рисунок 3.4) конец первой обмотки генератора соединяют с началом второй, конец второй – с началом третьей, конец третьей – с началом первой. Геометрическая сумма ЭДС в замкнутом треугольнике равна нулю. Поэтому если к зажимам А, В, С не присоединена нагрузка, то по обмоткам генератора не будет протекать ток.

а) б)

Рисунок 3.4 – Схема соединения трехфазных обмоток генератора треугольником (а) и соответствующая векторная диаграмма напряжений (б)

При соединении обмоток трехфазного источника треугольником (рисунок 3.4 а) линейные напряжения равны фазным (рисунок 3.4 б)

. (3.5)

Выделяют следующие схемы соединения трехфазного генератора с нагрузкой. В случаи соединения обмоток генератора звездой: звезда – звезда с нулевым проводом, звезда – звезда без нулевого провода, звезда – треугольник.

В случаи соединения обмоток генератора треугольником, выделяют следующие схемы соединения трехфазного генератора с нагрузкой: треугольник – звезда, треугольник – треугольник.

Расчет трехфазных цепей синусоидального тока с симметричной несимметричной нагрузкой.

Трехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока, и потому расчет и исследование процессов в них производят теми же методами и приемами. Для цепей трехфазного тока применим также символический метод расчета, построение векторных и топографических диаграмм. Векторные диаграммы облегчают нахождение углов между токами и напряжениями, делают все соотношения более наглядными и помогают находить возникающие ошибки при аналитическом расчете.

Симметричный режим. Для симметричного приемника, соединенного звездой (рисунок 3.5 а), справедливо соотношение , напряжение смещения нейтрали равно нулю, а токи в фазах

; ; , (3.6)

где – сопротивление симметричной линии на фазу. По модулю токи равны и имеют сдвиг по фазе относительно друг друга, равный (рисунок 3.5 б):

. (3.7)

а) б)

Рисунок 3.5 – Схема (а) и векторная диаграмма (б) трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой

Для симметричного приемника, соединенного треугольником (рисунок 3.6 а), справедливо соотношение . Если , то фазные токи приемника равны:

; ; . (3.8)

а) б)

Рисунок 3.6 – Схема (а) и векторная диаграмма (б) трехфазной цепи при соединении нагрузки треугольником

По модулю токи равны и имеют сдвиг по фазе относительно друг друга, равный (рисунок 3.6 б):

. (3.9)

Линейные токи приемника определяются разностью фазных токов:

; ; . (3.10)

Как видно из векторной диаграммы (рисунок 3.6 б),

; ; . (3.11)

Если , то (после преобразования треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду) линейные токи

; ; . (3.12)

Фазные токи определяются через линейные:

; ; . (3.13)

Несимметричный режим. При соединении приемника звездой с нейтральным проводом (рисунок 3.7)

Рисунок 3.7 – Схема трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой с нейтральным проводом

Напряжение смещения нейтрали на основании метода двух узлов

, (3.14)

где ; ; ; .

Линейные токи и ток в нейтральном проводе

; ; ; . (3.15)

По первому закону Кирхгофа

. (3.16)

Для приемника, соединенного звездой без нейтрального провода и заданных линейных напряжений источника, токи можно определить без предварительного расчета напряжения смещения нейтрали:

; ;

. (3.17)

; ; . (3.18)

При соединении приемника треугольником (рисунок 3.6 а) и фазные токи определяются согласно (3.8), линейные – (3.10).

Если , то треугольник сопротивлений можно преобразовать в эквивалентную звезду и для этого соединения рассчитать линейные токи, как показано выше.

Фазные токи определяются по предварительно найденным фазным напряжениям приемника:

; ;

; (3.19)

; ; , (3.20)

где , , – сопротивления лучей звезды, эквивалентной треугольнику.

Мощность трехфазной цепи и способы ее измерения.

Симметричный режим. Активная, реактивная и полная мощности симметричного приемника независимо от вида соединения :

, (3.21)

, (3.22)

, (3.23)

где – сдвиг по фазе между фазными напряжением и током.

Несимметричный режим. Активная, реактивная и полная мощности несимметричного приемника независимо от вида соединения равны сумме соответствующих мощностей трех фаз.

Измерение мощности. Для измерения активной мощности, передаваемой от источника к приемнику, в трехфазной цепи с нейтральным проводом при несимметричном режиме включают ваттметры в каждую фазу (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 – Схема для измерения мощности трехфазной цепи

с нейтральным проводом

Активная мощность равна сумме показаний ваттметров:

. (3.24)

В случае симметричного режима достаточно одного ваттметра, при этом мощность

. (3.25)

При отсутствии нейтрального провода активную мощность измеряют двумя ваттметрами, включенными по схеме, показанной на рисунке 3.9 а (и при симметричном, и при несимметричном режимах). Активная мощность равна алгебраической сумме показаний ваттметров:

. (3.26)

Для измерения реактивной мощности той же трехфазной системы применяют схему включения ваттметров, показанную на рисунке 6.9 б. Реактивная мощность

. (3.27)

При симметричном режиме реактивную мощность можно измерить одним ваттметром, включенным по схеме рисунок 3.9 в. В этом случае

. (3.28)

Полная мощность для каждой фазы определяется из треугольника мощностей, также как и для цепей однофазного тока.

а)	б)	в)
Рисунок 3.9 – Схемы для измерения трехфазной активной мощности в цепи без нейтрального провода (а) и реактивной мощности при несимметричной (б) и симметричной нагрузке (в)

Оборудование и материалы

1. Лабораторная работа выполняются на специально разработанной макетной плате «Силовая электроника» для рабочей станции NI ELVIS IIсопряженной с ПЭВМ. В дальнейшем будем эту систему называть лабораторный стенд (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 –Лабораторный стенд с макетной платой «Силовая электроника» подключаемый к ПЭВМ: 1 – персональный компьютер (ПЭВМ); 2 – Блок питания обеспечивающий электропитание NI ELVIS II и макетной платы

2. В стандартной комплектации лабораторного стенда имеются соединительные провода 19 шт.