При работе в лабораториях электротехники
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
БРЯНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ИНЖЕНЕРНО–ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
Н.И. УШЕВ
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Учебно-методическое пособие
К лабораторному практикуму и
для самостоятельной работы студентов
строительного факультета
специальностей ПГС, ГСХ, ПСК, АД
(с элементами УИРС)
Брянск – 2010
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
БРЯНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ИНЖЕНЕРНО–ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра энергетики и автоматизации
Производственных процессов
Утверждены
научно-методическим
советом БГИТА
Протокол № от_»___”___________2010 года
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Учебно-методическое пособие
К лабораторному практикуму и
для самостоятельной работы студентов
строительного факультета
специальностей ПГС, ГСХ, ПСК, АД
(с элементами УИРС)
Брянск – 2010
Электротехника и электроника: Учебно-методическое пособие к лабораторному практикуму для студентов строительного факультета специальностей: 290300–ПГС, 290500–ГСХ, 290600–ПСК, АД –291000/Брянск. гос. инж.-технол. акад.
Сост. доцент кафедры ЭиАПП Н.И. Ушев. Брянск: БГИТА,
С.
Даны методические рекомендации по самостоятельной подготовке студентов к выполнению комплекса лабораторных работ в объеме, предусмотренном рабочей программой курса электротехники и электроники, приведены краткие теоретические пояснения, порядок выполнения работы, рекомендации по обработке экспериментальных результатов, построению графических зависимостей и оформлению отчета. В конце каждой работы имеются контрольные вопросы для самопроверки и рекомендована литература. Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения.
Рецензент: Симутин В.З. – доцент кафедры Промышленной электроники и электротехники Брянского государственного технического университета
Рекомендовано редакционно-издательской и методической комиссиями Механико-технологического факультета БГИТА.
Протокол № от « ______» 2010 г.
Правила техники безопасности
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 АИ действительным АД значениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью измерения:
DА = АИ - АД
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 Аmax, которую можно измерить при данной шкале прибора).
Эту величину принято считать классом точности прибораК:
K = gпр.. 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 Аmax, 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 Rд, включаемые в цепь последовательно с вольтметром (рисунок 1.4).
Рисунок 1.3 - Включение Рисунок 1.4- Расширение пределов