Северо-кавказский горно-металлургический институт
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(Государственный технологический университет)
КАФЕДРА
ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Петров Ю.С., Рогачёв Л.В., Саханский Ю.В.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТОРТЕХНИКИ
Часть 1
Сборник методических указаний к проведению лабораторных работ по ТОЭ
Издание третье переработанное
Для студентов направлений подготовки:
11.03.04 – Электроника и наноэлектроника
13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника
Владикавказ 2017 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ в лаборатории теоретической электротехники. 5
Указания по подготовке к выполнению лабораторных работ. 8
Руководство к лабораторной работе № 101 «ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА». 12
Руководство к лабораторной работе № 102 «ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА». 18
Руководство к лабораторной работе № 103 «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЛИНЕЙНЫХ СООТНОШЕНИЙ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ. ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ ОТ ДВУХПОЛЮСНИКА К НАГРУЗКЕ». 24
Руководство к лабораторной работе № 104 «ИССЛЕДОВАНИЕ КОНДЕНСАТОРА И КАТУШКИ БЕЗ СЕРДЕЧНИКА». 31
Руководство к лабораторной работе № 105 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРИЕМНИКОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА». 38
Руководство к лабораторной работе № 106 «ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЙ ПРИЕМНИКОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА». 46
Руководство к лабораторной работе № 107 «ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСА НАПРЯЖЕНИЙ» 52
Руководство к лабораторной работе № 108 «Исследование резонанса токов». 62
Руководство к лабораторной работе № 109 «Исследование электрической цепи со взаимной индуктивностью». 69
Руководство к лабораторной работе № 110 «Экспериментальное определение коэффициентов пассивного четырехполюсника и параметров схем замещения». 78
РУКОВОДСТВО к лабораторной работе № 111 «ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПАССИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА НА АКТИВНУЮ И ЕМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ». 84
РУКОВОДСТВО к лабораторной работе № 112 «ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕИИ НАГРУЗКИ ЗВЕЗДОЙ И ЗВЕЗДОЙ С НУЛЕВЫМ ПРОВОДОМ». 89
РУКОВОДСТВО к лабораторной работе № 113 «ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ НЕССИМЕТРИЧНОЙ ЦЕПИ». 101
РУКОВОДСТВО к лабораторной работе № 114 «ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ». 107
РУКОВОДСТВО к лабораторной работе № 115 «ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЛЬТРА СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ». 112
Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ в лаборатории теоретической электротехники
Общие положения.
1. К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, изучившие правила техники безопасности.
2. Лабораторные работы могут проводиться только под руководством и наблюдением преподавателя.
3. При выполнении лабораторных работ студентам запрещается:
· включать схемы под напряжение без проверки их преподавателем;
· прикасаться к незащищенным изоляцией частям схемы, включенным под напряжение;
· определять наличие напряжения на элементах схемы при помощи пальцев. Проверка наличия напряжения производится только с помощью проверенного вольтметра в присутствии преподавателя;
· оставлять без присмотра электрическую цепь, находящуюся под напряжением;
· при работе на лабораторной установке прикасаться одновременно стен, батарей отопления и других металлических предметов;
· включать рубильники, нажимать кнопки, прикасаться к электрическому оборудованию, не относящемуся к лабораторной работе;
· производить по ходу работы переключения в схеме, не отключив последнюю от всех источников питания;
· производить какие-либо переключения на общих лабораторных щитах;
· бросать соединительные проводники на пол и на исследуемую установку;
· заменять перегоревшие предохранители на рабочих щитах при включенных рубильниках и без участия преподавателя или лаборанта;
· класть на рабочий стол портфели, сумки и другие посторонние вещи;
· входить в лабораторию в верхней одежде;
· курить и зажигать огонь.
4. Перед включением схемы под напряжение обязательно предупредить членов бригады: «Осторожно! Включаю!».
5. При работе со схемами, в которых может быть резонанс, соблюдать особую осторожность.
6. При наличии в исследуемой схеме батарей конденсаторов необходимо считаться с возможностью сохранения в них электрического заряда после отключения схемы (в этом случае после отключения схемы конденсаторы необходимо разрядить).
7. При обнаружении каких-либо неисправностей, исчезновения напряжения сети, а также при несчастном случае студенты обязаны немедленно прекратить работу, отключить схему и сообщить преподавателю.
8. Надо иметь в виду, что при отключении цепей постоянного тока с индуктивностью возможны резкие повышения напряжения на отключаемой цепи.
9. Студенты, нарушившие правила безопасности, не допускаются к дальнейшей работе в лаборатории и привлекаются к ответственности.
Первая помощь пострадавшим от электрического тока.
1. При поражении электрическим током необходимо принять все меры к освобождению пострадавшего от соприкосновения с токоведущими частями. Для этого:
а) сразу же выключить рубильник на этом рабочем месте, предусмотрев меры безопасности от падения пострадавшего;
б) если по каким-либо причинам это сделать невозможно, то надо освободить пострадавшего от действия электрического тока при помощи изоляционных средств (сухая одежда, доска, палка и т.п.).
2. Немедленно вызвать скорую помощь и сообщить в медпункт по телефону или нарочным.
3. Вывести пострадавшего на свежую струю воздуха, усадить и наблюдать за ним до прибытия скорой помощи.
Что нужно делать при наступлении внезапной смерти?
1. Непрямой массаж сердца
2. Искусственное дыхание. Обе эти манипуляции проводятся одновременно. Помощь могут оказывать один или два человека.
Техника непрямого массажа сердца:
· уложить пострадавшего на спину и максимально запрокинуть голову назад;
· стать с левой стороны пострадавшего и положить ладонь левой руки на нижнюю часть груди;
· правую руку положить на тыльную поверхность левой руки для усиления давления;
· сделать 3-4 быстрых нажатия на грудину, быстро отнять руки от грудной клетки, чтобы она могла свободно расправиться;
· в это время производят вдыхание воздуха через рот или нос;
· давление должно быть таким, чтобы сместить грудину внутрь к позвоночнику на 3-4 сантиметра;
· количество нажатий на грудину в минуту составляет 16-20.
Техника искусственного дыхания методом «изо рта в рот»
1. Одной рукой удерживать голову в запрокинутом положении, другой рукой поддерживать рот полуоткрытым.
2. Сделать глубокий вдох, приложить рот через платок ко рту пострадавшего и с силой выдохнуть; нос пострадавшего при этом следует зажать.
Можно воспользоваться резиновой трубкой, которая вставляется одним концом в рот пострадавшего, через другой конец вдувать воздух.
Аналогично, но только через нос, проводят вдувание воздуха по методу “изо рта в нос”.
Указания по подготовке к выполнению лабораторных работ
А. Общие положения.
Лабораторные работы являются одним из видов занятий, обеспечивающих связь теории с практикой.
Основными задачами лабораторных работ являются:
а) экспериментальное раскрытие теоретических положений курса, проработка и закрепление материала лекций;
б) обучение студентов технике экспериментирования, обработке данных эксперимента, их анализу и сравнению с теоретическими данными;
в) ознакомление студентов с изученными ими машинами, аппаратами и приборами;
Каждая лабораторная работа выполняется бригадой студентов в составе от 2 до 4 человек.
Б. Обязанности студентов.
1. На первом занятии изучить инструкцию по технике безопасности и строго выполнять ее требования при выполнении всех лабораторных работ.
2. На каждое последующее занятие студент должен являться подготовленным к предстоящей работе, с готовой формой отчета (за исключением экспериментальных данных, расчетов, диаграмм) и защитить предыдущую работу.
Студенты, не подготовленные к предстоящей работе и не защитившие предыдущей работы, к занятиям не допускаются.
3. Студенты имеют право начать эксперимент лишь после проверки собранной схемы или установки преподавателем.
4. Указания преподавателя и лаборанта подлежат неуклонному выполнению всеми студентами.
5. После окончания работы бригада студентов представляет преподавателю на визу результаты экспериментов и только после подписи схема может быть разобрана.
В. Сборка схемы.
1. Измерительные приборы, реостаты и все необходимое для выполнения работы оборудование подбирается студентами самостоятельно, руководствуясь указаниями преподавателя и инструкцией к выполняемой работе.
2. Перед сборкой схемы и элементы схемы располагают на рабочем столе так, чтобы можно было вести эксперимент и наблюдать показания приборов.
3. При сборке схемы прежде всего необходимо собрать основные токовые цепи (последовательные). Провода от вольтметров и обмоток напряжения ваттметров присоединять в последнюю очередь.
4. При сборке схемы особое внимание следует обращать на плотность контактов.
Г. Производство исследований.
1. Получив разрешение преподавателя, можно начинать экспериментальную работу, точно придерживаясь порядка выполнения, указанного в инструкции к данной работе.
2. Перед включением рубильника ползунки всех включенных в цепь реостатов поставить в положение, соответствующее максимальному сопротивлению.
3. Стрелки измерительных приборов должны быть установлены на нуль, а переключатели диапазонов работы приборов – на максимальные пределы измерений (если имеется несколько пределов измерений).
4. Замыкая электрическую цепь, надо смотреть не на рубильники, а следить за включенными в цепь амперметрами. Если стрелки амперметров зашкаливают – выключить рубильник.
5. При снятии характеристик исследуемых объектов рекомендуется предварительно пройти весь диапазон измерения физической величины, принимаемой за независимую переменную без записи показаний приборов для того, чтобы выяснить общий характер зависимости.
6. Помните, что качество экспериментальных данных определяет результат работы, поэтому следует добиваться точности измерений.
7. Числовые данные экспериментальной части работы необходимо записывать в соответствующую графу таблицы. Особое внимание надо обратить на правильность отсчета по шкалам прибора, учитывая цену деления шкалы.
8. После окончания работы и проверки результатов преподавателем схема разбирается, все приборы, реостаты, соединительные провода и все то, что было использовано при сборке схемы, аккуратно укладывается в указанное место.
Д. Составление отчета.
1. Отчеты выполняются в общей тетради.
2. Отчет должен быть выполнен тщательно и аккуратно, только чернилами.
3. Схемы, графики, векторные диаграммы и таблицы вычерчиваются карандашом (графики желательно чертить на миллиметровке) при помощи линейки и циркуля с соблюдением установленных графических обозначений.
4. При вычерчивании графиков и векторных диаграмм необходимо пользоваться установленными масштабами. Масштаб должен быть записан соответствующей размерности, например, масштаб напряжения должен быть записан так:
5. Аргумент откладывается по горизонтальной оси графика, а функция откладывается по вертикальной оси.
6. Обозначение величин, откладываемых по осям, следует проставлять справа от оси ординат и над осью абсцисс, а единицы измерения помечать соответственно слева и над осью.
7. Экспериментальные точки, по которым были проведены кривые, должны быть отчетливо видны на графике.
8. Если в работе предусмотрено сравнение экспериментальных и теоретических зависимостей, то они должны быть изображены на одном графике с соответствующими пометками.
9. Векторную диаграмму для неразветвленной цепи начинают строить с вектора тока, общего для всех ее элементов.
10. Векторную диаграмму для параллельного соединения удобно начать строить с вектора напряжения, общего для всех параллельных ветвей.
Для последовательно-параллельного соединения векторную диаграмму рекомендуется начинать строить с вектора напряжения на параллельных ветвях.
Программа работы.
1. Настройка цепи в резонанс с изменением емкости С конденсатора при постоянном значении частоты f.
2. Установка величины затухания d резонансного контура.
3. Исследование зависимостей токов 
, 
, 
в неразветвленной части цепи, в конденсаторе и в катушке от емкости С конденсатора, при постоянном значении напряжения на зажимах цепи.
4. Исследование зависимостей напряжения 
и токов 
, 
в конденсаторе и катушке от емкости С конденсатора при постоянной частоте и постоянном значении тока I в неразветвленной части цепи.
5. Построение снятых характеристик в абсолютных координатах.
6. Составление отчета.
Цель работы
Исследование резонанса токов имеет целью ознакомить студентов с характером резонансных кривых в простейшей параллельной цепи и показать, что при резонансе в параллельной цепи токи в катушке и конденсаторе могут превысить ток в неразветвленной цепи.
Программа работы.
1. Определение параметров катушек вариометра и разметка конов катушек.
2. Определение взаимной индуктивности и коэффициента связи.
3. Исследование работы трансформатора без стального сердечника. Построение векторных диаграмм трансформатора. Проверка баланса мощностей.
4. Исследование режимов работы электрической цепи при параллельном соединении индуктивно-связанных катушек. Построение векторной диаграммы. Проверка баланса мощностей.
5. Составление отчета.
Цель работы:
Работа имеет целью ознакомить студентов с особенностями работы цепей с взаимной индуктивностью, с распределением токов, напряжений и мощностей в таких цепях.
Вторая часть работы.
Первый вариант. Исследование трансформатора без стального сердечника:
3.1. Собрать схему, изображенную на рис. 5. При этом катушку с меньшей индуктивностью присоединить к сети, а вторичную обмотку замкнуть на активное сопротивление.
3.2. Поддерживая неизменным напряжение на зажимах первичной обмотки, изменять ток нагрузки от нуля (холостой ход) до наибольшей возможной величины. Записать значения измеряемых величин для 4-5 различных значений нагрузки.
3.3. По результатам измерений построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений для холостого хода к для максимального тока нагрузки. По последней векторной диаграмме вычислить активную мощность нагрузки и мощность, передаваемую от одной обмотки к другой через магнитное поле. Вычислить потери мощности на нагревание первичной и вторичной обмоток. Сравнить их с показаниями ваттметра.
Второй вариант. Исследование параллельного соединения индуктивно связанных катушек.
4.1. Собрать схему, изображенную на рис.6. Последовательно с катушкой, имеющей меньшую индуктивность, включить активное нагрузочное сопротивление. Поддерживая неизменным напряжение на зажимах цепи, изменять сопротивление нагрузки от нуля до наибольшей величины. Записать значения измеряемых величин для 4-5 различных значений нагрузки.
4.2. При максимальном сопротивлении нагрузки измерить все три мощности одним ваттметром, отсоединяя последовательно концы параллельных ветвей от точки “в” и присоединяя их к точке “а”.
4.3. Построить по результатам измерений две векторные диаграммы: одну для сопротивления нагрузки, равноq нулю; другую для максимального сопротивления нагрузки. По последней векторной диаграмме вычислить активные мощности, получаемые каждой катушкой, и мощность, передаваемую от одной катушки к другой через магнитное поле. Сравнить эти мощности с показаниями ваттметра.
5. Отчет составляется в соответствии с “правилами и методическими указаниями к выполнению лабораторных работ и составлению отчетов.
6. Таблица результатов измерений и расчетов параметров катушек.
| №№ катушек | Измерения | Расчет | |||||
| U | I | P | Z | R | X2 | XM | |
| В | А | Вт | Ом | Ом | Ом | Ом | |
| 1-я катушка | |||||||
| 2-я катушка |
7. Таблица результатов измерений и расчетов при согласном и встречном включении катушек.
| Способ включения | Измерения | Расчет | ||||
| В | А | Вт | Ом | Ом | Ом | |
| Согласно | ||||||
| Встречно |
8. Таблица результатов измерений и расчетов при исследовании трансформатора без сердечника.
| №№ п.п. | Измерения | Расчет | ||||||||||
| В | А | Вт | В | А | В | В | В | В | В | В | В | |
9.
| №№ п.п. | Измерения | Расчет | ||||||||||||
| В | А | Вт | А | Вт | В | А | Вт | В | В | В | В | В | В | |
ЛИТЕРАТУРА:
Л.А. Бессонов – Теоретические основы электротехники, 1973 г. Стр. 146 – 152.
Программа работы.
1. Проведение опытов холостого хода и короткого замыкания.
2. Вычисление входных сопротивлений.
3. Определение коэффициентов четырехполюсника.
4. Определение параметров схем замещения пассивного четырехполюсника.
Цель работы.
Целью работы является закрепление студентами навыков экспериментального определения входных сопротивлений, определение коэффициентов пассивного четырехполюсника.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(Государственный технологический университет)
КАФЕДРА
ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Петров Ю.С., Рогачёв Л.В., Саханский Ю.В.