Metodichka_EiE_LR

Міністерство освіти і науки України Харківський національний університет радіоелектроніки

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

злабораторних робіт з дисциплін «ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ТА ЕЛЕКТРОННИХ КІЛ», «ЕЛЕКТРОТЕХНІКА І ЕЛЕКТРОНІКА», «ЕЛЕКТРОТЕХНІКА ТА ПРОМИСЛОВА ЕЛЕКТРОНІКА», «ОСНОВИ ТЕОРІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ ТА МАГНІТНИХ КІЛ»

для студентів денної та заочної форм навчання спеціальностей: 6.050101 «Комп’ютерні науки»,

6.050102 «Комп’ютерна інженерія»,

6.051402 «Біомедична інженерія»,

6.051301 «Видавничо-поліграфічна справа»,

6.050201 «Системна інженерія»

ЗАТВЕРДЖЕНО Кафедрою БМІ Протокол № 9 від ―18‖ квітня 2013 року

Харків 2013

Методичні вказівки з лабораторних робіт з дисциплін «Теорія електричних та електронних кіл», «Електротехніка і електроніка», «Електротехніка та промислова електроніка», «Основи теорії електричних та магнітних кіл» для студентів денної та заочної форм навчання спеціальностей: 6.050101 «Комп’ютерні науки», 6.050102 «Комп’ютерна інженерія», 6.051402 «Біомедична інженерія», 6.051301 Видавничополіграфічна справа, 6.050201 «Системна інженерія»/ Упоряд. Бармін В.І., Перова І.Г. . Харків: ХНУРЕ, 2013. 87с.

Упорядники: Бармін В.І Перова І.Г.

ВСТУП

Електротехніка — це наука про методи та технічні засоби виробництва, передачі та застосування електричної енергії. Основою дисциплін „Теорія електричних та електронних кіл‖, „Теорія електричних кіл‖, „Основи електротехніки та електроніки‖, „Електротехніка та промислова електроніка‖ є теоретична електротехніка. Практичне закріплення знань з основ електротехніки проводиться на лабораторних заняттях. Лабораторні заняття включають як експериментальні дослідження, так і теоретичні розрахунки за темою експерименту.

Суть та задачі дисциплін. Дисципліни „Теорія електричних та електронних кіл‖, „Теорія електричних кіл‖, „Основи електротехніки та електроніки‖, „Електротехніка та промислова електроніка‖ належать до циклу загальноосвітніх дисциплін, які сприяють формуванню загальноінженерного мислення фахівця.

Метою вивчення дисциплін „Теорія електричних та електронних кіл‖, „Теорія електричних кіл‖, „Основи електротехніки та електроніки‖, „Електротехніка та промислова електроніка‖ є набуття навичок аналізу електричних та електронних кіл, розрахунку їх електричних параметрів в усталеному та перехідному режимах.

Вивчення дисциплін „Теорія електричних та електронних кіл‖, „Теорія електричних кіл‖, „Основи електротехніки та електроніки‖, „Електротехніка та промислова електроніка‖ потребує знання:

—фізики;

—математики;

—основ програмування.

Виконання лабораторних робіт за даними дисциплінами дозволяє студентам проводити натурні експерименти та на практиці закріпити знання отримані на лекційних, практичних та самостійних заняттях.

Порядок виконання лабораторних робіт. Лабораторні роботи виконуються відповідно до розкладу занять або графіка відпрацювань пропущених робіт. Студенти повинні приходити на лабораторні роботи без запізнень. У разі запізнення студенти до виконання лабораторної роботи не допускаються.

На початку першого заняття всі студенти мають ознайомитися з правилами техніки безпеки і розписатися про це в журналі обліку виконання лабораторних робіт. Студенти, які не ознайомилися з правилами техніки безпеки, до виконання лабораторних робіт не допускаються.

Під час виконання лабораторних робіт студенти мають постійно знаходитися поруч з лабораторним стендом. Забороняється залишати включений лабораторний стенд без нагляду, виходити з лабораторії можна лише з дозволу викладача.

При виконанні кожної лабораторної роботи студенти мають вивчити відповідний розділ лекційного матеріалу, ознайомитися з технічним

устаткуванням та приладами, які використовуються у даній лабораторній роботі, режимами їх безпечного функціонування.

Перед виконанням лабораторної роботи студенти повинні ознайомитися з порядком виконання конкретної лабораторної роботи відповідно до даних методичних вказівок.

Лабораторні роботи виконуються бригадами студентів з 2 - 4 чоловік. Для виконання розрахунків у лабораторній роботі студенти повинні

мати інженерні калькулятори.

При виконанні лабораторної роботи студенти несуть відповідальність за збереження лабораторного устаткування та порядок на своєму робочому місці.

При порушенні правил проведення лабораторних робіт чи правил техніки безпеки студенти можуть бути відсторонені від виконання даної лабораторної роботи.

При виконанні лабораторної роботи студенти на персональних комп’ютерах у прикладному пакеті Multisim Education Edition 10.1.197

збирають відповідне електричне коло. Результати кожного етапу лабораторної роботи мають надаватися викладачу для перевірки.

Під час виконання лабораторної роботи кожен студент (у бригаді) має мати чернетки з записами проведених вимірювань, які мають зберігатися студентом до здачі лабораторної роботи. При виконанні розрахунків мають записуватися всі проміжні перетворення та обчислення з урахуванням порядку та розмірності електричних величин.

Завершальним етапом виконання лабораторної роботи є складання індивідуального звіту. Звіт має виконуватися відповідно до вимог ДСТУ 3008–95 „Документація. Звіти у галузі науки і техніки‖. На кожну лабораторну роботу виконується окремий звіт, який після захисту лабораторної роботи залишається у викладача.

Структура звіту. Звіт має містити:

—титульний аркуш, де вказана назва лабораторної роботи;

—мету виконуваної роботи;

—початкові дані згідно з варіантом;

—перелік та опис використовуваного лабораторного обладнання;

—принципіальні схеми досліджуваних електричних кіл (додаток В);

—результати вимірювань (таблиці, графіки, діаграми);

—результати розрахунків (у тому числі з використанням програмних засобів);

—індивідуальні висновки за результатами виконання роботи.

До початку наступної лабораторної роботи студент має подати

викладачеві повністю оформлений звіт про попередню роботу та захистити її.

Організація роботи

Лабораторні роботи виконуються в прикладному пакеті Multisim Education Edition 10.1.197, який дає можливість моделювання роботи електричних схем.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІНІЙНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ПОСТІЙНОГО

СТРУМУ

1.1 Мета роботи

Теоретичне та експериментальне дослідження електричного кола, перевірка методів розрахунку розгалуженого електричного кола, порівняння результатів теоретичного та експериментального дослідження, здобуття практичних навичок роботи з електричними схемами та пристроями.

1.2 Підготовка до виконання роботи

1.2.1 Під час підготовки до лабораторної роботи необхідно ознайомитись з роботою прикладного пакету Multisim Education Edition 10.1.197, опрацювати теоретичний матеріал з розділу „Лінійні електричні кола постійного струму‖, ознайомитися із змістом лабораторної роботи та підготувати бланк звіту.

В роботі досліджується лінійне електричне коло (рис.1.1), яке має шість резисторів R1-R6 та два ідеальних джерела ЕРС (електрорушійна сила) Е1, Е2, внутрішній опір яких дорівнює нулю. Проводиться теоретичне та експериментальне дослідження електричного кола за допомогою прикладного пакету Multisim Education Edition 10.1.197 з використанням методів контурних струмів, міжвузлових напруг, накладання та еквівалентного генератора.

При теоретичному дослідженні кола складають та розв’язують системи рівнянь, які дозволяють аналітично визначити контурні струми та міжвузлові напруги для даного кола.

1.2.1.1 Система рівнянь за методом контурних струмів для n контурів має таку канонічну форму запису:

	R I K		R I K ...		R	I K		E K
	11	1	12	2	1n		n	1
	R	I K	R	I K ...	R		I K	E K
	21	1	22	2	2n		n	2	(1.1)
	.......... .......... .......... .......... .....
	R	I K	R	I K ...	R		I K	E K
	n1	1	n2	2	nn		n	n
де Rnn — власний опір п-го контуру;
Rmn	Rnm — опір гілки, спільної для контурів п та т (міжконтурний
або взаємний опір);
InК	— контурний струм п-го контуру;
EnK	— контурна ЕРС.

1.2.1.2 Система рівнянь за методом міжвузлових напруг має таку канонічну форму запису:

G U B			G U B			... G U B
11		1Б	12		2 Б	1n		nБ
G		U B	G		U B	... G		U B
	21 1Б			22	2 Б		2n nБ
.......... .......... .......... .......... .....
G	U B		G		U B	... G		U B
	n1 1Б			n2 2 Б			nn nБ

J1B

J B

2 (1.2)

J nB

де Gnn — власна провідність п-го вузла; Gmn Gnm — взаємна провідність;

U nБ B — міжвузлова напруга між n-м та базовим вузлами; J nB — «вузловий» струм.

1.2.2 На рисунку 1.1 вказані позитивні напрями струмів у гілках, позитивні напрями контурних струмів, номери вузлів Дослідження електричного кола проводиться бригадами за варіантами. Варіанти параметрів елементів досліджуваної схеми наведені в табл.1.1.

Рисунок 1.1 — Електрична схема досліджуваного кола

Таблиця 1.1— Варіанти параметрів елементів

	Вар.	Величина ЕРС, В			Номінали резисторів, Ом
		Е1	Е2	R1	R2	R3	R4	R5	R6
	1		17	1001	810	696	527	310	206
	2		18	1223	802	710	505	300	188
	3		19	996	816	727	505	314	191
	4		20	980	810	727	494	296	205
	5	20	21	988	821	786	500	323	213
	6		22	1000	850	797	508	298	209
	7		17	984	825	713	522	320	199
	8		18	996	837	728	515	305	203
	9		19	983	799	763	532	297	202
	10		20	996	812	713	514	288	212
	11		21	998	801	706	520	302	204

1.3. Опис лабораторної установки

Головне вікно прикладного пакету Multisim Education Edition 10.1.197

зображено на рис.1.2.

	Панель вибору групи	Вмикання/вимикання	Панель вибору інструментів для
	компонентів
		симуляції	вимірювання

Робоче поле програми

Рисунок 1.2 — Зовнішній вигляд головного вікна програми Multisim Education Edition 10.1.197

При натисканні на будь-яку піктограму на панелі вибору компонентів з’являється вікно вибору компонентів (рис. 1.3).

Вибір бази даних компонентів		Вибір групи компонентів

Вибір родини компонентів		Вибір номіналу або типу обраного
		компонента

Рисунок 1.3 — Зовнішній вигляд вікна вибору компонентів

Таким чином, для створення будь-якої електричної схеми потрібно вибрати групу компонентів (наприклад, BASIC), потім родину компонентів (наприклад, RESISTOR), потім номінал або тип обраного компонента (наприклад, 825 Ом) та розмістити елемент на робочому полі. Як тільки елемент розміщено, знов з’являється вікно вибору компонентів.

Для простішого переходу між групами компонентів зручно користуватися списком вибору групи компонентів у вікні вибору компонентів (рис. 1.4), яке за змістом тотожне панелі вибору групи компонентів.

Рисунок 1.4 – Список вибору групи компонентів

Розглянемо деякі групи компонентів та які компоненти до них належать:

група SOURCES (Рис. 1.5). До неї належать різноманітні джерела живлення, джерела току, джерела напруги, загальний провід (земля).

Рисунок 1.5 – Вікно вибору родини компонентів групи SOURCES

група BASIC (Рис. 1.6). До неї належать найпростіші елементи, такі, як різноманітні резистори (родина RESISTOR), конденсатори (родина CAPACITOR), котушки індуктивності (родина INDUCTOR), трансформатори (родина TRANSFORMER), перемикачі (родина SWICH) та інше.

Рисунок 1.6 – Вікно вибору родини компонентів групи BASIC

Якщо при виборі резистора у вікні вибору номіналу елемента немає необхідного номіналу, потрібно обрати найбільш близький за значенням, встановити його на робочому полі. Після цього натиснути на ньому правою кнопкою миші та зайти у пункт меню

Properties (рис 1.7). У закладці Value у

графі Resistance (R) вказати точне значення опору резистора у омах. Інші графи лишити без змін.

Рисунок 1.7 – Властивості компоненту RESISTOR