Электротехника Лабораторный практикум

Омск 2008

УДК 621.3

ББК 31.2

С. 79

Рецензенты:

А.П. Попов, а.С. Татевосян, е.М. Завьялов, а.И. Батрак, р.Н. Хамитов

Электротехника: лабораторный практикум. Омск: Изд – во ОмГТУ, 2008 г. 72 с.

Лабораторный практикум содержит краткие теоретические сведения по электротехнике, а также порядок выполнения лабораторных работ, выполняемых студентами неэлектротехнических специальностей в соответствии с учебными программами дисциплин «Электротехника и электроника», «Электротехника и электрооборудование» и «Электроника».

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета.

 В.И. Степанов, а.С. Татевосян, е.М. Завьялов, р.Н. Хамитов

• Омский государственный технический университет

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Электротехника

Лабораторный практикум

для студентов неэлектротехнических специальностей

Омск 2008

Содержание

Введение ………………………………………………………………………….. 5

Лабораторная работа № 1. Изучение лабораторного стенда по электротехнике 13

Лабораторная работа № 2. Линейные электрические цепи синусоидального тока………………….………………………………...19

Лабораторная работа № 3. Резонанс напряжений……………………………….28

Лабораторная работа № 4. Резонанс токов………………………………………34

Лабораторная работа № 5. Трехфазная цепь при соединении

приемников электрической энергии звездой и треугольником…………………39

Лабораторная работа № 6 Исследование силового электромагнита……………50

Лабораторная работа № 7. Однофазный трансформатор……………………….57

Лабораторная работа № 8. Трансформатор тока…………………………………67

Введение

При изучении электротехники и основ электроники немаловажное значение имеет лабораторный практикум, так как выполнение лабораторных работ способствует более глубокому усвоению основных теоретических положений изучаемых электротехнических и электронных устройств. В процессе выполнения лабораторных работ создаются определенные условия для получения студентами необходимых навыков в использовании разнообразными измерительными приборами и электрооборудованием, у студентов накапливается определенный опыт экспериментирования и развивается критический подход к результатам проведенного эксперимента.

Данный лабораторный практикум соответствует учебным программам дисциплин «Электротехника и электроника», «Электротехника и электрооборудование», «Электроника» для студентов неэлектротехнических специальностей высших учебных заведений. В нем дано описание лабораторных работ на универсальном лабораторном стенде, предназначенном для практического изучения студентами различных схем электропитания аппаратуры связи, элементов и узлов электронных устройств.

Лабораторный стенд позволяет выполнить следующие лабораторные работы по электротехнике для студентов неэлектротехнических специальностей:

• изучение лабораторного стенда по электротехнике;

• линейные электрические цепи синусоидального тока;

• резонанс напряжений;

• резонанс токов;

• трехфазная цепь при соединении приемников электрической энергии звездой и треугольником;

• силовой электромагнит;

• однофазный трансформатор;

• трансформатор тока.

В лабораторном практикуме приводятся цель работы, краткие сведения из теории, домашнее и рабочее задание, вопросы для защиты лабораторной работы и библиографический список рекомендуемой литературы. Продолжительность занятий в лаборатории два часа. Прежде чем приступить к лабораторной работе студент должен пройти допуск по теоретическим вопросам этой работы.

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд (рис.1) позволяет выполнить комплекс лабораторных работ по электротехнике. Стенд имеет три панели, две из которых (левая и правая) являются стационарными, а средняя панель вместе с установленными на ней элементами и платами, именуемая в дальнейшем сменным блоком является съемной. Содержание выполняемой студентами лабораторной работы определяется видом установленного сменного блока. Замена сменного блока осуществляется преподавателем кафедры при отключенном лабораторном стенде.

Электропитание лабораторного стенда осуществляется от сети трехфазного тока с фазным напряжением 220 В через четырехконтактный соединитель, а также от сети однофазного тока напряжением 220 В через вилку с заземляющим контактом. Указанные напряжения подаются через плавкие предохранители, установленные на задней стенке корпуса лабораторного стенда. Заземление стенда производится через заземляющий контакт соединителя сети 220 В или клемму заземления.

Схему лабораторного стенда можно условно разделить на следующие части: трехфазная сеть, однофазная сеть, схема защиты от перегрузок с элементами индикации и управления, блок нагрузок и измерительные приборы.

Рис. 1.

Трехфазная цепь. Напряжение трехфазной сети подается через четырехконтактный соединитель, предохранители 0,5 А и контакты пускателя на первичные обмотки трансформаторов. Питание обмотки пускателя осуществляется постоянным напряжением 24 В с платы защиты. Пускатель включается кратковременным нажатием зеленой кнопки «Трехфазная сеть - Вкл» при выполнении следующих условий:

• установка подключена к сети 220В;

• на правой лицевой панели выключатель «Сеть» установлен в положение «Вкл»;

• установлен соответствующий сменный блок, для изучения которого требуются трехфазные напряжения.

Блокировка включения пускателя осуществляется соответствующими перемычками в разъеме сменного блока. При этом загораются цветные индикаторы фаз «А», «В», «С». Напряжения на вторичных обмотках трансформатора достигают 10 В.

Трехфазный трансформатор выполнен в виде трех отдельных трансформаторов.

Пускатель выключается вручную:

• нажатием красной кнопки «Трехфазная сеть - Выкл»;

• нажатием красной кнопки «Однофазная сеть - Выкл»;

• переводом на правой лицевой панели выключателя «Сеть» в положение «Выкл».

Пускатель выключается автоматически при превышении допустимого значения тока вторичных обмоток трансформатора. При этом выдается звуковой сигнал и загорается индикатор «Перегрузка» в фазах а, bилиcв зависимости от того, в какой фазе произошла перегрузка. Датчиками тока вторичных обмоток служат резисторы, включенные последовательно с каждой обмоткой.

Однофазная цепь.Напряжение однофазной сети подается через вилку, предохранитель 0,5 А, выключатель «Сеть» на правой лицевой панели, контакты пускателя на первичную обмотку трансформатора. Питание обмотки пускателя осуществляется постоянным напряжением 24 В с платы защиты. Пускатель включается кратковременным нажатием зеленой кнопки «Однофазная сеть - Вкл» при выполнении следующих условий:

• установка подключена к сети 220 В;

• на правой лицевой панели выключатель «Сеть» установлен в положение «Вкл».

Блокировка включения пускателя осуществляется соответствующими перемычками в разъеме сменного блока. При включении пускателя загорается индикаторная лампа «Однофазная сеть». Пускатель выключается вручную:

• нажатием красной кнопки «Однофазная сеть - Выкл»;

• нажатием красной кнопки «Трехфазная сеть - Выкл»;

• переводом на правой лицевой панели выключателя «Сеть» в положение «Выкл».

Пускатель выключается автоматически при превышении допустимого значения тока вторичных обмоток трансформатора. При этом выдается звуковой сигнал и загорается индикатор «Перегрузка». Датчиками тока вторичных обмоток служат резисторы, включенные последовательно с каждой обмоткой.

Схема защиты от перегрузок выполняет следующие функции:

• включение пускателя нажатием зеленой кнопки «Трехфазная сеть - Вкл» и удержание его во включенном состоянии после отпускания кнопки;

• включение пускателя нажатием зеленой кнопки «Однофазная сеть - Вкл» и удержание его во включенном состоянии после отпускания кнопки;

• ручное выключение пускателей нажатием красных кнопок «Трехфазная сеть - Выкл» или «Однофазная сеть - Выкл»;

• автоматическое выключение пускателей в случае перегрузки в любой из вторичных обмоток однофазного или трехфазного трансформаторов (ток срабатывания изменяется от 0,9 до 1,0 А);

• звуковая сигнализация перегрузки;

• световая сигнализация перегрузки.

Светодиоды в кнопках включения пускателей горят в дежурном режиме и гаснут при срабатывании соответствующего пускателя.

Блок нагрузоксостоит из поэлементно включаемого сглаживающего фильтра и переменного резистора. Элементы сглаживающего фильтра включены в схему фильтра с помощью тумблеровS1 –S4. Верхнее положение рычага тумблера соответствует замкнутому состоянию его контактов. При неправильном подключении фильтра к выходу выпрямителя срабатывает схема защиты от перегрузки.

Переменный резистор Rн предназначен для создания режима активной нагрузки. Для измерения напряжения на резисторе нагрузки параллельно ему подключен вольтметрPV2. Для измерения тока, протекающего через резистор нагрузки последовательно с ним включен амперметр РА2. Изменение значенияRн производится ступенчато с помощью переключателяRн «Грубо» и переменного резистораRн «Точно». Поворот ручек переключателя и переменного резистора по часовой стрелке уменьшает величинуRн. В положении 1 переключателя сопротивление нагрузки соответствует бесконечно большому значению (Rн = ∞).

Измерительные приборы (вольтметр PV1 и амперметр PA1) расположены на правой панели лабораторного стенда и предназначены для измерения переменных и постоянных напряжений и токов на различных участках изучаемых схем. Их подключение к гнездам осуществляется с помощью проводников со штекерами. В режиме «~» вольтметры PV1 и PV2 отградуированы в действующих значениях синусоидального напряжения. В режиме «~» амперметр PA1 отградуирован в действующих значениях синусоидального тока. Предел измерения амперметра переключается либо вручную, либо устанавливается автоматически. Это определяется наличием соответствующих перемычек в разъеме сменного блока. В автоматическом режиме предел измерения амперметра вручную не переключается, горит светодиод «2А». Входы амперметра и вольтметра защищены от перегрузки. Измерительные приборы (вольтметр PV2 и амперметр PA2) расположены на левой панели стенда. В зависимости от установленного сменного блока напряжение на вход PV2 подается либо с гнезд « ± », расположенных правее переключателя предела измерения, либо из схемы блока нагрузок. Аналогично производится переключение входа амперметра. Причем, если вход амперметра подключен к блоку нагрузок, то предел измерения амперметра не переключается вручную, горит светодиод «2А». Все измерительные приборы не имеют гальванической связи между собой и корпусом лабораторной установки.

Пример сменного блока приведен на рис. 2. Блок содержит два независимых источника питания постоянного напряжения и поле гнезд. Включение источников питания происходит тумблерами, расположенными снизу сменного блока. Установка постоянного напряжения осуществляется двумя ручками «Грубо» и «Точно». Поле гнезд содержит 24 ячейки, в каждой из которых 4 объединенных гнезда, сверху 2 ячейки по 6 объединенных гнезд и снизу одна ячейка с 12 объединенными гнездами. Сменный блок предназначен для исследования электрических цепей постоянного тока, а также переменного однофазного тока, включая резонансные явления, такие как резонанс напряжений и резонанс токов. При этом в качестве источника переменного напряжения используется звуковой генератор, а в качестве нагрузки резисторы, катушка индуктивности и конденсатор.

Рис. 2.

Сменный блок, приведенный на рис.3, содержит три нагрузки и три линии, в которые включается амперметр. Данный блок используется при исследовании трехфазных трехпроводных и четырехпроводных цепей при включении приемников электрической энергии по схеме «звезда» и «треугольник».

Сменный блок, приведенный на рис. 4, предназначен для исследования магнитных свойств ферромагнитных материалов, а также может быть использован при проведении лабораторной работы по испытанию однофазного трансформатора.

Рис. 3.

Рис. 4.

Правила выполнения работ в лабораториях кафедры

теоретической и общей электротехники

Работы в лаборатории производятся бригадами не более 4 человек на рабочем месте. Переход студентов из одной бригады в другую в течение семестра не разрешается. К выполнению работы студенты должны подготавливаться предварительно до лабораторного занятия, ознакомившись с описанием работы и проработав соответствующие вопросы теории по учебной литературе, указанной в описании. Преподаватель проверяет готовность студентов к лабораторной работе по выполненным домашним заданиям. Неподготовленные студенты к выполнению лабораторной работы не допускаются. Получив разрешение у преподавателя, студент приступает к монтажу схемы на рабочем месте. Преподаватель проверяет правильность монтажа схемы и при обнаружении ошибок предлагает студенту найти их и устранить. Схема должна быть собрана в соответствии с описанием лабораторной работы по данному методическому руководству. Получив разрешение преподавателя, студенты подают на схему рабочее напряжение и проводят наблюдения, необходимые по ходу выполнения работы. Результаты наблюдений заносятся в заранее подготовленные таблицы. После окончания экспериментальной части работы, студенты, не разбирая схемы, производят необходимые расчеты и предъявляют свои протоколы испытаний преподавателю, который убеждается в полном выполнении экспериментальной части работы и полученных студентами результатов. Студенты производят обработку результатов измерений и оформляют отчет по работе. Отчеты лабораторных работ подлежат защите, которая производится по вопросам к защите, приводимым в описание к лабораторной работе. Отчеты по лабораторным работам должны быть индивидуальными, составленными каждым студентом. Отчеты оформляются по прилагаемой форме:

• наименование лабораторной работы указывается на титульном листе (образец титульного листа указан в приложении настоящего руководства);

• цель работы;

• выполнение домашнего задания;

• схемы эксперимента;

• выполнение рабочего задания;

• выводы по работе.

Элементы схем должны быть вычерчены в соответствии с требованиями ЕСКД.

Зачет по всем лабораторным работам, выполненным студентом в текущем семестре, оформляется после защиты всех лабораторных работ.

Указания к монтажу электрических схем.

Монтаж рабочей схемы производится в соответствие со схемой, приведенной в данном лабораторном практикуме. Сборка схемы производится на обесточенном стенде. Электрические соединения элементов схемы и измерительных приборов осуществляются с помощью комплекта соединительных проводов, которые при монтаже схемы не должны переплетаться между собой и закрывать испытательное оборудование. Монтаж схемы начинается со сборки токовой цепи и ее ответвлений, а затем необходимо подключение цепей напряжения измерительных приборов. Следует по возможности избегать подключения к одному из зажимов большого числа соединительных проводов, размещая их на других, равноценных по схеме, зажимах. В монтаже схемы должны принимать участие все студенты бригады, для чего следует разделить части схемы между собой и добирать эти части схемы по очереди, убеждаясь в правильности сборки уже составленной части схемы.

Техника безопасности при проведении лабораторных работ.

При монтаже схем используются только изолированные провода с наличием изолированных держателей на штырях. Пользоваться оголенными проводами запрещается.

Студенту категорически запрещается включать схему без проверки ее преподавателем.

Устранение замеченных в рабочей цепи неисправностей, а также все пересоединения, необходимые по ходу работы, производятся при отключенном напряжении. Повторное включение схемы после этих пересоединений допускается только после разрешения преподавателем.

Во время работы нельзя прикасаться к оголенным частям электрической цепи.

По окончании работы напряжение у рабочего места немедленно отключается.

При обнаружении любых повреждений или неисправностей электрического оборудования лабораторного стенда, а также при появлении дыма, искрения, специфичного запаха перегретой изоляции нужно немедленно обесточить стенд и сообщить об этом преподавателю.

К лабораторной работе допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и расписавшиеся в специальном кафедральном журнале.