А.М. Микрюков Исследование трехфазных электрических цепей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей электротехники

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Методические указания к виртуальным лабораторным работам в среде “Electronics Workbench” по курсу “Теоретические основы электротехники” для студентов направления 551700 "Электроэнергетика" и специальности 180400 "Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов"

Составители А.М. МИКРЮКОВ Д.Б. ГВОЗДЕВ

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 3 от 06.11.01 Рекомендованы к печати методической комиссией направления 551700 Протокол № 6 от 01.11.01 Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специально-

сти 180400

Протокол № 3 от 30.11.01 Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

КЕМЕРОВО 2002

1

СОДЕРЖАНИЕ Общие сведения …...……………………………………………………. 2

Краткое руководство по использованию ElectronicsWorkbench 4.0…. 5 Лабораторная работа № 1. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников по схеме «звезда»…………………………… 8 Лабораторная работа № 2. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников по схеме «треугольник»………………………. 13 Лабораторная работа № 3. Исследование статической трехфазной системы методом симметричных составляющих…………………….. 17 Список рекомендуемой литературы…………………………………… 23

2

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Выполнение, оформление и защита лабораторных работ являются неотъемлемой частью курса электротехники. Они способствуют более глубокому и правильному пониманию студентом процессов и явлений, протекающих в электрической цепи.

Подготовка к лабораторной работе.

При подготовке к выполнению лабораторных работ необходимо:

1)четко знать цель и задачи работы;

2)изучить теоретический материал, соответствующий данной работе, по учебнику и конспекту лекций;

3)подготовить бланк отчета на листе формата А4, либо на развернутом тетрадном, содержащий название, цель лабораторной работы, а также электрические схемы и таблицы;

4)запомнить порядок выполнения работы;

5)понимать назначение проводимых замеров и опытов;

6)уметь строить характеристики и векторные или потенциальные диаграммы;

7)уметь анализировать состояние объекта исследования при изменении параметров;

8)иметь навыки пользования ПК (персональным компьютером).

Выполнение лабораторной работы.

Каждая работа выполняется бригадой из 2-4 человек за указанным преподавателем ПК. Студенты должны ознакомиться с представленной на экране ПК виртуальной схемой, приборами и средой Electronics Workbench.

3

После получения допуска к работе у преподавателя необходимо подать напряжение на схему виртуальным тумблером, изображенным в правой верхней части экрана. После завершения работы необходимо предоставить опытные данные на проверку преподавателю и снять напряжение со схемы тем же тумблером.

Никаких изменений в виртуальной схеме, а тем более ее сохранение на ПК, без разрешения преподавателя производить не допускается.

Оформление отчета о проделанной работе.

Отчет о проделанной работе составляется каждым студентом на листах формата А4, или на развернутых тетрадных, и должен содержать:

1)Ф.И.О. студента, наименование группы;

2)название работы;

3)описание цели работы;

4)электрические схемы, выполненные в соответствии с требованиями ЕСКД группы Т52;

5)таблицы с измерениями и расчетными данными;

6)графики и векторные диаграммы;

7)основные выводы, полученные в результате анализа.

Порядок проведения защиты.

Перед защитой лабораторной работы студент сдает отчет на проверку преподавателю, и только после этого он может защищать проделанную работу. Защита лабораторной работы производится с помощью заранее подготовленных тестов или задач, а также с помощью контрольных вопросов (на усмотрение преподавателя).

4

Перечень контрольных вопросов приведен в конце каждой лабораторной работы. Он охватывает ту часть материала теоретического курса, которая непосредственно относится к данной лабораторной работе.

Категорически запрещается:

-выполнять на ПК действия, не предусмотренные лабораторной работой (загружать другие программы, изменять виртуальную схему и т.д.);

-пытаться проникнуть внутрь ПК;

-оставлять включенный ПК без присмотра;

-включать, выключать, перезагружать ПК без разрешения преподавателя.

Рекомендуется в случае возникновения непредвиденных ситуаций, например "зависания" компьютера, не предпринимая никаких действий, сразу обращаться к преподавателю.

5

КРАТКОЕ РУКОВОДСТВО ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

Electronics Workbench 4.0

Инструментальные средства Electronics Workbench подобны реальным инструментальным средствам электроники. Все схемы, которые можно сформировать и проверить, будут организованы удобно и доступно. Большая центральная область − рабочее окно, где формиру-

ется и проверяется схема. Около рабочего окна − отсек для электронных элементов (радиодеталей). В верхней части дисплея находится меню и пиктограммы приборов, а в правом верхнем углу переключатель питания для активизации схемы.

Основные пассивные элементы схемы.

1.Коннектор. Это специальный компонент схемы для организации контрольных точек на схемах и для соединения отдельных проводников между собой. Коннектор условно обозначается жирной точкой на панели пассивных элементов. Коннектор поддерживает 4 вывода для возможных соединений, по одному на каждой из сторон. Коннекторы создаются автоматически во время прокладки соединения одного проводника с другим. Если коннектор не нужен, то он исчезает автоматически. Постоянные коннекторы могут иметь метку.

2.Батарея настраивается на напряжение от микровольт до кило-

вольт.

3.Источник тока можно настроить на ток от микроампер до килоампер.

4.Источник переменного напряжения настраивается на напря-

жение от микровольт до киловольт, также можно настроить частоту и

6

фазу.

5.Источник переменного тока настраивается от микроампер до килоампер. Настраивается частота и фаза.

6.Переменный резистор может изменять свой номинал от 1 Ом до МОм.

7.Конденсатор может изменять свою емкость от пикофарад до микрофарад.

8.Индуктивность обозначается буквой L, измеряется в генри.

9.Переменный резистор. Элемент настраивается с помощью "Ctrl+U". В диалоговом окне указывают ключевую букву (разрешается использовать буквы а ...z, цифры 0 ...9, "пробел") для использования в управлении, начальное положение движка в % и шаг измерения в %. Для оперативного управления следует нажимать соответствующие клавиши. Для увеличения нажать заданную клавишу, для уменьшения нажать клавишу +"Ctrl".

10.Переменный конденсатор. Управляется так же, как и переменное сопротивление.

11.Переменная индуктивность. Управляется так же.

12.Полярный конденсатор должен быть включен с правильной полярностью. Изменяется нажатием "Ctrl+U".

13.Набор резисторов. Внутри резисторы не соединены между со-

бой, например верхние левый и правый контакты − это контакты одного резистора и т.д. Номинал одинаковый и может быть задан.

Использование мультиметра.

Мультиметр используется для измерения напряжения, тока, сопро-

7

тивления или затухания в децибелах между двумя контрольными точками цепи. Его изображение приведено на рис.1. Для использования мультиметра необходимо создать контрольные точки. Их можно создать двумя способами.

Способ 1. Перенести из набора пассивных инструментов коннектор. Постоянному коннектору можно присвоить метку и к коннектору присоединить нужный прибор.

Способ 2. Провести соединение от элемента до пересечения с проводом. При появлении небольшого круга отпустить кнопку мыши.

Коннектор будет автоматически вставлен. Ес- Рис.1. Мультиметр ли элемент добавляется в функционирующую

цепь, то необходимо перезапустить схему заново. Для настройки мультиметра необходимо: 1)установить вид измерения: А, V, Ω, dB. 2)установить вид сигнала:

а) АС − позволяет измерять среднеквадратичное значение сигнала, при этом все постоянные составляющие убираются;

б) DC − все переменные (АС) составляющие убираются, измеряются только постоянные составляющие.

При необходимости, нажав кнопку "Settings", можно установить: внутреннее сопротивление (вольтметр, амперметр); внутренний ток омметра; стандарт для подсчета децибел.

8

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»

Цель работы: анализ режимов работы трехфазной цепи при соединении нагрузки по схеме «звезда» с нейтральным проводом и без нейтрального провода.

Основные теоретические положения

В данной работе трехфазные источник и приёмник соединены по схеме «звезда». Узловые точки источника и приемника называются нейтральными (нулевыми) точками, а соединяющий их провод (в че-

тырехпроводной схеме) − нейтральным проводом. Остальные провода, соединяющие источник с приемником, называются линейными. Лучи звезд источника и приемника называются фазами.

Напряжения между линейными проводами называются линейными, а напряжения между линейными проводами и нейтральным проводом - фазными. При соединении по схеме «звезда» линейные токи равны фазным. При симметричном режиме работы цепи между линейными и фазными напряжениями существует соотношение:

Анализ режимов работы трехфазной цепи удобно производить с помощью векторной диаграммы, пример которой показан на рис. 1.1. Принято векторную диаграмму трехфазной цепи строить на комплексной плоскости, вещественная ось которой вертикальна.

Порядок её построения следующий. Первоначально на комплексной плоскости откладываются фазные напряжения симметричного ис-