Поиск по базе сайта:
Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни \"Теоретичні основи електротехніки\" для студентів спеціальностей: 092206, 092204 всіх форм навчання icon

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Теоретичні основи електротехніки" для студентів спеціальностей: 092206, 092204 всіх форм навчання




НазваМетодичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Теоретичні основи електротехніки" для студентів спеціальностей: 092206, 092204 всіх форм навчання
Сторінка1/4
Дата конвертації25.10.2014
Розмір0.69 Mb.
ТипМетодичні вказівки
  1   2   3   4


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

Запорізький національний технічний університет

Методичні вказівки

до лабораторних робіт з дисципліни

"Теоретичні основи електротехніки"

для студентів спеціальностей: 7.092206, 7.092204

всіх форм навчання

Частина 1



2006

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Теоретичні основи електротехніки" для студентів спеціальностей: 7.092206, 7.092204 всіх форм навчання. Частина 1. /Укл.: В.Ф. Безотосний, В.В. Козлов, О.В. Набокова. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2006. – 46 с.

Укладачі: В.Ф. Безотосний, доцент, к.т.н.,

В.В. Козлов, доцент, к.т.н.,

О.В. Набокова, ст. викладач


Рецензент: С.М. Тиховод, доцент, к.т.н.
Відповідальний за випуск: В.В. Козлов, доцент, к.т.н.
Затверджено

на засіданні кафедри ТЗЕ

Протокол №2 від 11.11.05

Затверджено

на засіданні навчально-методичної ради інженерно-фізичного інституту

Протокол №3 від 2.12.05

ЗМІСТ

ПЕРЕДМОВА

4

Загальні вказівки

4

Лабораторна робота №1 ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ ДЖЕРЕЛА ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В РІЗНИХ РЕЖИМАХ


5

Лабораторна робота №2 ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗГАЛУЖЕНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА З ДЕКІЛЬКОМА ДЖЕРЕЛАМИ ЕРС


14

Лабораторна робота №3 ДОСЛІДЖЕННЯ АКТИВНОГО ЛІНІЙНОГО ДВОПОЛЮСНИКА


21

Лабораторна робота №4 ОСОБЛИВОСТІ РОБОТИ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ


29

Лабораторна робота №5 ДОСЛІДЖЕННЯ НЕРОЗГАЛУЖЕНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ


34

Лабораторна робота №6 ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗГАЛУЖЕНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ


39

ЛІТЕРАТУРА

45

Додаток А Зразок титульного аркуша

46


Передмова
Під час виконання лабораторних робіт студенти повинні оволодіти основами практичного використання постійного та змінного струму, раціонального монтажу, вимірювання електричних величин, навчитися аналізувати електричні схеми при зміні їх параметрів.

Виконання лабораторних робіт допомагає закріплювати та поглиблювати вивчення фізичних законів, закріплювати засвоєння теоретичної частини навчального курсу "Теоретичні основи електротехніки", здобувати навички практичної роботи з електричними колами.

У методичних вказівках подаються не тільки короткі рекомендації, але й визначено порядок виконання лабораторних робіт та оформлення звіту, подані необхідні теоретичні пояснення та формули для розрахунків.
^ Загальні вказівки

Для успішного виконання лабораторних робіт необхідно до початку занять:

- прочитати опис чергової лабораторної роботи, повторити необхідні розділи теоретичного курсу по конспекту лекцій, даним методичним вказівкам і рекомендованій літературі, підготувати усні відповіді на контрольні запитання.

- підготувати бланк звіту, що повинен містити титульний аркуш (зразок наведено у додатку А), мету роботи, схеми та таблиці з розділу "Робоче завдання", виконано розрахунок завдання з розділу "Підготовча робота". Креслення повинні виконуватись із застосуванням креслярського приладдя у відповідності з вимогами Держстандарту України.

Під час лабораторної роботи необхідно:

- одержати дозвіл викладача на виконання лабораторної роботи.

- ознайомитися з робочим місцем, вимірювальними приладами, джерелами енергії, вимикачами та ін.

- скласти електричне коло й запросити викладача для перевірки. Провести необхідні виміри, результати вимірювань показати викладачеві. Лабораторна робота вважається виконаю після того, як викладач перевірив результати вимірювань і зробив помітку у журнал.

- по закінченню роботи розібрати електричне коло.

- оформити роботу та здати викладачеві.
Лабораторна робота №1

^ ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ ДЖЕРЕЛА ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В РІЗНИХ РЕЖИМАХ

Мета роботи: ознайомитися з основними елементами електричного кола, експериментально одержати зовнішню характеристику джерела ЕРС, навчитися аналізувати роботу джерела енергії за допомогою зовнішньої характеристики та засвоїти енергетичні співвідношення в колі постійного струму в різних режимах.

1.1 Короткі теоретичні відомості

1.1.1 Поняття про схему заміщення електричного пристрою

Електричне коло складається з активних та пасивних елементів, які з'єднані між собою проводами. Відрізняючись один від одного за призначенням, формою, розмірами та іншими ознаками, з електричної точки зору вони мають властивості, що описуються обмеженою кількістю параметрів.

Для розрахунку електричні кола уявляються у вигляді еквівалентних електричних схем заміщення.

У цих схемах кожний реальний елемент або пристрій представляється одним або декількома ідеальними елементами - математичними моделями. Ідеальних елементів усього декілька. Кожний ідеальний елемент заміщає собою яке-небудь одне явище або властивість реального об'єкта.

Елементів у схемах заміщення кіл постійного струму всього три:

- ідеальне джерело ЕРС (рис.1.1,а) відображає здатність реального об'єкта створювати різницю потенціалів на своїх вихідних затисках і підтримувати струм у замкнутому електричному колі за допомогою сил неелектричного походження. Напруга на затисках ідеального джерела не залежить від сили струму, що протікає, і відповідає ЕРС цього джерела. ЕРС Е, виміряється у вольтах (В).

Рисунок 1.1 – Ідеальні елементи схем заміщення

- ідеальне джерело струму (рис.1.1,б) відображає здатність реального об'єкта створювати різниця потенціалів на своїх вихідних затисках і підтримувати струм у замкнутому електричному колі за допомогою сил неелектричного походження. Струм через ідеальне джерело не залежить від напруги на затисках і відповідає силі струму цього джерела. Струм J, виміряється в амперах (А).

- ідеальний резистивний елемент (рис.1.1,а) відображає здатність реального об'єкта перетворювати електричну енергію в інші види енергії безповоротно, наприклад, у тепло. Опір R, виміряється в омах (Ом).

^ 1.1.2 Схеми заміщення реальних джерел електроенергії

Для реальних джерел електроенергії постійного струму необхідно враховувати два процеси:

- здатність створювати різницю потенціалів на своїх вихідних затискачах і викликати струм у замкнутому електричному колі;

- внутрішнє тепловиділення при проходженні струму через джерело.

Тому, у схемах заміщення реального джерела енергії присутні два ідеальних елементи.

Розрізняють дві схеми заміщення реального джерела енергії:

- с послідовним з'єднанням ідеального джерела ЕРС і резистивного елемента (рис.1.2,а).

- с паралельним з'єднанням ідеального джерела струму й резистивного елемента (рис.1.2,б).

Резистивний елемент прийнятий називати внутрішнім опором.

Рисунок 1.2 – Схеми заміщення реального джерела енергії

Застосування однієї із двох схем заміщення залежить від співвідношення між опором споживача й внутрішнім опором джерела . Якщо , то напруга на вихідних затискачах джерела електроенергії мало змінюється при зміні струму навантаження. У цьому випадку використовується схема заміщення у вигляді реального джерела ЕРС (рис. 1.2,а). Якщо , то струм навантаження мало змінюється при зміні напруги на вихідних затискачах джерела електроенергії. У цьому випадку використовується схема заміщення у вигляді реального джерела струму (рис.1.2,б).

Як правило, у схемах заміщення електротехнічних пристроїв застосовується схема заміщення джерела ЕРС, у радіотехнічних пристроях - схема заміщення джерела струму.

Між параметрами схем заміщення джерел електроенергії існує наступне співвідношення

.

(1.1)




^ 1.1.3 Зовнішня характеристика джерела електроенергії

Зовнішня характеристика джерела електроенергії являє собою залежність напруги на вихідних затискачах від струму, що проходить через джерело. Зовнішня характеристика, є вольтамперною характеристикою (ВАХ) джерела.

Джерело із прямолінійної ВАХ є лінійним (рис.1.3).

Рисунок 1.3 - Зовнішні характеристики джерел енергії

ВАХ реального джерела являє собою похилу пряму, що проходить через дві крайні точки: при - це напруга холостого ходу , при - це струм короткого замикання (пряма 1 на рис. 1.3). Її рівняння має вигляд

,

(1.2)




де .

На цій основі, з використанням другого закону Кірхгофа, можна побудувати електричну схему заміщення з послідовним з'єднанням ідеального джерела й внутрішнього опору (рис. 1.4а). Стан схеми заміщення можна описати рівнянням

.

(1.3)




Для того щоб перейти до схеми заміщення з паралельним з'єднанням ідеального джерела й внутрішнього опору (рис. 1.4б) перепишемо рівняння (1.2) у вигляді

,

(1.4)




де - внутрішня електрична провідність джерела, Ом-1.

Стан схеми заміщення можна описати рівнянням

.

(1.5)






Рисунок 1.4 – Схеми заміщення джерела енергії та споживача

ВАХ ідеального джерела ЕРС являє собою горизонтальну пряму (пряма 2 на рис. 1.3), а ВАХ ідеального джерела - вертикальну пряму (пряма 3 на рис. 1.3). Внутрішній опір ідеального джерела ЕРС дорівнює нулю , Внутрішній опір ідеального джерела напруги дорівнює нескінченності .

^ 1.1.4 Основні розрахункові співвідношення в нерозгалуженому колі постійного струму

Основні розрахункові співвідношення в системі джерело-споживач, що утворюють нерозгалужене електричне коло (рис.1.4а):

- струм на основі закону Ома з урахуванням послідовного з'єднання елементів кола

;

(1.6)




- напруга на вихідних затискачах джерела й на навантаженні на підставі другого закону Кірхгофа

;

(1.7)




- спад напруги усередині джерела

;

(1.8)




- потужність джерела, що характеризує швидкість перетворення неелектричної енергії в електричну

;

(1.9)




- потужність, що віддається в навантаження й характеризує швидкість перетворення електричної енергії в інші види енергії (теплову, механічну, світлову й т.д.)

;

(1.10)




- втрати потужності усередині джерела, які йдуть на його нагрів

;

(1.11)




- коефіцієнт корисної дії джерела (ККД)

.

(1.12)




^ 1.1.5 Режими роботи джерела електроенергії

При величині навантаження, що змінюється, роботу джерела (рис.1.4а) оцінюють за допомогою його характеристик. Характеристики джерела електроенергії одержують, змінюючи величину опору навантаження . Звичайно прийнято брати як аргумент струм і розглядати характеристики , , , .

Електричне коло залежно від опору навантаження може перебувати в різних режимах, серед яких виділяються декілька характерних: режим холостого ходу, режим короткого замикання, номінальний режим, режим погодженого навантаження.

Режим холостого ходу – режим, при якому навантаження відключене ( ). Струм навантаження відсутній . Напруга на вихідних затискачах джерела (напруга холостого ходу). Цю обставину використають для виміру ЕРС джерела. , , .

Режим короткого замикання – режим, при якому затискачі джерела замкнуті накоротко ( ). Струм через джерело досягає максимального значення (струм короткого замикання), а напруги на його затискачах . Вся енергія, що виробляється джерелом, перетвориться в тепло всередині нього . Це може призвести до перегріву й пошкодження джерела. , .

Режим погодженого навантаження – режим, при якому від даного джерела може бути отримана максимальна можлива потужність .

Для знаходження максимуму функції (1.10) беремо похідну й дорівнюємо її нулю . Вирішуючи отримане рівняння, маємо умову погодженого навантаження . У цьому режимі , , , , .

Номінальний режим - режим найбільш ефективної роботи, при якому мають місце ті значення струму й напруги, які встановлює розроблювач. При номінальному струмі, напрузі й потужності забезпечується економічне виробництво й споживання електроенергії, гарантується термін служби, що зазначений заводом виготовлювачем. Точка номінального режиму не має фіксованої позиції, а залежить від конкретних вимог, які пред'являються до джерела. Якщо виходять із потреби одержання досить високих значень ККД, то точка номінального режиму розташована ближче до режиму холостого ходу. Якщо від даного джерела треба передати в навантаження максимальну потужність, то номінальний режим збігається з режимом погодженого навантаження. При необхідності одержання граничних значень струму точка номінального режиму знаходиться поблизу точки короткого замикання.

На рисунку 1.5 представлені графіки характеристик джерела електроенергії.

Рисунок 1.5 - Графіки характеристик джерела електроенергії
^ 1.2 Порядок проведення підготовчої роботи

1.2.1 Вивчити теоретичний матеріал і підготувати усні відповіді на контрольні запитання.

1.2.2 Підготувати бланк звіту, до якого повинні входити мета роботи, схеми електричного кола (рис. 1.6), та таблиця 1.1. Зразок титульного листа наведено у додатку А.
^ 1.3 Опис лабораторної установки

Для виконання лабораторної роботи на стенді використовуються:

- джерело постійного струму , що вмикається тумблером ;

- змінний резистор та постійний резистор ;

- вольтметр магнітоелектричної системи ;

- міліамперметр магнітоелектричної системи .
^ 1.4 Порядок проведення роботи

1.4.1 Дослід неробочого ходу

Умовно прийняти, що внутрішній опір джерела ЕРС дорівнює опору резистора . Скласти електричне коло за схемою рис. 1.6а.

Увага! Вмикати стенд дозволяється тільки після того, як викладач перевірить, що схему складено вірно.

Рисунок 1.6 – Схеми електричних кіл

Увімкнути тумблер джерела постійного ЕРС та виміряти напругу неробочого ходу - . Результати вимірювання занести в табл. 1.1. Вимикнути тумблер .

Таблиця 1.1 - Результати експериментів

Режими

Режим

неробочого ходу

Робочі

режими

Режим

короткого замикання




Виміряно

№ досліду

1

2

3

4

5

6

, В



















, мА



















Обчислено

, Вт



















, Вт



















, в.о.



















^ 1.4.2 Зняття зовнішньої характеристики джерела ЕРС та дослід короткого замикання

Скласти електричне коло за схемою (рис. 1.6б). Встановити рукоятку резистора в крайнє ліве положення. Після перевірки викладачем електричного кола увімкнути тумблер S.

Обертаючи рукоятку резистора , змінити його опір, провести 3…4 досліди. Потім встановити рукоятку резистора в крайнє праве положення (дослід короткого замикання). Кожного разу вимірювати струм та напругу, результати заносити у таблицю 1.1.

Вимикнути тумблер S. Результати вимірювань показати викладачеві, електричне коло розібрати.

^ 1.5 Обробка результатів вимірювань та оформлення звіту

1.5.1 За результатами дослідів неробочого ходу та короткого замикання обчислити внутрішній опір джерела (1.2).

1.5.2 Побудувати графіки зовнішніх характеристик для реального та ідеального джерела ЕРС.

1.5.3 Записати зовнішню характеристику досліджуваного реального джерела ЕРС.

1.5.4 Обчислити потужність джерела, потужність споживача і ККД за даними вимірювань. Результати розрахунків занести в таблицю 1.1.

1.5.5 Обчислити опір навантаження та струм для узгодженого режиму.

1.5.6 Побудувати на однім полі графіки залежностей , , .

1.5.7 Зробити висновки по роботі.
^ 1.6 Контрольні запитання

1.6.1 Дайте визначення параметрів R та Е.

1.6.2 Дайте визначення електричного кола.

1.6.3 Які елементи називаються ідеальними?

1.6.4 Що таке схема заміщення?

1.6.5 Зобразіть схеми заміщення реального джерела електроенергії у вигляді джерела струму та ЕРС. У яких випадках вони застосовуються?

1.6.6 Поясніть, як виконується закон збереження енергії в електричному колі постійного струму.

1.6.7Як обчислити потужність джерела та споживача?

1.6.8 Дайте характеристику режимам роботи джерела ЕРС.

1.6.9 Доведіть, що при узгодженому режимі потужність споживача максимальна.

1.6.10 Дати визначення зовнішньої характеристики джерела електроенергії.

1.6.11 Вивести рівняння зовнішньої характеристики джерела ЕРС
  1   2   3   4



Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації