ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Лабораторный практикум
для студентов неэлектротехнических специальностей
Омск
Издательство ОмГТУ
УДК 621.3
ББК 31.2
П. 79
Рецензенты:
В.В. Аржанов, канд. техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Электросвязь» Института радиоэлектроники, сервиса и диагностики (ИРСИД);
В.В. Барсков канд. техн. наук, доцент кафедры «Электрическая техника» Омского государственного технического университета.
Электротехника: лабораторный практикум/ Попов, А.П., Татевосян, А.С., Завьялов, Е.М., Батрак, А.И., Хамитов, Р.Н. 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.
ã
Оглавление
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. Исследование трехфазной цепи
при соединении приемников электрической энергии
«звездой» и «треугольником»……………………………………………….39
Лабораторная работа № 6. Исследование тягового усилия
электромагнита………………………………………………………………50
Лабораторная работа № 7. Однофазный трансформатор…………………57
Лабораторная работа № 8. Трансформатор тока…………………………...67
Библиографический список………………………………………………….72
Приложение …………………………………………………………………..73
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 необходимых навыков в использовании разнообразными измерительными приборами и электрооборудованием, 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 различных схем электропитания аппаратуры связи, элементов и узлов электронных устройств.
Лабораторный стенд позволяет студентам неэлектротехнических специальностей выполнить следующие лабораторные работы по электротехнике:
· изучение лабораторного стенда по электротехнике;
· линейные электрические цепи синусоидального тока;
· резонанс напряжений;
· резонанс токов;
· исследование трехфазной цепи при соединении приемников электрической энергии «звездой» и «треугольником»;
· исследование тягового усилия электромагнита;
· однофазный трансформатор;
· трансформатор тока.
В лабораторном практикуме приводятся цель работы, краткие сведения из теории, домашнее и рабочее задания, вопросы для защиты лабораторной работы и библиографический список. Продолжительность каждого занятия в лаборатории два часа. Прежде чем приступить к лабораторной работе, студент должен получить допуск по результатам ответов на теоретические вопросы 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 на лабораторном стенде электропитании.
Электропитание лабораторного стенда осуществляется от сети трехфазного тока с фазным напряжением 220 B через четырехконтактный соединитель, а также от сети однофазного тока напряжением 220 B через вилку с заземляющим контактом. Указанное напряжение подается через плавкие предохранители, установленные на задней стенке корпуса лабораторного стенда. Заземление стенда производится через заземляющий контакт соединителя сети 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. Лабораторный стенд
Трехфазная цепь. Напряжение трехфазной сети подается через четырехконтактный соединитель, предохранители 0,5 A и контакты пускателя на первичные обмотки трансформаторов. Питание обмотки пускателя осуществляется постоянным напряжением 24 B с платы защиты. Пускатель включается кратковременным нажатием зеленой кнопки «Трехфазная сеть – Вкл.» при выполнении следующих условий:
· установка подключена к сети 220 B;
· 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, b или c в 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 A, выключатель «Сеть» на правой лицевой панели, контакты пускателя на первичную обмотку трансформатора. Питание обмотки пускателя осуществляется постоянным напряжением 24 B с платы защиты. Пускатель включается кратковременным нажатием зеленой кнопки «Однофазная сеть – Вкл.» при выполнении следующих условий:
· установка подключена к сети 220 B;
· 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:
· включения пускателя нажатием зеленой кнопки «Трехфазная сеть – Вкл.» и удержание его во включенном состоянии после отпускания кнопки;
· включения пускателя нажатием зеленой кнопки «Однофазная сеть – Вкл.» и удержание его во включенном состоянии после отпускания кнопки;
· ручного выключения пускателей нажатием красных кнопок «Трехфазная сеть – Выкл.» или «Однофазная сеть – Выкл.»;
· автоматического выключения пускателей в случае перегрузки в любой из вторичных обмоток однофазного или трехфазного трансформаторов (ток срабатывания изменяется от 0,9 до 1,0 А);
· звуковой сигнализации перегрузки;
· световой сигнализации перегрузки.
Светодиоды в кнопках включения пускателей горят в дежурном режиме и гаснут при срабатывании соответствующего пускателя.
Блок нагрузок состоит из поэлементно включаемого сглаживающего фильтра и переменного резистора. Элементы сглаживающего фильтра включены в схему фильтра с помощью тумблеров S1 – 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 вольтметр PV2. Для измерения тока, протекающего через резистор нагрузки последовательно с ним включен амперметр РА2. Изменение значения Rн производится ступенчато с помощью переключателя Rн «Грубо» и переменного резистора Rн «Точно». Поворот ручек переключателя и переменного резистора по часовой стрелке уменьшает величину Rн. 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 «2 A». 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 «2 A». Все измерительные приборы не имеют гальванической связи между собой и корпусом лабораторной установки.
Пример сменного блока приведен на рисунке 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 четыре объединенных гнезда, сверху две ячейки по шесть объединенных гнезд и снизу одна ячейка с двенадцатью 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 рисунке 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 рисунке 4, предназначен для исследования рабочих характеристик однофазного трансформатора с активной нагрузкой, подключаемой к выводам его вторичной обмотки.
Рис. 3
Рис. 4
