методические указания для проведения лабораторных работ по электротехнике
методическая разработка

ОГАПОУ «Шебекинский  техникум промышленности и транспорта»

«Рабочая тетрадь для лабораторных работ по учебным дисциплинам:

ОП. 03 «Электротехника и электроника».

Специальности СПО:

-23.02.01 «Организация перевозок и управление на транспорте (по видам)».

Авторы:  Братчин Виталий Викторович,

преподаватель электротехники и электроники

профессионального учебного цикла

ОГАПОУ «ШТПТ»,

Шебекино, 2019г.

АННОТАЦИЯ

Рабочая тетрадь разработана в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта ПМР для специальностей: «Организация перевозок и управление на транспорте (по видам)».

 Целью данного пособия, является оказание методической помощи преподавателям при проведении лабораторных работ.

Главной задачей является: 

-привлечение обучающихся к таким видам учебной деятельности, как лабораторные работы, которые позволяют использовать приобретенные знания на практике;

- развитие самостоятельной деятельности обучающихся, что способствует развитию умения учиться, формированию способностей к саморазвитию, творческому применению полученных знаний, формированию технологической и информационной компетенций.

 Рабочая тетрадь содержит указания к выполнению лабораторных работ для студентов 2 курса, контрольные вопросы  на которые студенту необходимо дать ответы в тетради.

В каждой работе указаны цели ее проведения, теоретические сведения по теме лабораторной работы, справочные материалы, необходимое оборудование, описание хода работы с необходимыми рисунками, схемами, таблицами,  расчетными формулами и погрешностями приборов.

Пособие предназначено для преподавателей среднего профессионального образования.

ОГАПОУ  «ШЕБЕКИНСКИЙ ТЕХНИКУМ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТРАНСПОРТА»

РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ

для лабораторных работ

по учебным дисциплинам:

-ОП. 03 «Электротехника и электроника».

для студентов II курса специальностей:

23.02.07 «Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей».

Студента группы______________________________________  

ФИО  _______________________________________________

Шебекино, 2019г.

Уважаемый студент!

Рабочая тетрадь поможет лучше усвоить учебный материал и рационально и правильно выполнять лабораторные работы по учебным дисциплинам: «Электротехника и электронная техника», «Электротехника и электроника». Она необходима для организации вашей самостоятельной работы при выполнении лабораторных работ.

Рабочая тетрадь содержит указания к выполнению лабораторных работ для студентов II курса и контрольные вопросы на которые студенту необходимо дать ответы в тетради.

В каждой работе указаны цели ее проведения, теоретические сведения по теме лабораторной работы, справочные материалы, необходимое оборудование, описание хода работы с необходимыми рисунками, схемами, таблицами,  расчетными формулами и погрешностями приборов.

План выполнения лабораторной работы

1.Изучите теорию.

2.Рассмотрите оборудование и соберите установку необходимую для проведения

    измерений.

3.Проведите измерения, записывая результаты в таблицу.

4.Выполните необходимые расчеты и результаты запишите в таблицу.

5.Рассчитайте погрешности измерений, где это требуется.

6.Запишите ответ лабораторной работы.

7.Сделайте вывод по результатам работы с обязательным указанием причин

    погрешности.

8. Ответьте на контрольные вопросы.

Требования к отчету:

1.Название и номер работы.

2.Приборы.

3.Схема или чертеж к работе (если необходимо)

4.Таблица результатов измерений, расчеты.

5.Ответ и вывод к работе.

6.Ответы на контрольные вопросы.

Критерий оценки лабораторных работ

Оценка «5» ставится в том случае, если обучаемый:

а) выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;

б) самостоятельно и рационально выбрал и подготовил для опыта необходимое оборудование, все опыты провел в условиях и режимах, обеспечивающих получение результатов и выводов с наибольшей точностью;

в) в представленном отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления и сделал выводы;

г) правильно выполнил анализ погрешностей;

д) соблюдал требования безопасности труда.

Оценка «4» ставится в том случае, если выполнены требования к оценке «5», но:

а) опыт проводился в условиях, не обеспечивающих достаточной точности измерении,

б) или было допущено два-три недочета, или не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3» ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы, или если в ходе проведения опыта и измерений были допущены следующие ошибки:

а) опыт проводился в нерациональных условиях, что привело к получению результатов с большей погрешностью, 

б), или в отчете были допущены в общей сложности не более двух ошибок (в записях единиц, измерениях, в вычислениях, графиках, таблицах, схемах, анализе погрешностей и т. д.), не принципиального для данной работы характера, но повлиявших на результат выполнения,

в) или не выполнен совсем или выполнен неверно анализ погрешностей

г) или работа выполнена не полностью, однако объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы по основным, принципиально важным задачам работы.

Оценка «2» ставится в том случае, если:

а) работа выполнена не полностью, и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов,

б) или опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно,

в) или в ходе работы и в отчете обнаружились в совокупности все недостатки, отмеченные в требованиях к, оценке «3».

Правила работы в лаборатории электротехники и электроники

1.Лабораторные  работы выполняются в соответствии с графиком лабораторных работ.

2. К работе в лаборатории студенты допускаются только после инструктажа по технике  безопасности.

3. Лабораторные работы выполняются бригадами из 3-4-х человек.

4.Каждый студент должен подготовиться к занятию по данному учебному пособию и  рекомендуемой литературе: выполнить предварительный расчет к эксперименту, начертить необходимые схемы, графики и таблицы. Не подготовившиеся студенты к занятию не допускаются.

5.Перед сборкой электрической цепи необходимо убедиться в отсутствии напряжения на элементах цепи.

6. Сборку цепи следует начинать от зажимов источника, прежде всего, собрать цепи тока, а затем цепи напряжения.

7.Перед включением источника питания на регулируемых элементах должны быть установлены заданные параметры, а регулятор ЛАТРа должен находиться в нулевом положении.

8.Включение цепи под напряжение производится только после проверки ее преподавателем.

9.Изменения в структуре цепи производятся при отключенном источнике питания.

10.Согласно программе работы сделать необходимые измерения и заполнить        

    соответствующие таблицы.

11. По окончании работы каждый обучающийся  в черновом протоколе должен получить пометку преподавателя о правильности результатов работы и разрешение на разборку схемы. В случае неправильного выполнения работы обучающийся повторно делает её, добиваясь положительных результатов.

12.После получения правильных результатов, показать результаты преподавателю и получить разрешение на разборку цепи.

13.Привести в порядок рабочее место: разобрать цепи, аккуратно сложить провода.

14.Оформить отчет о выполненной работе согласно требованиям к содержанию отчета в конкретной работе.

15.Представить отчет о работе преподавателю, ответить на контрольные вопросы, получить зачет по выполненной работе и задание к следующему занятию.

16. Обучающийся  должен бережно обращаться со всем оборудованием.

17. Во время занятий в учебном помещении должен поддерживаться надлежащий порядок и деловая обстановка. Ответственность за поддержание порядка в учебном помещении, кроме преподавателя, несет староста группы.

18. При выполнении лабораторных  работ требуется неукоснительное выполнение правил техники безопасности.

19. Пропущенные лабораторные работы отрабатываются во внеурочное время согласно установленному графику.

 Правила безопасности при выполнении лабораторных работ

 При выполнении лабораторных работ необходимо строго соблюдать следующие правила безопасности:

1.Электрические цепи должны собираться только при отключенном источнике питания. Собранная схема должна быть проверена преподавателем. Включать схему можно только после проверки преподавателя.

2. При подаче рабочего напряжения вся аппаратура (реостаты, реактивные катушки и т.д.) должны быть в таком положении, чтобы ток в цепи был минимальным.

3. Все обучающиеся должны быть ознакомлены с системой аварийного отключения источника питания.

4. Запрещается:

  4.1. Включать схему без предупреждения членов бригады. При включении следует громко сказать: «Подаю напряжение».

  4.2. Прикасаться к неизолированным частям установки, находящейся под напряжением.

  4.3. Производить пересоединения в схеме, находящейся под напряжением. Всякие пересоединения выполнять только при отсутствии напряжения, после каждого пересоединения схема должна быть вновь проверена преподавателем.

  4.4. Брать приборы или аппараты, не предназначенные для выполнения данной лабораторной работы.

  4.5. Загромождать лабораторные столы излишними предметами, в том числе лишними соединительными проводами.

  4.6. Оставлять без наблюдения установку, находящуюся под напряжением.

  4.7. После отключения цепи с ёмкостью разбирать схему без предварительного разряда конденсатора.

  4.8. Включать схему, если один из концов монтажных проводов остаётся свободным.

  4.9. Работать с электроустановками одному.

  4.10. Самостоятельно ремонтировать приборы, аппараты и другое электрооборудование.

  4.11. В случае аварии на рабочем месте (повреждение приборов, перегорание предохранителей и т.п.) обучающийся обязан немедленно обесточить оборудование и сообщить о случившемся преподавателю.

  4.12. В случае попадания кого-либо под напряжение необходимо быстро обесточить систему на рабочем столе (или осуществить аварийное отключение всей лаборатории) и оказать первую помощь пострадавшему.

ИНСТРУКЦИЯ

Техника безопасности для обучаемых при проведении лабораторных или практических работ по электричеству

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Приборы, используемые обучаемыми, должны иметь ограничивающие устройства, исключающие возможность поражения электротоком.

Корпуса приборов, где это необходимо, должны заземляться.

ДО НАЧАЛА РАБОТЫ

1. Внимательно прочитайте содержание лабораторной работы. Ознакомьтесь  с описанием приборов, и прежде чем включить прибор в цепь, проверьте, соответствует ли напряжение в сети тому, на которое рассчитан прибор.

2. Используемые приборы должны быть исправны, отрегулированы, содержаться в чистоте и регулярно проверяться.

3. Приведите в порядок рабочее место, уберите все лишние предметы. Подготовьте к работе необходимое оборудование и приборы, проверьте их исправность, убедитесь в наличии заземления электроустановок.

ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ

1. Убедитесь, что источник питания отключён от сети.

2. Включать источник питания и проводить необходимые замеры можно только после проверки правильности соединения элементов цепи учителем или лаборантом.

3. Для включения и выключения тока в цепи необходимо использовать выключатели и только ими прерывать ток. Все розетки, щитки, вилки не должны иметь трещин, сколов и т.д.

4. Производить сборку электрических цепей, переключения в них, монтаж и ремонт электрических устройств только при отключенном источнике питания.

5. Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводов были наконечники, при сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно зажимайте клеммами. Выполняйте наблюдения и измерения, соблюдая осторожность, чтобы случайно не прикоснуться к оголенным проводам (токоведущим частям, находящимся под напряжением).

6. Не прикасайтесь к конденсаторам даже после отключения электрической цепи от источника электропитания: их сначала нужно разрядить.

7. При опытах с сильными магнитными полями необходимо снять с руки часы.

ПОСЛЕ ОКОНЧАНИЯ РАБОТЫ

1. Отключите электрические устройства и приборы от источника питания, после чего разберите электрическую цепь.

2. Отключение силовой линии кабинета или лаборатории осуществляется преподавателем одним общим выключателем.

3. Обнаружив неисправность в электрических устройствах, находящихся под напряжением, немедленно отключите источники электропитания и сообщите об этом преподавателю.

4. Приведите в порядок рабочее место, уберите оборудование и приборы в лаборантскую в шкафы.

5. Вымойте руки с мылом, проветрите кабинет.  

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

1. В качестве заземления использовать отопительные трубы.

2. Оставлять без присмотра работающие электронагревательные приборы.

3. Применять приборы и устройства, не соответствующие требованиям безопасности труда, а также самодельные приборы, применять оборудование, приборы, провода и кабели с открытыми токоведущими частями.

5. Выдавать обучаемым приборы с надписью на их панелях (корпусах) «Только для проведения опытов преподавателем».

6. Пользоваться приборами с открытой спиралью.

7. Подавать к рабочим столам обучаемых напряжение свыше 42 В переменного и 110 В постоянного тока.

Лабораторная работа  № 1.  

«Электроизмерительные приборы и измерения».

       Цель работы: Изучение электроизмерительных приборов, используемых в лабораторных работах. Получение представлений о характеристиках стрелочных измерительных приборов. Получение навыков работы с цифровыми измерительными приборами.

 Оборудование: Лабораторный стенд, четыре резистора, соединительные провода, источник тока.

Теоретическая часть.

Электроизмерительным прибором называется устройство, предназначенное для измерения электрической величины, например, напряжения, тока, сопротивления, мощности и т. д.

По принципу действия и конструктивным особенностям приборы бывают: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, индукционные, вибрационные и другие. На шкале электроизмерительных приборов нанесены условные обозначения, определяющие систему прибора, его техническую характеристику.

Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерения.

Точность измерения — качество измерения, отражающее близость его результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малой погрешности.

Погрешность измерительного прибора — разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой величины.

Результат измерения — значение величины, найденное путем ее измерения.

Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:

-амперметры — для измерения  силы электрического тока- прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.

В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют.  Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

-вольтметры — для измерения электрического напряжения; измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

-мультиметры (иначе тестеры, авометры) - комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе включает функции вольтметра, амперметра и омметра. Иногда выполняется мультиметр в виде токоизмерительных клещей. Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.

Основные режимы измерений

-ACV (англ. alternating current voltage — напряжение переменного тока) — измерение переменного напряжения.

-DCV (англ. direct current voltage — напряжение постоянного тока) — измерение постоянного напряжения.

-DCA (англ. direct current amperage — сила постоянного тока) — измерение постоянного тока.

-Ω — измерение электрического сопротивления.

Для обеспечения надёжной длительной работы измерительных приборов соблюдайте следующие правила:

-Не превышайте допустимых перегрузочных значений, указанных в заводской инструкции для каждого рода работы

-Когда порядок измеряемой величины неизвестен, устанавливайте переключатель пределов измерения на наибольшую величину.

-Перед тем, как повернуть переключатель для смены рода работы (не для изменения предела

    измерения!), отключайте щупы от проверяемой цепи.

-Не измеряйте сопротивление в цепи, к которой подведено напряжение.

-Не измеряйте ёмкость конденсаторов, не убедившись, что они разряжены.

До подключения измерительного прибора к цепи необходимо выполнить следующие операции:

-выбор измеряемой величины: - V, ~ V, - A, ~ A или Ω (Ом);

-выбор диапазона измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

-правильное подсоединение зажимов измерительного прибора к исследуемой цепи.

Ход работы.

1) Изучение паспортных характеристик стрелочных электроизмерительных приборов.

Для этого внимательно рассмотрите лицевые панели стрелочных амперметров и заполните таблицу 1:  

1.1 Система измерительного механизма  может быть индуктивной или цифровой

1.2  Для определения цены деления необходимо

        Найти ближайшие деления обозначенные цифрами    

        Найти их разность R

        Посчитать количество делений между цифрами  N

        Определить цену деления через отношение .

    1.3 Абсолютная погрешность определяется как половина цены деления:.

2) Ознакомиться с лицевой панелью мультиметра. Подготовьте мультиметр для измерения постоянного напряжения. Включить источник постоянного напряжения. Измерить значения для различных выходных напряжений на клеммах. Результаты измерений занесите в таблицу 2:

3) Подготовьте мультиметр для измерения сопротивлений резисторов. Измерить значения сопротивлений резисторов. Результаты измерений занесите в таблицу 3:

4) Контрольные вопросы:

1. Что такое предел измерения?___________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения?_____________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________Что характеризует класс точности прибора?____________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. В какой части шкалы измерения точнее и почему?__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________  

5)Вывод ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________                                                      

Лабораторная работа № 2

«Простейшие цепи постоянного тока».

Цель: Получение навыков сборки простых электрических цепей, включения в цепь измерительных приборов. Научиться измерять токи и напряжения, убедиться в соблюдении закона Ома в электрической цепи.

Теоретическая часть.

В электротехнике принято считать, что простая цепь – это цепь, которая сводится к цепи с одним источником и одним эквивалентным сопротивлением. Свернуть цепь можно с помощью эквивалентных преобразований последовательного, параллельного и смешанного соединений. Исключением служат цепи, содержащие более сложные соединения звездой и треугольником. Расчет цепей постоянного тока производится с помощью  закона Ома Кирхгофа.  Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова. При этом общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на концах каждого из проводников.

При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Если цепь можно разбить на вложенные подблоки, последовательно или параллельно включённые между собой, то сначала считают сопротивление каждого подблока, потом заменяют каждый подблок его эквивалентным сопротивлением, таким образом находится общее (искомое) сопротивление.

Оборудование: лабораторный стенд, резисторы разных номиналов, соединительные провода.

                                                                         Ход работы.

1) Собрать цепь с последовательным соединением резисторов. В качестве амперметров использовать стрелочные приборы. В качестве вольтметра - мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения.                                                                                                                                             Измерить ток в цепи, напряжение на                                                                                                                  входе и напряжения на резисторах. Результаты измерений занести в таблицу 1.

2) Собрать цепь с параллельным соединением резисторов. В качестве А использовать мультиметр в режиме измерения постоянного тока.  Измерить напряжение и токи на всех участках цепи.                                                                                                                                                      

Результаты измерений занести в таблицу 1:

3) Проверить выполнение баланса мощностей:

______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________

4) Рассчитать относительные погрешности измерения токов  I1 и I2 стрелочными амперметрами. Результаты расчёта занести  в таблицу 2:

Относительная погрешность определяется по формуле:. Для первого и второго амперметров имеем:

5) Контрольные вопросы:

1. Как по показаниям амперметра и вольтметра можно определить величину сопротивления участка цепи постоянного тока и потребляемую им мощность?_________

____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2. Как определить величину эквивалентного сопротивления при последовательном соединении резисторов?________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3. Как определить величину эквивалентного сопротивления при параллельном соединении резисторов? __________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

4. В чём заключается баланс мощностей   в цепи постоянного тока? _________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________                                                          

6)Вывод______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 3.

«Сложная цепь постоянного тока».

Цель: Экспериментальная проверка результатов аналитического расчёта электрической цепи с двумя источниками питания.

Оборудование: лабораторный стенд, два тумблера, резисторы различных номиналов.

Теоретическая часть

К сложным электрическим цепям относят цепи, содержащие несколько источников электрической энергии, включенных в разные ветви. Для сложных электрических цепей неприменима методика расчета простых электрических цепей. Упрощение схем невозможно, т.к. нельзя выделить на схеме участок цепи с последовательным или параллельным соединением однотипных элементов. Иногда, преобразование схемы с ее последующим расчетом все-таки возможно, но это скорее исключение из общего правила.

Порядок расчета:

1. Произвольно выбираем направление токов в ветвях. Количество токов равно количеству ветвей. Если в результате расчета ток окажется отрицательным, то направление тока выбрано неверно.

2. Составляем уравнение по 1 и 2 правилу Кирхгофа. Количество уравнений должно быть равно количеству неизвестных токов.

3. Число уравнений, составленных по 1 закону Кирхгофа, должно быть равно n-1, где n-количество узловых точек. Остальные недостающие уравнения составляют по 2-му закону Кирхгофа. При этом произвольно выбирают положительное направление обхода контура. Если оно совпадает с направлением ЭДС, то его берут со знаком «+» и наоборот.

Если направление тока контура совпадает с направлением тока через резистор, то падение напряжения на резисторе берут со знаком «+» и наоборот.

Ход работы.

1) Собрать цепь. В качестве амперметров использовать два стрелочных амперметра и мультиметр в режим измерения постоянного тока, для измерения напряжения использовать мультиметр в режим измерения постоянного напряжения, в качестве источников питаниия Е1 и Е2 использовать источники постоянного напряжения.

 2) При разомкнутых ключах измерить ЭДС источников питания. Замкнуть ключи и измерить токи I1, I2 и I3. Полагая, φа=0, измерить мультиметром в режиме  измерения постоянного напряжения потенциалы  точек b,с и d. Результаты занести в таблицу 1.                                                                    

Таблица  1.

3) По результатам измерений вычислить напряжения U1 и  U2  на зажимах источника при замкнутых ключах, внутреннее сопротивления r1и r2  источников, сопротивления ветвей R1, R2 и R3 (с учётом сопротивлений измерительных приборов).

Результаты занести в таблицу 2.

5) Контрольные вопросы:

  1. Что такое сложная цепь?

2. Как выбирается направление тока в сложной цепи?

3.Почесу величина ЭДС всегда больше рабочего напряжения?

6) Вывод

Лабораторная работа № 4.

      «Экспериментальное определение параметров цепи переменного тока».

Цель: Приобретение навыков определения параметров элементов в цепях переменного тока, применения закона Ома в цепи переменного тока.

Оборудование: Лабораторный стенд, дроссель, резисторы, конденсатор, соединительные провода.

Теоретическая часть

Конденсатор, включенный в цепь переменного тока, обладает емкостным сопротивлением Xc: , где С - емкость конденсатора,  ω - частота переменного тока.

Величину емкостного сопротивления можно рассчитать по формуле , предварительно измерив напряжение на конденсаторе U и силу тока в цепи I.

При этом колебания силы тока в цепи опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе на  Векторная диаграмма тока и напряжения на конденсаторе приведена на рисунке.

В цепи, содержащей конденсатор, происходит периодический обмен энергией между генератором и конденсатором без необратимого преобразования электромагнитной энергии, т.е. среднее значение мощности переменного тока в данном случае равно нулю Pср. = 0.

Катушка индуктивности, включенная в цепь переменного тока обладает сопротивлением XL:, где L - индуктивность катушки.

Величину индуктивного сопротивления можно рассчитать по формуле , предварительно измерив напряжение на катушке U и силу тока в цепи I. Отметим, что значение XL больше, чем сопротивление катушки в цепи постоянного тока. Это связано с тем, что при протекании переменного тока через катушку индуктивности благодаря явлению самоиндукции в последней возникает индукционное электрическое поле, противодействующее полю, создаваемому генератором переменного напряжения. Это индукционное поле и является причиной индукционного сопротивления XL.

В цепи, содержащей катушку индуктивности, колебания напряжения в цепи опережают по фазе колебания силы тока на . Векторная диаграмма тока и напряжения на конденсаторе приведена на рисунке.                                                                    

Ход работы.

1) Установить  на наборном поле дроссель. Установить на мультиметре режим измерения сопротивления и измерить активное сопротивление дросселя R. Результаты занести в таблицу 1.

2) Собрать цепь для определения индуктивности. В качестве V использовать мультиметр в режиме измерения переменного напряжения, в качестве А – стрелочный амперметр.

3) Включите источник переменного напряжения, снимите

        показания  амперметра I  и вольтметра U. Рассчитайте полное сопротивление дросселя  

 индуктивное сопротивление

индуктивность дросселя

    4) Результаты занести в таблицу 1:

5) Соберите цепь для определения ёмкости. Снимите показания приборов.

 Рассчитайте ёмкостное сопротивление

__________________,  

ёмкость.    

6) Результаты занести в таблицу 2

7) Контрольные вопросы:

1. Что такое «активное сопротивление»?

2. Какая связь между полным, активным и реактивным сопротивлениями цепи переменного тока?

8)Вывод

Лабораторная работа №5

Тема: «Измерение сопротивлений и сопротивления изоляции мегомметром   »

Цель работы: Ознакомление с некоторыми методами измерений сопротивлений.

Приборы и оборудования:

1. Выпрямитель переменного тока.

2. Вольтметр с пределом измерения 50В

3. Амперметр с пределом измерения 3 А

4. Ампервольтомметр (авометр)

5. Мегомметр

6. Набор резисторов

7. Соединительные провода

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с измерительными приборами и оборудованием. Записать основные технические данные приборов в таб.№1

2. Научиться измерять сопротивления с помощью авометра.

3. Выполнить задания 1, 2, 3.

Задание 1. Измерение сопротивления резисторов омметром и мегомметром.

Измерить сопротивление 10 резисторов на плате 1. Результаты записать в таб. №2. и сравнить результаты измерений по контрольной карте. В случае больших расхождений провести повторные измерения.

Задание 2. Измерение сопротивления методом амперметра и вольтметра.

• Собрать электрическую цепь для измерения сопротивления R1 на плате 2.
• После проверки схемы преподавателем включить схему и показания вольтметра и амперметра записать в таб.2
• Заменить R1 на R2 b  и повторить измерения. Результаты занести в таб2,1.

Задание 3. Измерение сопротивления обмоток катушки зажигания.

• Определить выходы первичной и вторичной обмотки катушки зажигания.
• Измерить сопротивления первичной и вторичной обмоток.
• Результаты записать в таблицу №2. Проверить результаты по контрольной карте, взятой у преподавателя. Составить отчет по лабораторной работе.

4. Для последовательного, параллельного и смешанного соединения резисторов изменить силу тока и напряжения резисторов и вычислить эквивалентное сопротивление по формуле:     и результаты записать в таблицу №2.

Для каждого случая измерить сопротивления резистором с помощью омметра Rii экв

Таблица №1

Таблица №2

5.Контрольные вопросы:

1.Как называется прибор для измерения сопротивления?

2.Как проверить сопротивление изоляции кабеля?

6. Вывод:

 Лабораторная работа № 6.

«Однофазный трансформатор».

Цель: Изучить устройство,  принцип работы трансформатора и измерение его коэффициента трансформации.

Оборудование: лабораторный стенд, трансформатор, резистор, реостат, тумблер, соединительные провода.

Теоретическая часть

Трансформатор - это устройство, состоящее из двух или нескольких индуктивно связанных катушек электромагнитный аппарат, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Наибольшее распространение получили однофазные и трехфазные трансформаторы.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимной индукции. Простейший однофазный трансформатор состоит из двух катушек, расположенных на ферромагнитном сердечнике. Обмотка, к которой подключен источник энергии, называется первичной, а обмотка, к которой подключается нагрузка, называется вторичной.

При подключении первичной катушки к источнику переменного тока по ней потечет ток I1, который создает магнитный поток Ф. Часть этого потока пересекает витки вторичной катушки, индуцируя в ней ЭДС взаимной индукции. Так как вторичная катушка замкнута на нагрузку, то по вторичной цепи потечет ток I2. Таким образом, энергия от источника за счет магнитной связи между катушками передается в нагрузку.

Основными параметрами трансформатора являются: коэффициент трансформации, коэффициент полезного действия и мощность потерь.

Коэффициентом трансформации называется отношение количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной обмотки .

Если к<1, то трансформатор называется понижающим (U1 2), а если к >1 - то повышающим.

U1 - напряжение на первичной обмотке;

U2 - напряжение на вторичной обмотке;

N1 – число витков первичной катушки;

N2 - число витков вторичной катушки

 Коэффициент полезного действия (КПД) называется отношение полезной мощности, выделяемой в нагрузке, к затраченной мощности, потребляемой от источника, выраженное в процентах.

Ход работы.

1) Рассмотрите устройство трансформатора. Начертите электрическую схему.

2). Измерьте активное сопротивление катушек с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления: R. По результатам определите первичную и вторичную катушки. Данные занесите в таблицу:

3) Соберите цепь:

4) Измерьте первичное и вторичное напряжение в режиме холостого хода. Рассчитайте коэффициент трансформации:

                                 .                                                                  

 Результаты занести в таблицу:

5. Вычислите погрешности измерений по формуле :  ,  ,где.

5.Контрольные вопросы:

1.Для чего предназначен трансформатор?

2.Какой  трансформатор называют  повышающим, а какой  понижающим?

3. Изменяет ли трансформатор частоту преобразуемого  переменного   тока?

6. Вывод:

Лабораторная работа № 7.

Тема: Исследование двигателя постоянного тока.

Цель: познакомиться на модели электродвигателя постоянного тока с его устройством и работой.

Оборудование: лабораторный стенд, двигатель постоянного, тока, соединительные провода источник постоянного тока.

Теоретическая часть

Двигатель постоянного тока нашел широкое применение в различных областях деятельности человека. Начиная от использования тягового привода, применяемого в трамваях и троллейбусах, заканчивая приводом прокатных станов и подъемных механизмов, где требуется поддержание высокой точности скорости вращения.

Основные положительные особенности, которые отличают ДПТ от асинхронного двигателя:

- гибкие пусковые и регулировочные характеристики;

- двухзонное регулирование, которое позволяет достигать скорости вращения более 3000 об/мин

Отрицательные черты:

- сложность в изготовлении и высокая стоимость;

- в процессе работы необходимо постоянное обслуживание, так как коллектор и токосъемные щетки имеют небольшой ресурс работы.

Двигатель постоянного тока применяют только тогда, когда применение двигателя переменного тока невозможно или крайне нецелесообразно. В среднем, на каждые 70 двигателей переменного тока приходится всего лишь 1 ДПТ.

Конструкция ДПТ  

Двигатель постоянного тока состоит из:

- индуктора (статора);

- якоря (ротора);

- коллектора;

- токосъемных щеток;

- конструктивных элементов.

Якорь и индуктор разделены между собой воздушным зазором. Индуктор представляет из себя станину, которая служит для того, чтобы закрепить основные и добавочные полюса магнитной системы двигателя. На основных полюсах располагаются обмотки возбуждения, а на добавочных – специальные обмотки, которые способствуют улучшению коммутации.

Коллектор подводит постоянный ток к рабочей обмотке, которая уложена в пазы ротора. Коллектор имеет вид цилиндра и состоит из пластин, изолированных друг от друга, он насажен на вал двигателя. Щетки служат для съема тока с коллектора, они крепятся в щеткодержателях для обеспечения правильного положения и надежного нажатия на поверхность коллектора.

Двигатели постоянного тока классифицируют по магнитной системе статора:

1) ДПТ с постоянными магнитами;

2) ДПТ с электромагнитами:

     - ДПТ с независимым возбуждением;

     - ДПТ с последовательным возбуждением;

     - ДПТ с параллельным возбуждением;

                - ДПТ со смешанным возбуждением.

Рисунок 1 – Схемы подключения двигателя постоянного тока 

Схема подключения обмоток статора существенно влияет на электрические и тяговые характеристики привода. 

Ход работы.

1) Для исследования берётся электрическая машина постоянного тока (4В, 2А, 1200 об/мин). Рассмотрите модель электродвигателя. Укажите на рисунке 1 основные его части.                                                

2) Соберите схему для параллельного подключения двигателя. Установите ползунок реостата в крайне левом положении и в крайне правом положении. Сделайте выводы о частоте и направлении вращения двигателя. (Положение 1).

3) Поменяйте полюса подключения двигателя местами. Сделайте выводы о частоте и направлении вращения двигателя. (Положение 2).

4) Поменяйте полюса подключения только на катушке или щётках. Сделайте выводы о частоте и направлении вращения двигателя.  (Положение 3).

5) Результаты запишите в таблицу№1

6) Соберите схему для последовательного подключения двигателя. Установите ползунок реостата в крайне левом положении и в крайне правом положении. Сделайте выводы о частоте и направлении вращения двигателя. (Положение 1).

7) Поменяйте полюса подключения двигателя местами. Сделайте выводы о частоте и направлении вращения двигателя. (Положение 2).

8) Поменяйте полюса подключения только на катушке или щётках. Сделайте выводы о частоте и направлении вращения двигателя.  (Положение 3).

9) Результаты запишите в таблицу№2

10)Контрольные вопросы.

1. Как можно поменять направление движения двигателя постоянного тока?

2. Как можно поменять частоту вращения двигателя постоянного тока?

3.При каком методе подключения частота больше и почему?

11)Вывод

Лабораторная работа № 8.

«Исследование диодов».

Цель: Изучить маркировку,  характеристики и принципы работы полупроводниковых диодов.

Оборудование: лабораторный стенд, выпрямительный диод, соединительные провода источник постоянного тока.

Теоретическая часть

Полупроводниковые диоды. Основой полупроводникового диода является р-n-переход, определяющий его свойства, характеристики и параметры. В зависимости от конструктивных особенностей р-n-перехода и диода в целом полупроводниковые диоды изготовляются как в дискретном, так и в интегральном исполнении. По своему назначению полупроводниковые диоды подразделяются на выпрямительные (как разновидность выпрямительных – силовые), импульсные, высокочастотные и сверхвысокочастотные, стабилитроны, трехслойные переключающие, туннельные, варикапы, фото- и светодиоды. Условные графические обозначения диодов показаны на рисунке

Маркировка диодов

Первый элемент буквенный, Д — диод. Второй элемент — номер, соответствующий типу диода: 1...100 — точечные германиевые, 101...200— точечные кремниевые, 201...300 — плоскостные кремниевые, 801...900 — стабилитроны, 901...950 — варикапы, 1001...1100 — выпрямительные столбы. Третий элемент — буква, указывающая разновидность прибора. Этот элемент может отсутствовать, если разновидностей диода нет.

Ход работы.

1) Поставьте мультиметр в режим измерения сопротивлений. Измерьте сопротивление диода согласно РИС 1.Сделайте заключения о проводимости диода при прямом подключении.

2) Измерьте сопротивление диода согласно РИС 2. Сделайте заключения о проводимости диода при обратном подключении.

3) Измерьте сопротивление системы диодов согласно РИС 3.Сделайте заключения о проводимости системы  при различных подключениях.

Данные введите в таблицу

Определите характеристики диодов согласно справочнику  (В. Ю. Лавриненко  стр.88).

5)Контрольные вопросы.

1. Что такое диод?

2. Какова главная функция диода?

3. Какими буквами обозначаются выводы диода?

4. Как обозначается диод в схемах?

6)Вывод

Лабораторная работа № 9.

«Исследование биполярного транзистора».

Цель: Изучить маркировку,  характеристики и принципы работы полупроводниковых транзисторов.

Оборудование: лабораторный стенд, транзистор, соединительные провода источник постоянного тока.

Теоретическая часть

Биполярный транзистор - трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей - электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента.

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую

из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.

В системе обозначений используется буквенно-цифровой шифр, который состоит из 5 элементов:

1-й  элемент системы обозначает исходный материал, на основе которого изготовлен транзистор и его содержание не отличается от системы обозначения диодов, то есть Г или 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — арсенид галлия, И или 4 — индий.

2-1  элемент — буква Т (биполярный) или П (полевой).

3-1  элемент — цифра, указывающая на функциональные возможности транзистора по допустимой рассеиваемой мощности и частотным свойствам.

Транзисторы малой мощности, Рmах < 0,3 Вт:

• 1    — маломощный низкочастотный, Гф< 3 МГц;
• 2    — маломощный среднечастотный, 3 < frp< 30 МГц;
• 3    — маломощный высокочастотный, 30 < fгр< 300 МГц.

Транзисторы средней мощности, 0,3 < Рmах <1,5 Вт:

• 4    — средней мощности низкочастотный;
• 5    — средней мощности среднечастотный;
• 6    — средней мощности высокочастотный.

Транзисторы большой мощности, Рmах >1,5 Вт:

• 7    — большой мощности низкочастотный;
• 8    — большой мощности среднечастотный;
• 9    — большой мощности высокочастотный и сверхвысокочастотный (frp > 300 Гц).

4-й элемент — цифры от 01 до 99, указывающие порядковый номер разработки.

5-й элемент — одна из букв от А до Я, обозначающая деление технологического типа приборов на группы.

Например: КТ540Б — кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б.

Ход работы.

1) Для исследования возьмите транзистор из серии МП 39. Определите при помощи справочника (В. Ю. Лавриненко  стр. 189, выходы (база-Б, эмиттер-Э, коллектор-К).

2) Поставьте мультиметр в режим измерения сопротивлений. Определите сопротивление п ереходов БЭ, ЭБ, БК, КБ, КЭ, ЭБ. Сделайте выводы о проводимости переходов.   Результаты запишите в таблицу.

Определите основные характеристики транзисторов согласно справочнику  (В. Ю. Лавриненко  стр.191,226).

3)Контрольные вопросы.

1. Что такое транзистор?

2. Какова главная функция транзистора?

3. Как обозначаются выводы транзистора?

4. Какие существуют методы подключения транзисторов в схемах?

Вывод 

Список литературы

1 Борисов Ю.М. Электротехника: / Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. – М: Энергоатомиздат, 1985. – 552 с.

2 Электротехника / под ред. Федоровой И.А./ – М.: Высшая школа,1980.

3 Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники – М.: Высшая школа,1989. – 239 с.

4 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Высшая школа, 1999. – 542 с.

5 Скапцова Т.Р. Электрические машины. Электропривод. Методические указания к практическим занятиям по электротехнике для студентов технологических специальностей. – Могилев: УО МГУП, 2009. – 32 с.

6 СТП СМК 4.2.3 - 01-2011 Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов/ Иванов А.В., Урбанчик Е.Н., – Могилев: [б. и.], 2011. – 47 с.