Файл: Электротехника.docx

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПРАВИЛА ВНУТРЕННЕГО РАСПОРЯДКА И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Студент при выполнении лабораторных работ должен выполнять следующие правила внутреннего распорядка и техники безопасности: К работе в лаборатории допускаются студенты, знакомые с правилами внутреннего распорядка и техники безопасности. После ознакомления с правилами внутреннего распорядка и инструктажа по технике безопасности каждый студент должен расписаться в специальном журнале. Приступая к работе в лаборатории, студенческая группа делится на бригады, которые затем распределяются по лабораторным столам. Электрические цепи собираются при отключенном источнике питания. При необходимости изменений в цепи в процессе работы нужно отключить источник питания. Сборку электрической цепи производят соединительными проводами в строгом соответствии со схемой, представленной в методических указаниях, обеспечивая при этом надежность электрических контактов всех разъемных соединений. При сборке необходимо следить, чтобы соединительные провода не скручивались петлями. Собранная электрическая цепь предъявляется для проверки преподавателю. Включение электрической цепи под напряжение производится после проверки её преподавателем с его разрешения и в его присутствии. При обнаружении неисправности в цепи, появления специфичного запаха, повреждения оборудования или приборов необходимо немедленно отключить электропитание стенда и известить об этом преподавателя. Перед включением регулируемого источника питания необходимо убедиться, что его ручка стоит в положении, соответствующем минимальному выходному напряжению. При работе с конденсаторами следует помнить, что на их зажимах, отключенных от сети, некоторое время сохраняется электрический заряд, который может быть причиной поражения электрическим током. При работе с мультиметром следует правильно выбирать род измеряемой величины, предел её измерения и гнезда для подключения щупов. При использовании электрических машин строго выполняйте правила и порядок их пуска. После утверждения преподавателем результатов лабораторной работы необходимо разобрать исследуемую электрическую цепь и привести в порядок рабочее место. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 «ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ» Цель работы Изучение характеристик электроизмерительных приборов, используемых в лабораторных работах. Получение навыков работы с аналоговыми и цифровыми измерительными приборами.Пояснения к работе Контроль работы электрооборудования осуществляется с помощью разнообразных электроизмерительных приборов. Наиболее распространенными электроизмерительными приборами являются приборы непосредственного отсчета. По виду отсчетного устройства различают аналоговые (стрелочные) и цифровые измерительные приборы. На лицевой стороне стрелочных приборов изображены условные обозначения, определяющие классификационную группу прибора. Они позволяют правильно выбрать приборы и дают некоторые указания по их эксплуатации. В цепях постоянного тока для измерений токов и напряжений применяются в основном приборы магнитоэлектрической системы. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и измеряемого тока, протекающего по катушке. Шкалы магнитоэлектрических приборов равномерные. Угол поворота стрелки прямо пропорционален измеряемому току : В измерительных механизмах электромагнитной системы, применяемых для измерений в цепях переменного и постоянного тока, вращающий момент обусловлен действием магнитного поля измеряемого тока в неподвижной катушке прибора на подвижный ферромагнитный якорь. Угол поворота стрелки здесь пропорционален квадрату тока: Поэтому шкала электромагнитных приборов обычно неравномерная, что является недостатком этих приборов. Начальная часть шкалы не используется для измерений. Для практического использования измерительного прибора необходимо знать его предел измерений (номинальное значение) и цену деления (постоянную) прибора. Предел измерений – это наибольшее значение электрической величины, которое может быть измерено данным прибором. Это значение обычно указано на лицевой стороне прибора. Один и тот же прибор может иметь несколько пределов измерений. Ценой деления прибора называется значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы прибора. Цена деления прибора С легко определяется как отношение предела измерений к числу делений шкалы : На лицевой стороне стрелочных прибора указывается класс точности, который определяет приведенную относительную погрешность прибора . Приведенная относительная погрешность прибора – это выраженное в процентах отношение максимальной для данного прибора абсолютной погрешности к номинальному значению прибора (пределу измерений) : Зная класс точности прибора, можно определить абсолютную и относительную погрешности измерения , а также действительное значение измеряемой величины : Нетрудно сделать вывод, что относительная погрешность измерения тем больше, чем меньше измеряемая величина по сравнению с номинальным значением прибора . Поэтому желательно не пользоваться при измерении начальной частью шкалы стрелочного прибора. В таблице 1.1 представлены некоторые условные обозначения, приводимые на лицевых панелях стрелочных измерительных приборов, определяющие их свойства и условия эксплуатации. Таблица 1.1Условные обозначения стрелочных измерительных приборов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

«ЛИНЕЙНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

«ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

«ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 «ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА» Цель работы Ознакомиться с назначением и основными характеристиками однофазного трансформатора, работой трансформатора при различном характере нагрузки.Пояснения к работе Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, преобразующий параметры электрической энергии переменного тока и передающий эту энергию из одной цепи в другую. С помощью трансформатора можно преобразовывать основные параметры электрической энергии переменного тока (ток, напряжение). Электрическая мощность при этом остается почти неизменной. В зависимости от соотношения номинальных напряжений у трансформатора различают обмотку высшего напряжения и обмотку низшего напряжения. Рис. 5.1 Конструкция трансформатора В простейшем случае (рис. 5.1) трансформатор имеет одну первичную обмотку 1, к которой подводится электрическая энергия, и одну вторичную обмотку 2, от которой энергия отводится к потребителю (нагрузке). Передача энергии из одной обмотки в другую производится посредством электромагнитной индукции. Для усиления электромагнитной связи между обмотками они обычно располагаются на замкнутом ферромагнитном сердечнике 3. Сердечник изготавливается из листов электротехнической стали. При частоте порядка 100 МГц и выше потери на вихревые токи и гистерезис в подобном сердечнике становятся чрезвычайно большими, и в этом случае применяют трансформаторы без ферромагнитного сердечника (воздушные трансформаторы). Коэффициент трансформации по напряжению показывает, как соотносятся числа витков в обмотках, а также ЭДС, индуктируемые в обмотках: Коэффициент трансформации можно определить с достаточной точностью, измерив при холостом ходе трансформатора (вторичная обмотка разомкнута) напряжения на зажимах первичной и вторичной обмоток. Так как первичная и вторичная обмотки трансформатора электрически не соединены, электрическая мощность из первичной обмотки во вторичную обмотку передается при помощи магнитного потока, замыкающегося по сердечнику трансформатора. Мощность, потребляемая трансформатором, больше мощности, отдаваемой трансформатором потребителю, на величину потерь в самом трансформаторе. Потери мощности в обмотках и сердечнике трансформатора относительно невелики. Полная номинальная мощность трансформатора обычно определяется как где - номинальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора; - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора. К предельным режимам работы трансформатора относят холостой ход и короткое замыкание. В режиме холостого хода нагрузка не подключена, сопротивление , потребляемая из сети электрическая энергия идет на потери в стали (из-за перемагничивания магнитопровода и вихревых токов). В режиме короткого замыкания выводы трансформатора замыкаются накоротко, сопротивление нагрузки , потребляемая из сети электрическая энергия идет на потери в меди (нагрев проводов обмоток). Подключение потребителей электрической энергии к трансформатору позволяет передавать им энергию, повышая или понижая напряжение. С увеличением тока нагрузки от холостого хода до номинального значения напряжение на зажимах вторичной обмотки понижается из-за увеличения падения напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора. Это иллюстрирует одна из основных характеристик трансформатора, которая, как и у любого источника электропитания, называется внешней характеристикой (рис. 5.2). Рис. 5.2 Внешняя характеристика трансформатора Наклон внешней характеристики зависит от коэффициента мощности потребителя (характера потребителя). При этом увеличивается и ток I1, потребляемый трансформатором из сети, а общий магнитный поток в сердечнике трансформатора остается практически постоянным при неизменном значении первичного напряжения. Работа трансформатора описывается также рабочими характеристиками, к которым относятся зависимости при , где - активная мощность трансформатора, отдаваемая нагрузке. Рабочие характеристики снимаются для выбора оптимальной зоны работы трансформатора. При расчетах электрических цепей трансформатор заменяют схемой замещения. Параметры простейшей Г-образной схемы замещения трансформатора (рис. 5.3) легко определяются по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Рис. 5.3 Г-образная схема замещения трансформатора При холостом ходе определяют параметры магнитопровода: . При коротком замыкании определяют параметры обмоток: По схеме замещения можно рассчитать величину тока короткого замыкания трансформатора I1к авар, которое может иметь место в эксплуатационных условиях Паспортные данные исследуемого трансформатора приведены в таблице 5.1. Таблица 5.1 Тип , В , В , ВА BV EI 481 1119 220 12 10 Порядок выполнения работы Ознакомиться с лабораторным оборудованием (модуль питания, модуль однофазного трансформатора, автотрансформатор, модуль мультиметров, измеритель мощности); Собрать электрическую цепь согласно схемы на рисунке 9.4. На измерителе мощности установить предел измерения тока 200 мА и предел измерения напряжения 300 В. Вольтметр перевести в режим измерения переменного напряжения. Представить схему для проверки преподавателю. Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF1 модуля питания и выключатель SA1 модуля автотрансформатора) и измеритель мощности (тумблер «Сеть»). Провести опыт холостого хода однофазного трансформатора. При отключенной нагрузке во вторичной цепи трансформатора, подать напряжение на трансформатор (переключатель SA1). Установить на выходе автотрансформатора напряжение 220 В. Провести измерения первичного напряжения , тока холостого хода , активной мощности трансформатора Р10 и коэффициента мощности в режиме холостого хода трансформатора. Результаты измерений занести в таблицу 5.2. Снять электропитание с трансформатора (переключатель SA1). Рис. 9.4 Схема для исследования режима холостого хода однофазного трансформатораТаблица 5.2Режим холостого хода Измерено Вычислено U10,В I10, А Р10, Вт U20,В cosφ10 Z0,Ом R0,Ом Х0,Ом К12 I2Н,А I1Н,А По результатам измерений рассчитать коэффициент трансформации К12 и параметры ветви холостого хода схемы замещения трансформатора (Z0, R0, X0). Рассчитать по паспортным данным номинальный вторичный ток трансформатора и с учетом коэффициента трансформации номинальный первичный ток Исследовать трансформатор в режиме короткого замыкания. Для этого установить ручку автотрансформатора в крайнее левое положение, замкнуть вторичную обмотку накоротко (рис. 9.5). Представить схему для проверки преподавателю и объяснить порядок проведения опыта. Включить питание стенда и плавно увеличивая величину выходного напряжения автотрансформатора, установить номинальное значение тока в первичной обмотке трансформатора в соответствии с рассчитанным в п.4 значением. Измерить величину напряжения короткого замыкания , первичного тока и активную мощность , потребляемую трансформатором в опыте короткого замыкания. Результаты измерения занести в таблицу 5.3. Выключить трансформатор, автотрансформатор, измеритель мощности и электропитание стенда. Рис. 9.5 Схема для исследования режима короткого замыкания однофазного трансформатораТаблица 5.3Режим короткого замыкания Измерено Вычислено U1К,В I1К,В РК,Вт UК,% ZК,Ом RК,Ом ХК,Ом I1К авар,% По результатам измерений рассчитать, напряжение короткого замыкания , %, параметры схемы замещения Zк, Rк, Хк и величину тока аварийного короткого замыкания I1кавар в процентах от I1Н (табл. 5.3). Исследовать трансформатор в рабочем режиме. Собрать электрическую цепь согласно схемы на рисунке.9.6; Рис. 9.6 Схема для исследования рабочего режима однофазного трансформатора Подать напряжение на трансформатор (переключатели SA1 на модулях автотрансформатора и однофазного трансформатора). Ручкой на модуле автотрансформатора необходимо поддерживать напряжение на первичной обмотке трансформатора