Зертхан жумыстар Электр (1). 5 Зертханалы жмыстарды орындауа арналан дістемелік нсаулар 1 Зертханалы жмыс Электротехника
 Скачать 1.44 Mb.
|
|
5 Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар № 1 Зертханалық жұмыс «Электротехника» курсы бойынша зертханалық тәжірибелерді орындау үшін Еlectronics Workbench (EWB) программалық қамтамасыздандыруды тәжірибелік қолдануға әдістемелік нұсқаулар (2 сағат) Жұмыстың мақсаты: электр сұлбаларын модельдеу техникасын зерттеу және өлшеу арқылы электр шамаларына талдау жасау. Жалпы мәліметтер 1.1 Электр схемаларын жасау техникасы EWB программасы түрлі қиын электр схемаларын модельдеуге мүмкіндік береді. EWB программасы арқылы электр схемаларын модельдеу үшін талданатын тізбектің схемасы болу керек. Схемаға сәйкес программаның жұмыс терезесіне компоненттер кітапханасынан кажетті электр тізбектерінің элементтері алынады. Электр тізбегін модельдеу программаның жұмыс терезесінде орындалады (сур.1.1).  Сур.1.1 EWB программасының жұмыс терезесі Жоғарғы қатарда жұмыс терезесінің менюі орналасқан (File, Edit, Circuit, Analysis, Window, Help), төменде «ыстық клавиштер» функциясын орындайтын командалар қатары орналасқан. Ары қарай электр тізбектерін модельдеу үшін қажет түрлі элементтері бар пиктограммалар орналасқан. Жұмыс терезесінің оң жақ жоғарғы бұрышында электр схемасының жұмысын жүргізіп, тоқтататын сөндіргіш орналасқан. Сөндіргіштің төменгі жағында дер кезінде жұмысты тоқтата тұратын Pause клавишасы орналасқан. Электр схемаларын модельдеу терезесі пиктограмма қатарынан сызықша арқылы бөлінген. Элементтерді орналастыру үшін тышқан курсорын сәйкесінше пиктограммаға апарып, тышқанның сол жақ кнопкасын бір рет басады. Осыдан кейін берілген пиктограммадағы барлық элементтердің бейнелері көрсетілген терезе ашылады. Таңдалған элемент тышқанның сол жақ кнопкасын басу арқылы жұмыс терезесіне алынып шығарылады. Элемент қызыл түспен бөлініп, өзінің активті күйде екенін көрсетеді. Элементке апарып тышқанның сол жағын екі рет басу диалогты терезені ашады, ол тізбекке қажетті параметрлерді орнатуға мүмкіндік береді (кернеу, номинальды кедергі және т.б.). Элементтерді орналастырғаннан кейін оларды бір-бірімен жалғайды. Ол үшін тышқанның курсорын элементтің шетіне апарып сол жақ кнопканы басады, қара нүкте пайда болғанда келесі элементтің шетіне апарады, тағы да қара нүкте пайда болғанда кнопканы жібереді, яғни қосылыс орындалды деп есептеледі. Қосылысты айыру немесе керек емес элементті өшіру қажет болса, сол элементтің үстіне тышқан курсорын апарып сол жағын бір рет басады да клавиатурадағы Delete клавишасын басады. Шынымен өшіру қажет пе деген диалогты терезе шығады. Мақұлдаған жауап – элементті өшіреді, теріс жауап - өзгеріссіз қалдырады. 1.2 EWB компонеттерінің кітапханасы Электр схемаларының элементтерін құрайтын пиктограммалар саны 14. Компоненттер кітапханасы келесі бөлімдерден тұрады: 1. Favorites – схемалардан тұратын бөлім. Алғашқы күйінде бөлім бос күйінде болады. Компоненттер модельдері мен схемалармен бөлімді толтыру автоматты түрде орындалады және жұмыстың соңында өшіріледі. 2. Sources – көздер. EWB программасындағы барлық көздер идеалды түрде көрсетілген. 3. Basic – сызықты және сызықты емес элементтер. 4. Diodes – диодтар. 5. Transistors – транзисторлар. 6. Analog ICs – ұқсас микросхемалар. 7. Mixed ICs – аралас типті микросхемалар. 8. Digital ICs – санды микросхемалар. 9. Logic Gates – қисынды сандар микросхемалары. 10. Digital – санды микросхемалар. 11. Indicators – индикаторды құрылғылар. 12. Controls – қисынды есептеу құрылғылары. 13. Miscellaneouts – аралас типті компоненттер. 14. Instruments – электр схемаларының талдауын жасауға мүмкіндік беретін құрылғылар бөлімі. Ары қарай электр схемаларын модельдеуге қажет болатын пиктограммалар мен соған жататын элементтер келтіріледі. 1. Sources – мкВ-дан кВ дейін параметрлердің номиналды өлшемін бере алатын қоректендіру көздері:  - тұрақты кернеу көздері;  - айнымалы кернеу көздері. Номиналды кернеу өлшемінен басқа жиілік пен бастапқы бұрыш фазасы беріледі;   - жерлестіру – нөлдік кернеумен. Потенциалдарды есептеуге қажет. 2. Basic – сызықты және сызықты емес элементтер:  - резистор – кедергі (Ом – МОм);   - конденсатор – сыйымдылық (пФ – Ф);  - индуктивті катушка (мкГн – Гн);  - кілт, оның тұйықталуы мен ажыратылуы клавиатураның «пробел» клавишасы арқылы орындалады.  3. Indicators – ішкі кедергі мен кернеу берілгендерін өзгертетін өлшеуіш құралдар:  - вольтметр – электр тізбегіне параллель жалғанатын, едәуір ішкі кедергісі бар өлшеуіш құрал;  - амперметр – минималды ішкі кедергісі бар электр тізбегіне тізбектей жалғанатын өлшеуіш құрал;  - қыздыру шамы. (мВт – кВт) максималды қуатпен және (мВ – кВ) максималды кернеумен сипатталады. Максималды кернеуден асатын кернеуді берген кезде, шам жанып кетеді.  Электрлік шаманы өлшеу әдістемесі Өлшеу тура және жанама болып бөлінеді. Тура өлшеу кезінде іздеген мән ретінде өлшеу құралының көрсеткішін алады. Жанама өлшеу кезінде физикалық шаманың белгісіз мәнін тура өлшеумен табылған мән мен белгісіз мәннің арасындағы физикалық тәуелділік арқылы табады. Мысалы, R резистордың кедергісін U кернеу мен I тоқты пайдаланып Ом заңымен табады:  .Өлшеу құралдарын тізбекке қосу жұмыс режимінің (тоқ, кернеу және т.б. параметрлердің) нақты өзгеруіне әкеледі. Electronics Workbench прграммасында өлшеуіш құралдар идеалды болады, яғни, амперметрлердің кедергісі нөлге тең, ал вольтметрлердікі шексіз үлкен болады.   а) б) Сур. 1.2 Өлшеу құралдарын қосу схемасы Тізбек элементінде I тоқтың және U кернеудің өлшемдері арқылы қуатты оңай анықтауға болады:  .Айнымалы тоқ тізбегінде активті қуат кернеу мен тоққа ғана емес олардың φ фазалық ауытқуына тәуелді болады, яғни:  .Жұмыстың мазмұны 1. Берілген зертханалық жұмыстың материалдарын бекіту үшін студент оқытушы берген тура және айнымалы тоқтың электр схемаларын жинайды. 2. Элементтер мен олардың номиналды шамаларын жинау. Таңдалған элементтерді түсіндіру. Бақылау сұрақтары 1. Электр өлшеуіш құралдардың қолдану саласы қандай? 2. Тура өлшеу мен жанама өлшеудің айырмашылығы қандай? 3. Өлшеуіш құралдарды таңдаудағы қойылатын талаптар? 4. Амперметр мен вольтметрді жалғау схемаларын салыңдар. 5. Амперметр мен вольтметрді пайдаланып тізбектің кедергісін қалай өлшеуге болады? 6. Тоқ пен қуаттың мәндерін пайдаланып тізбектің кедергісін жанама өлшеумен қалай есептеуге болады? 7. Вольтметрді жүктемемен тізбектей жалғаса тізбектегі тоқ қалай өзгереді? Ұсынылған әдебиеттер Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Москва, Гардарики, 2000. Сборник задач по ТОЭ Под. ред. Л. А. Бессонова. Москва Методические указания к выполнению лабораторных работ. Электрические цепи постоянного тока. Жаутиков Б.А., Карманов С-К.Г., Айкеева А.А., КарГТУ 2003. СӨЖ үшін бақылау тапсырмалары [1, 2, 3] Элементтер мен мәндердің, негізгі электрлік параметрлерін анықтау және түсініктерін оқу. Осы зертханалық жұмыс бойынша электр өлшеуіш құралдарының жұмыс принципін оқу. Негізгі электрлік көлемдердің өлшеу техникасын оқу. Ом және Кирхгофтың 1 және 2 заңдарын оқу. [3] сәйкес зертханалық жұмыс бойынша отчет дайындау. Зертханалық жұмыс № 2 Электр тізбектерін есептеу барысында Кирхгоф заңдарын тікелей қолдану (3 сағат) Жұмыстың мақсаты: тәжірибелік түрде электр тізбектерін шешудің классикалық әдісін тексеру. Жалпы мәліметтер Электр тізбектерін есептеу алдында тармақтардағы тоқтарды анықтау керек, содан кейін тізбектегі жетіспейтін параметрлерді есептеу қажет. Ол үшін алдымен тармақтағы тоқтардың бағытын беру керек. Электр тізбектерін есептеу барысында Кирхгоф заңдарын тікелей қолдану күрделі электр схемаларына Кирхгофтың 1-ші және 2-заңдарын қолдануға негізделген. Есептелетін тоқтар саны тармақ санына тең – А, түйін саны – Б. А белгісізді есептеу үшін А теңдеуін құрау керек. Кирхгофтың бірінші заңы бойынша (Б-1) теңдеуі құрылады, жетіспейтін теңдеу саны (А-(Б-1)) Киргофтың екінші заңымен құрылады. А теңдеуінің жүйесін шеше отырып тармақтағы тоқты анықтауға болады. Кирхгофтың бірінші заңының тұжырымдалуы: түйіндегі тоқтардың алгебралық қосындысы нөлге тең  .Түйінге бағытталған тоқтар «+» таңбасымен, ал түйіннен кері бағытталған тоқтар «-» таңбасымен алынады. Кирхгофтың екінші заңының тұжырымдалуы: тұйықталған контурдағы пассивті элементтеріндегі түсу кернеулерінің алгебралық қосындысы сол контурдағы э.қ.к. алгебралық қосындысына тең болады  ,мұндағы m – пассивті элементтердің саны; n – э.қ.к. саны. Кирхгофтың екінші заңы бойынша теңдеу құру үшін контурға бағыт береді, сондағы берілген бағытпен бағыттас ЭҚК пен тоқтар «+» таңбасымен, ал қарама-қарсы бағытталғандар «- » таңбасымен алынады. Потенциалды диаграмманы құру және есептеу. Потенциалды диаграмма деп, тұйықталған контур немесе тізбектің белгілі бір бөлігі бойынша потенциалдарды бөліп тарату графигі болып табылады. Потенциалды диаграмманы есептеу үшін (тоқтардың бағыты мен шамасы белгілі болу керек) таңдап алынған контурдың бір нүктесін жерлестіреді. Графикте абсцисса бойында контур бойымен кедергілерді салады, ал ордината бойында сәйкес контурдың потенциалды нүктелерін жатқызады. Тізбек контурының әрбір нүктесінің сәйкесінше потенциалдық диаграммада өз нүктесі болады. Потенциалдарды есептегенде екі факторды есепке алу керек: 1) тоқ үлкен потенциалдық нүктеден кіші потенциалдық нүктеге жылжиды; 2) қоректендіру көзінің ұшында потенциалдың секіруі байқалады, сонымен қатар ұшында жасық жағына қарағанда потенциал жоғары болады. Мысал ретінде мына схеманы қарастырамыз (сур. 2.1). Тоқты есептеу үшін контурдың және тоқтардын бағытын беріп, Кирхгоф заңдары бойынша теңдеу құрамыз. Берілген схемадағы түйін саны 4 тең, тармақ саны – 6, сәйкесінше белгісіз тоқтарды табу үшін 6 теңдеу құру қажет. Кирхгофтың бірінші заңы бойынша (4-1) – теңдеу құрылады (1,2 және 3 түйіндері үшін).  Сурет 2.1 Потенциалдар есептеуі бойынша электрлік схема  I, II, III тұйықталған контуры үшін Кирхгофтың екінші заңымен (6-(4-1)) теңдеу құрылады.  Потенциалдық диаграмманы құрып, есептеу үшін (acdf) сыртқы контурды таңдаймыз (сур. 2.1). а нүктесінің потенциалын жерлестіреміз, сәйкесінше бұл нұктенің потенциалы нөлге тең φа= 0. Сонда: φb = φа - I2R2 φc = φb + E1 φd = φc - I1R1 φe = φd + E4 φf = φe + I5R5 φa= φf - I6R6=0 Есептеудің берілгені бойынша потенциалдық диаграмма 2.2 суретінде көрсетілген. Графиктің еңіс бұрышы сол бөліктің тоғының шамасын сипаттайды: еңістің бұрышы неғұрлым тік болса, соғұрлым тоқтың шамасы үлкен.  Сурет 2.2 Потенциалдық диаграмма Жұмыстың мазмұны Электр тізбегінде: 1) тармақтардағы тоқты өлшеу; 2) берілген контурдың нүктелерінің потенциалын өлшеу; 3) тәжірибелік берілгендер бойынша Кирхгофтың бірінші және екінші заңымен тексеру; 4) потенциалдық диаграмма құру. Жұмысты орындауға нұсқау Берілген схеманы жинау керек (сур. 2.3). Кедергі және кернеу көздерінің мәндерін белгілеу қажет. Ұсынылатын интервал: кернеу – 100…1000 В, реостаттың кедергісі – 50…500 Ом.  Сурет 2.3 Зертханалық жұмысты орындау схемасы Потенциалдарды өлшегенде вольтметрдің бір соңын а нүктесіне қосады, ал екінші соңын кезектеп қалған нүктелерге жалғайды – b, c, d, х. Өлшеу нәтижелерін 2.1 кестесіне енгізеді. Содан кейін тоқтарды және потенциалдардың таралуын жанама әдіспен есептейді. Кесте 2.1 – Өлшеулер мен есептеулердің нәтижесі
Кирхгофтың бірінші және екінші заңдарының тексеруінің нәтижесін кесте түрінде көрсетеді (кесте 2.2), ондағы, мысалы, стүйіні үшін:  - жалпы тоқтың есептелген мәні; - Кирхгофтың бірінші заңын тексергендегі салыстырмалы қателік; - қоректендіру көзінің кернеуі.Мысалы, контур үшін I:  - реостаттағы түсу кернеулерінің алгебралық қосындысы - Кирхгофтың екінші заңын тексергендегі салыстырмалы қателік.Кесте 2.2 – Тізбектің нәтижесін талдауы
EWB жұмыс қадамы: 1) Basic пиктограммасынан резистор таңдаймыз (зерт. жұм. № 1 қара). Тышқанның сол жақ кнопкасын басу арқылы EWB жұмыс терезесіне алып шығарамыз. 2) Жұмыс терезесіне кезекпен екі резистор алып шығамыз (сур 2.4).  Сурет 2.4 Еlectronics Workbench программасында резисторларды таңдау 3) Ортаңғы резистордың үстінен тышқанның оң жақ кнопкасын басамыз. Пайда болған менюдегі Rotate(ауытқу) пунктінің сол жақ кнопкасын басамыз. 4) Sources пиктограмма қатарынан тұрақты кернеу көзін таңдаймыз (зерт.жұм № 1 қара). Тышқанның сол жақ кнопкасын басу арқылы жұмыс терезесіне алып шығамыз. 5) Жұмыс терезесіне тағы да бір тұрақты кернеу көзін алып шығамыз (сур 2.5).  Сурет 2.5 Еlectronics Workbench программасында резисторлар мен көздерді таңдау 6) Тапсырмаға сәйкес элементтерді бір-бірімен жалғаймыз (сур. 2.6).  Сурет 2.6 Еlectronics Workbench программасында элементтерді жалғау схемасы 7) Керек элементтің тышқанды екі рет басу арқылы номиналын өзгертеміз (сур. 2.7). - Тапсырмаға сәйкес резисторлар номиналын 50…500 Ом өзгертеміз.  Сурет 2.7 Еlectronics Workbench программасында резисторлар параметрлерін белгілеу - Тапсырмаға сәйкес тұрақты кернеу көздерінің номиналын 100..1000 В өзгертеміз (сур. 2.8).  Сурет 2.8 Еlectronics Workbench программасында көздер параметрлерін белгілеу Алынған тізбек келесідей болады (сур. 2.9):  Сурет 2.9 Еlectronics Workbench программасында элементтерді қосу схемасы 8) Тармақтағы тоқты өлшеу үшін Indicators пиктограмма қатарынан амперметр  таңдаймыз. Тышқанның сол жақ кнопкасын үстінен басып EWB жұмыс терезесіне алып шығамыз. Rotate пайдаланып айналдырып қоямыз. Тармақтың ажыратылған жеріне тізбектей жалғаймыз.9) Жұмыс терезесіне кезекпен тағы екі амперметр алып шығып 8 пунктіне сәйкес тізбекке жалғаймыз (сур. 2.10).  Сурет 2.10 Еlectronics Workbench программасында схемаға амперметр жалғау 10) Потенциалды өлшеу үшін нүктенің біреуін жерлестіреміз, мысалы, a нүктесін. Ол үшін Sources пиктограммасынан  жерлестіруді таңдаймыз. Тышқанның сол жақ кнопкасын басып EWB жұмыс терезесіне алып шығып, a нүктесімен жалғаймыз(сур. 2.11). Сурет 2.11 Еlectronics Workbench программасында а нүктесін жерлестіру 11) Потенциалдарды өлшеу үшін Indicators пиктограммасынан вольтметр  таңдаймыз. Тышқанның сол жақ кнопкасын басып EWB жұмыс терезесіне алып шығамыз. Вольтметрдің бір жақ соңын а нүктесіне жалғап, басқа соңын b,c,d,e нүктелерінің біреуіне жалғаймыз. Мәселен, dнүктесімен(сур. 2.12). Сурет 2.12 Еlectronics Workbench программасында потенциалдар есептерінің тәжірибелік тексеруі 12) Тізбекті қосу үшін  кнопкасын басамыз, ол экранның оң жақ үстіңде орналасқан. Басқа нүктелердің потенциалын есептеу үшін вольтметрдің екінші соңын кезек-кезек басқа нүктелерге жалғап шығамыз. Өлшеулерді кестеге енгіземіз.Бақылау сұрақтары 1. Кирхгофтың бірінші заңын тұжырымда? 2. Кирхгофтың екінші заңын тұжырымда? 3. Қуат балансы деп нені айтады? 4. Потенциалдық диаграмма не үшін қажет? 5. Резистордағы тоққа қосылған кернеуді екі есе арттырса тоқ қалай өзгереді? 6. Үш резистор параллель жалғанған тізбектегі жалпы тоқ саны егер резистордағы тоқты екі есе төмендетсе қалай өзгереді? 7. Қоректендіру көзінің теріс қуаты нені білдіреді? 8. Қуат балансын құрғанда резистивті элементте теріс қуат бола алады ма? 9. Потенциал нүктелерінің бір э.қ.к. көзінен екіншіге ауысқандағы өзгеріп отыруы немен түсіндіріледі? Ұсынылған әдебиеттер Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Москва, Гардарики, 2000. Сборник задач по ТОЭ Под. ред. Л. А. Бессонова. Москва Методические указания к выполнению лабораторных работ. Электрические цепи постоянного тока. Жаутиков Б.А., Карманов С-К.Г., Айкеева А.А., КарГТУ 2003. СӨЖ үшін бақылау тапсырмалары [1, 2, 3] Тарамдалған сызықтық тұрақты тоқ электр тізбегінің кернеуі мен тоғының арасындағы қатынасқа сарап жасау. Кезекпе-кезек әдісі мен суперпозиция әдісін түсіну. [3] сәйкес зертханалық жұмыс бойынша отчет дайындау. Зертханалық жұмыс № 3 Тұрақты кернеу кезінде сызықты пассивті элементтері бар тізбектердің электрлік күйін зерттеу (2 сағат) Жұмыстың мақсаты: тоқ қабылдауыштарының тізбектей, параллель және аралас қосылысындағы электр тізбегінің жұмыс принципін талдау. Жалпы мәліметтер Жүктемелердің тізбектей қосылуы 3.1 суреті бойынша схемада тізбектей жалғанған үш резистор (олар арқылы бір ғана тоқ өтеді), U кернеуі мен энергияға қосылған.  Сурет 3.1. Кедергілердің тізбектей қосылуы Кирхгофтың екінші заңы бойынша тізбек үшін:  мұндағы  - барлық тізбектің жалпы кедергісі.Тізбектің жалпы қуаты:   .Жүктемелердің параллель қосылуы Схемада (сур. 3.2) резисторлар R1, R2, R3 параллель жалғанған (бір кернеудің астында) және U кернеу көзіне қосылған. Кирхгофтың бірінші заңы бойынша қарастырылатын тізбек үшін:   Сурет 3.2. Кедергілердің параллель қосылуы  ,мұндағы  - тармақ өткізгіштігіне тең тізбектің жалпы өткізгіштігі.Тізбектің жалпы қуаты:  , .Егер тізбекте параллель жалғанған екі кедергі болса, онда  немесе  ,  , . (3.1)Екінші тармақтың тоғы үшін де:  . (3.2)(3.1) және (3.2) формулалары жалпы тоқ белгілі болса, ажырасқан жерде тоқты оңай анықтауға мүмкіндік туғызады. Жүктемелердің аралас қосылуы Тізбекте (сур. 3.3 (а)) кейбір кедергілер параллель кейбіреулері тізбектей жалғанған. Мұндай тізбектегі тоқтар 3.3 суретінде көрсетілгендей тізбекті кезектеп жинақтау әдісімен есептелінеді:  ,                       Uab Ι4 U в) б) а) а R4  Сурет 3.3 Эквивалентті кедергіні есептеу схемасы Онда тізбектегі жалпы тоқ:  .Кернеу  (сур. 3.3 в). Қалған тоқтар: ,  .Қуатттар балансы Кез-келген электр тізбегінде қуат балансы болады. Энергия көздерінен алынатын қуат қосындысы әрқашан пайдаланылатын қуат қосындысына тең болады.  немесе  .Егер Еk көзінің бағыты мен Ik тоқ сәйкес келмесе, онда қозғалтқыш режимінде істеп, қуаты теріс мәнмен алынады. Жұмыстың мазмұны 1. Тармақталған және тармақталмаған электр тізбектерінің схемаларын жинау. 2. Тұрақты кернеу желісіне кернеу және тоқ мәндерін қосып, тік және жанама әдіспен өлшеулер жүргізу. Реостат тұтынатын қуатты өлшеу. 3. Тәжірибелік берілгендермен қуат балансын тексеру. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
