Лабораторная работа Опытная проверка законов Кирхгофа, метода контурных токов
 Скачать 277.5 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Чайковский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ЧФ ПНИПУ) Кафедра АИИТ Лабораторная работа № 1. «Опытная проверка законов Кирхгофа, метода контурных токов». по дисциплине: Электроснабжение с основами электротехники. Дата проведения: Выполнил: студент группы ПГС- Проверил: 201_ год. Цель работы: проверить выполнение законов Кирхгофа, усвоить метод расчета цепей постоянного тока с помощью законов Кирхгофа, а также метод контурных токов и метод наложения. Ответить на контрольные вопросы: Определить количество независимых уравнений в системе для расчета цепи на основании законов Кирхгофа можно по формуле… Ветвью электрической цепи называют… 3. Контуром электрической цепи называют… 4. Контурный ток – это…  R1 А R5 В R2           R3 R4  Е1 R6 E2  С Д   Рис.1 Е1=15(В), Е2=10(В), сопротивления R1=47(Ом), R2=470(Ом),.R3=1(кОм), R4=680(Ом), R5=150 Ом, R6=100 Ом. Используя Ri и заданные ЭДС, рассчитать токи во всех ветвях цепи методом контурных токов. Ответить на контрольные вопросы: Суть метода наложения….. R1 А R5 В R2 R3 R4  Е1 E2  С Рис.2 Е1=15(В), Е2=5(В), сопротивления R1=47(Ом), R2=470(Ом),.R3=1(кОм), R4=680(Ом), R5=150 Ом. Используя закон Ома, рассчитать действительные значения сопротивлений R1-R5. Используя результаты расчетов R1-R5, заданные значения Е1 и Е2, методом наложения рассчитать токи во всех ветвях исходной цепи (Рис.2). Министерство образования и науки Российской Федерации Чайковский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ЧФ ПНИПУ) Кафедра АИИТ Лабораторная работа № 3. «Опытная проверка метода эквивалентного источника». по дисциплине: Электроснабжение с основами электротехники. Дата проведения: Выполнил: студент группы ПГС- Проверил: 201_ год. Лабораторная работа «Опытная проверка метода эквивалентного источника». Цель работы: экспериментальная проверка метода эквивалентного источника (генератора) и его применение для расчета линейных электрических цепей постоянного тока. 1. Подготовка к работе. Повторить: метод эквивалентного источника (генератора) для расчета линейных электрических цепей постоянного тока (Л.А.Бессонов "ТОЭ" стр.38-41. К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин, В.Л.Чечурин Теоретические основы электротехники, том 1, стр.267). Ответить на контрольные вопросы: Суть метода эквивалентного генератора: Активным называют двухполюсник… Преимуществом метода эквивалентного генератора по сравнению с другими методами расчета можно отметить: 2. Описание лабораторной установки. 1) учебный лабораторный комплекс ТОЭ1-Н-Р, 2) набор необходимых элементов, 3) приборы для измерения напряжений и токов. 3. Порядок выполнения экспериментальной части лабораторной работы. 3.1. Собрать электрическую цепь (Рис.1), содержащую источник Е=12(В), R1=470(Ом), R2=330(Ом), R3=1(кОм), R4=150(Ом), R5=680(Ом). R2 А R3        C Д  R1 I1  R5 K R4  В E  + -Рис.1 3.2. Исследование рабочего режима: ключ К-замкнут, резистор R1 находится в диагонали моста АВ. Произвести замеры: тока I1 (через резистор R1) в диагонали моста АВ, напряжения питающей сети UСД, напряжения диагонали моста UАВ, сопротивления R1.Результаты измерений занести в таблицу 1. Таблица 1
R1. = (Ом); RВХ = (Ом) 3.3. Исследование режима холостого хода: ключ К-разомкнут. Измерить токи плеч моста I2 и I5, напряжение питающей сети UСД, напряжение диагонали моста UАВ = Uхх, а также напряжения плеч моста UАС, UАД, UВС, UВД, входное сопротивление RВХ относительно разомкнутых зажимов АВ (источник Е–отключить, точки С и Д соединить накоротко). Результаты измерений занести в таблицу 1. 3.4. Исследование режима короткого замыкания: ключ К-замкнут, сопротивление R1-замкнуть накоротко. Измерить ток диагонали моста АВ I1=IКЗ, являющийся током короткого замыкания, измерить напряжение питающей сети UСД. Результаты измерений занести в таблицу 1. 4. Обработка результатов измерений. 4.1. По результатам рабочего режима проверить выполнение соотношений по закону Ома: R1= UАВ/I1. 4.2. Воспользовавшись теоремой об активном двухполюснике, определить ток I1 по результатам режима холостого хода: I1=UАВХХ/(RВХ+ R1). 4.3. По результатам режима короткого замыкания, определить ток короткого замыкания: IКЗ= UАВ ХХ/RВХ. 4.4. На основании измерений п.3.2 и п.3.3 рассчитать сопротивления R1, R2, R3, R4, R5. 4.5. Используя результаты измерений п.3.3 и п.3.4 рассчитать RВХ: RВХ =UАВ ХХ /IКЗ. 4.6. Используя результаты расчетов R1, R2, R3, R4, R5 и заданное Е, равное напряжению питающей сети, определить ток I1 методом эквивалентного генератора, сравнить полученный результат с результатами опытов. Начертить схемы для определения UАВ ХХ и RВХ 4.7. Сделать вывод по работе. Министерство образования и науки Российской Федерации Чайковский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ЧФ ПНИПУ) Кафедра АИИТ Лабораторная работа № 4. «Исследование неразветвленных цепей переменного тока». по дисциплине: Электроснабжение с основами электротехники. Дата проведения: Выполнил: студент группы ПГС- Проверил: 201_ год. Лабораторная работа «Исследование неразветвленных цепей переменного тока». Цель работы: закрепить знания, полученные в теоретической части курса, об элементах гармонической цепи, их параметрах, научиться измерять параметры отдельных элементов и параметры последовательных цепей, составленных из этих элементов. 1. Подготовка к работе. Повторить: полное сопротивление, треугольник сопротивлений; мощность в однофазных цепях переменного тока; построение векторных диаграмм (В.А.Прянишников "ТОЭ. Курс лекций" стр.74-90; Л.А.Бессонов " ТОЭ" стр.111-131; В.П.Попов "Основы теории цепей" стр.85-99. К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин, В.Л.Чечурин Теоретические основы электротехники, том 1, стр.177-200) Ответить на контрольные вопросы: 1. Угол между током и напряжением на активном сопротивлении равен: 2. Угол между током и напряжением на идеальной индуктивности равен: Индуктивное сопротивление определяют по формуле: 3. Угол между током и напряжением на идеальной емкости равен: Емкостное сопротивление определяют по формуле: 4. Реактивной мощностью называют ... 2. Описание лабораторной установки. 1) учебный лабораторный комплекс ТОЭ1-Н-Р, 2) набор необходимых элементов, 3) приборы для измерения напряжений и токов. 3. Порядок выполнения экспериментальной части лабораторной работы. 3.1. Собрать схему рис.1, где R1=680 Ом, С= 1 мкФ: R1 R1         RК     ZК R1  UВХ UВХ UВХ  С L CZК    Рис.1 Рис.2 Рис.3 3.2. Установить на звуковом генераторе входное напряжение UВХ=5В, f=0,5кГц. Замерить напряжения на элементах и ток в цепи; полученные значения записать в таблицу 1. 3.3. Установить на звуковом генераторе входное напряжение UВХ=5В, f=5кГц. Замерить напряжения на элементах и ток в цепи, полученные значения записать в таблицу 1. Таблица 1.
3.4. Собрать схему рис.2, где R1=680 Ом, с которым последовательно включена катушка индуктивности с L= 40 мГн и RК. 3.5. Измерить активное сопротивление катушки: RК = (Ом). 3.6. Повторить п.3.2 и п.3.3. 3.7. Собрать схему рис.3, где R1=680 Ом, с которым последовательно включена катушка индуктивности с L = 40 мГн. и RК:, а также конденсатор с емкостью С = 0,47 мкФ. Далее повторить п.3.2 и п.3.3. 4. Обработка результатов измерений. 4.1. Используя данные измерений рассчитать параметры элементов всех трех схем, а также мощности. __________ _______________ R=UR/I; XC=UC/I; XL=UL/I; UL=√UK2-(IRK)2; Z=√(R+RK)2+(XL-XC)2; φ = arctg[(XL-XC) / (R+RK)]; S=UI; P=UIcosφ; Q=UIsinφ. Расчеты свести в Таблицу 1. 4.2. На миллиметровой бумаге в удобном масштабе начертить векторные диаграммы токов и напряжений, треугольники сопротивлений и мощностей для каждой частоты (0,5 кГц и 5 кГц.). 4.3. Сделать вывод о влиянии частоты на параметры цепи. Министерство образования и науки Российской Федерации Чайковский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ЧФ ПНИПУ) Кафедра АИИТ Лабораторная работа № 5. «Исследование резонанса напряжений». по дисциплине: Электроснабжение с основами электротехники. Дата проведения: Выполнил: студент группы ПГС- Проверил: 201_ год. Лабораторная работа «Исследование резонанса напряжений». Цель работы: исследовать реакцию колебательного контура из последовательно соединенных элементов RLC на изменение частоты приложенного напряжения, неизменного по величине; получить навыки экспериментального исследования резонансных и частотных характеристик. 1. Подготовка к работе. Повторить: условия возникновения резонанса напряжений; понятия резонансной частоты, добротности, полосы пропускания; амплитудно-частотные характеристики, фазо-частотные характеристики; построение векторных диаграмм. (В.А.Прянишников «ТОЭ. Курс лекций» стр.149-163; Л.А.Бессонов «ТОЭ» стр.137-140; В.П.Попов «Основы теории цепей» стр. 158-174, К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин, В.Л.Чечурин Теоретические основы электротехники, том 1, стр.302-318). Ответить на контрольные вопросы: 1. Резонансом напряжений называют… 2. Построить для схемы, предложенной в настоящей лабораторной работе, векторную диаграмму токов и напряжений для случая, когда в цепи наблюдается резонанс напряжений. 2. Описание лабораторной установки. 1) учебный лабораторный комплекс ТОЭ1-Н-Р, 2) набор необходимых элементов, 3) приборы для измерения напряжений и токов. 3. Порядок выполнения экспериментальной части лабораторной работы. 3.1. Собрать схему (Рис.1), где L=10 мГн; R=100 Ом; C=1 мкФ: I URк UL    R RK XL      UR UK      UBX XC UC    Рис. 1. 3.2. Измерить активное сопротивление катушки: RК = (Ом). 3.3. Установить на звуковом генераторе входное синусоидальное напряжение UВХ = 5В. 3.4. Замерить напряжения на элементах и ток в цепи при изменении частоты от 0,7 до 2,1 кГц, с «шагом» 0,2 кГц. Полученные значения записать в Таблицу 1. Таблица 1
3.5. По измеренным данным определить частоту, при которой наблюдается наибольший ток. Постепенно уменьшая шаг изменения частоты генератора в области этой частоты, определить значение резонансной частоты f0. Если ее значение определено верно, то даже при незначительном изменении частоты питающего напряжения в меньшую или большую строну, входной ток цепи уменьшится. При резонансной частоте определить все необходимые параметры и занести их в таблицу 1. 4. Обработка результатов измерений. 4.1. Используя данные измерений рассчитать параметры элементов схемы в соответствии с таблицей. _________ ________________ UL= √ UK2-(RkI)2 ; φ=arctg((XL-XC)/(R+RK)); Z = √ (R+RK)2+(XL-XC)2 ; XL=UL/I; XC=UC/I. 4.2. На миллиметровой бумаге на первых координатных осях построить резонансные кривые UL(f); UC(f); I(f) и проанализировать их. 4.3. Построить на вторых координатных осях частотные характеристики (R+Rк)(f), XL(f), XC(f), Z(f) и проанализировать их. 4.4. На третьих координатных осях построить зависимость φ(f) и проанализировать ее. 4.5. Определить добротность контура: Q = ULрез/U = UCрез/U. 4.6. Сделать вывод по работе. Министерство образования и науки Российской Федерации Чайковский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ЧФ ПНИПУ) Кафедра АИИТ Лабораторная работа № 6. «Исследование трехфазной цепи при соединении фаз нагрузки звездой». по дисциплине: Электроснабжение с основами электротехники. Дата проведения: Выполнил: студент группы ПГС- Проверил: 201__ год Лабораторная работа «Исследование трехфазной цепи при соединении фаз нагрузки звездой». Цель работы: исследование распределения токов и напряжений в трехфазных цепях, соединенных «звездой» в различных режимах работы. 1. Подготовка к работе. Повторить: общие положения теории трехфазных цепей, трехфазные цепи при соединении фаз нагрузки «звездой» в симметричном и несимметричном режимах работы, принципы построения векторных диаграмм (В.А.Прянишников "ТОЭ.Курс лекций" стр.248-256; Л.А.Бессонов " ТОЭ" стр.176-186; К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин, В.Л.Чечурин Теоретические основы электротехники, том 1, стр.321-325). Письменно ответить на контрольные вопросы: При каком способе соединений трехфазных цепей фазные токи одновременно являются линейными? При каком способе соединений трехфазных цепей фазные напряжения одновременно являются линейными? ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... Может ли трехфазная система, в которой приемник и генератор соединены звездой, работать без нейтрального провода? ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... Ток нейтрального провода в цепи, где генератор и приемник соединены звездой, равен нулю. Означает ли это, что система фазных напряжений на нагрузке симметрична? ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... 2. Описание лабораторной установки. а) лабораторный стенд, в который входят три одинаковых резистора с сопротивлением R = 1 кОм, конденсатор с емкостью С = 1 мкФ; б) источник трехфазного напряжения, в) приборы для измерения напряжений и токов. 3. Порядок выполнения экспериментальной части лабораторной работы. 3.1. Исследовать распределение токов и напряжений в симметричной трехфазной цепи без нейтрального провода: 3.1.1. Собрать схему, где в качестве нагрузки будут использованы три одинаковых резистора с сопротивлением R = 1 кОм. (Рис.1) IA А    R   0`R R    IC С В  IB Рис.1 Измерить на источнике фазные напряжения: ЕА = ЕВ = ЕС = (В). 3.1.3. Измерить фазные токи IА,IВ,IС, фазные напряжения на нагрузке UА,UВ,UС, линейные напряжения UАВ, UВС, UСА. Результаты занести в таблицу 1. Таблица 1
3.2. Исследовать распределение напряжений и токов в несимметричном режиме резистивной нагрузки, результаты занести в таблицу 1: 3.2.1. Режим обрыва фазы В - измерить IА,IС, UА,UВ,UС, UАВ,UВС,UСА. 3.2.2. Короткое замыкание фазы В – измерить фазные токи, фазные и линейные напряжения. 3.3. Исследовать цепь с включенным (вместо резистора) в фазу А конденсатором С=1мкФ, результаты занести в таблицу 1: 3.3.1. Рабочий режим - измерить IА,IВ,IС, UА,UВ,UС, UАВ,UВС,UСА. 4. Обработка результатов измерений. _ 4.1. Определить, выполняется ли соотношение Uл = √3Uф . 4.2. Рассчитать проводимости фаз цепи. Проводимость – это величина, обратная сопротивлению (YA=1/ZА; YA=IА/UА и т.д.). 4.3. По результатам расчетов и данных опытов рассчитать комплексными числами напряжение смещения нейтрали для режимов: обрыв в фазе В при резистивной нагрузке, рабочий режим с конденсатором в фазе А, по формуле: U00`=(ЕАYA+ЕВYВ+ЕСYС)/(YA+YВ+YС), принимая во внимание то, что ЭДС трех фаз сдвинуты относительно друг друга на 120о; угол между током и напряжением на активном сопротивлении равен нулю, а на емкости напряжение отстает от тока на 90о. Принять напряжение смещения нейтрали при симметричной нагрузке равным нулю; напряжение смещения нейтрали в режиме короткого замыкания фазы В равным ЕВ. 4.4. Рассчитать токи фаз в несимметричных режимах по формулам и сравнить с данными опытов. IА=(ЕА-U00`)/ZА=(ЕА-U00`)YA; IВ=(ЕВ-U00`)/ZВ=(ЕВ-U00`)YВ; IС=(ЕС-U00`)/ZС=(ЕС-U00`)YС. 4.5. На миллиметровой бумаге построить с соблюдением масштаба векторные диаграммы токов и напряжений для четырех исследованных режимов. 4.6. Сделать вывод по работе. Министерство образования и науки Российской Федерации Чайковский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ЧФ ПНИПУ) Кафедра АИИТ Лабораторная работа № 7. «Исследование работы полупроводникового диода». по дисциплине: Электроснабжение с основами электротехники. Дата проведения: Выполнил: студент группы ПГС- Проверил: 201_ год. Лабораторная работа «Исследование работы полупроводникового диода». Цель работы: экспериментально построить прямую и обратную ветви вольт-амперной характеристики (ВАХ) полупроводникового диода. 1. Подготовка к работе. Рекомендуемая литература: Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника. – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2002; Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций. СПб.: «КОРОНА принт», 2000. Сиренький И.В. Электронная техника. СПб.: «Питер», 2000. Ответить на контрольные вопросы: Почему характеристика обратного тока выпрямительного диода, снятая при комнатной температуре, отличается от идеальной характеристики рп-перехода? …………………………………………………………………………………………………….. Что означает маркировка: КС196А? …………………………………………………………………………………………………….. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||