ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Методические указания к лабораторным работам для бакалавров по направлению 270800 «Строительство»

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ С ОСНОВАМИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Методические указания к лабораторным работам для бакалавров по
направлению 270800 «Строительство»

Тверь 2013

Лабораторные работы по курсу «Электроснабжение с основами электротехники» предназначены для практического ознакомления студентов с основами электроснабжения и электротехники.
Методическое указание соответствует требованиям Государственного образовательного Стандарта и охватывает основные разделы лекционного курса.
Лабораторные работы рассчитаны на подготовку бакалавров по направлению 270800 Строительство всех форм обучения.
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроснабжение с основами электротехники» обсуждены на заседании кафедры «Электроснабжение и электротехники»(протокол № от……)

Составители: Корнеев К.Б.
Романова Л.А.
Узикова Т.И.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И МЕТОДОВ РАСЧЁТА
ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ОДНИМ
ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ.

1. Цель работы.
1.1. Ознакомление с методами и погрешностями измерения токов, напряжений и сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра.

1.2. Расчёт линейных электрических цепей с одним источником питания.

1.3.Исследование мостовой цепи постоянного тока с резистивным датчиком.

2. Схема лабораторной работы и её описание.

Рисунок 1.1. Функциональный блок постоянного тока.

ВНИМАНИЕ! При выполнении лабораторной работы все выключатели неиспользуемые в работе должны быть выключены (тумблер вниз).

Для выполнения лабораторной работы собирается схема питания ЛАТРа ( TV2) – нижний конец ЛАТРа подключается перемычкой к фазе «В» и тумблер переключения пределов регулирования напряжения ЛАТРа в положение «0- 110» .
Напряжение на выходе ЛАТРа регулируется двумя переключателями: левый – с шагом 10В и правый – с шагом 1В. При этом левый переключатель имеет рабочее положение «0», «10», «20», а правый работает во всех положениях. Напряжение на выходе ЛАТРа устанавливается не более 20 25В.
При измерении U_СТ вольтметр PV1 и миллиамперметр РА3 в схеме после моста должны быть отключены.

Тумблер SA11 должен быть замкнут (верхнее положение).

Измерительный мост включается тумблером SA7 (верхнее положение).

3. Подготовка к работе

3.1. Начертить схему измерительного моста, показанную на рис. 2.

Рисунок 1. 2. Схема измерительного моста.

Таблица 1. Технические данные измерительного моста.

3.2. Рассчитать сопротивление уравновешенного моста, из условия равновесия моста: R1 R22 = R20 R23.
R1_Н.У = R1*(1+N) сопротивление неуравновешенного моста, где N – номер бригады.
3.3. Подготовить таблицы 1, 2, 3, 4.

4. Порядок выполнения работы.
4.1 Экспериментально проверить технические данные моста и записать в таблицу 1.
4.2 На функциональном блоке рис. 1.1 собрать схему измерительного моста, представленную на рис. 1. 2.
4.3 Рабочий режим моста. SA11 – вверх. Переключатель SA13 переключить в положение «2». Замкнуть (вверх) SA7. Переключатель ЛАТРа установить в диапазон «0 – 110» В. Регулируя напряжение ЛАТРом установить установить по синей шкале U = 20B Измерить рабочий режим уравновешенного и неуравновешенного моста: U_ab, I3, R24 результаты записать в таблицу 2.
Все выключатели перевести в нижнее положение.
4.4. Режим холостого хода. Напряжение U_X.X. измеряется в режиме холостого хода с резистором R24 вольтметром PV1 для уравновешенного и неуравновешенного моста. SA11 – вверх. Переключатель SA13 переключить в положение «3». Замкнуть (вверх) SA7. Результат записать в таблицу 3. Все выключатели перевести в нижнее положение.
4.5 Режим короткого замыкания. Ток I_K.3. измеряется в режиме короткого замыкания резистора R24. Переключатель SA13 установить в положение «1», амперметром PA3 измеряется ток короткого замыкания. SA11 – вверх. Замкнуть SA7 Результат записать в таблицу 3. Все выключатели в нижнее положение.

4.6. Установить рабочий режим (переключатель SA13 в положение «2»). Изменяя сопротивление R1, снять зависимость U_ВЫХ=F(R1) . Результаты записать в таблицу 4.
Таблица 2. Рабочий режим моста.

		PV1M	PA3
	R1, кОм	Uab, B	I3, мА	R24, кОм
Уравновешенный мост
Расчёт
Опыт
Неуравновешенный мост
Расчёт
Опыт

Таблица 3. Режим холостого хода и короткого замыкания

		PV1M	PA3
	I3,A	UX.X.,B	IК.З.,мА	RК.З.,кОм
Уравновешенный мост
Расчёт
Опыт
Неуравновешенный мост
Расчёт
Опыт

Таблица 4.Зависимость U_ВЫХ = f(R1)

5. Обработка результатов измерений.

5.1 Для измеренного U_ВХ. и R24 рассчитать в рабочем режиме уравновешенного и неуравновешенного моста I3 и U_ab (сопротивление амперметра принять R_A=0). Предварительно преобразовать треугольник сопротивлений в эквивалентную звезду

Результаты расчёта записать в таблицу 2.
5.2. Рассчитать ток I3 по методу эквивалентного генератора для уравновешенного и неуравновешенного моста теоретически и экспериментально.

Теоретически:

а. Начертить схему для определения Uх.х. при разомкнутой ветви с сопротивлением R24 и рассчитать это напряжение при заданных параметрах.

б. Начертить схему для расчета R_К.З. уравновешенного и неуравновешенного моста. Рассчитать R_к.з. – сопротивление относительно точек разрыва моста при закороченном источнике напряжения.

Результат записать в таблицу 3.
Экспериментально:
По результатам опыта холостого хода и короткого замыкания

5.2.По данным таблицы 4 построить зависимость U_ВЫХ = f(R1). По полученной кривой определить значение R1, при котором мост находится в равновесии.

5.3. Для полученной схемы составить баланс мощности.

5.4. Изучить устройство, принцип действия приборов магнитоэлектрической системы (составить конспект).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ, РЕЗИСТОРА И КОНДЕНСАТОРА.

1. Цель работы.
1.1. Определение параметров схемы замещения индуктивной катушки с магнитопроводом.
1.2. Изучение основных режимов работы электрической цепи при последовательном соединении R, L, C.
1.3. Изучение методов построения векторных диаграмм напряжений и токов.

2. Схема лабораторной установки.

Рисунок 2.1 Функциональный блок L1, R17.

Рисунок 2. 2 Функциональный блок L1, R17, C11.

На наборном поле представленном на рисунке 2.1 проводится эксперимент по определению параметров катушки.
На рисунке 2. 2 представлена схема последовательного соединения L1, R17, C11.
3. Подготовка к работе.
3.1 Начертить электрическую схему для определения параметров катушки индуктивности рис. 2.3 и электрическую схему последовательного соединения X_L, R17, C11 c включением измерительных приборов.
2.2 Заготовить таблицы 2.1 – 2.4

4. Порядок выполнения работы.
ВНИМАНИЕ!Проверить что бы все выключатели были выключены.
4. 1Определение параметров схемы замещения катушки индуктивности.
Собрать на наборном поле рис. 2.1 схему для определения параметров катушки индуктивности соответствующую рис.2.3

Рисунок 2.3 Электрическая схема определение параметров катушки индуктивности.

Рисунок 2.4 Электрическая схема последовательного соединения L; C; R.
Регулируя напряжение ЛАТРом, установить номинальный режим работы I_Н = 0,8А результаты измерений записать в таблицу 2.1

Таблица 2.1 Параметры схемы замещения катушки индуктивности.

Опытные данные	Расчётные значения
U,B	I,A	P,Вт	S,BA	Z,Oм	ХL,Oм	RК,Ом	φК,град.		L,Гн

4.2 Экспериментальная проверка расчётного значения ёмкости конденсатора , Срез. при котором в цепи наступает резонанс напряжений.
На наборном поле рис. 2.2 собрать схему последовательного соединения катушки индуктивности L₁, резистора R17, конденсатора С11, соответствующую рисунку 2.4.
ВНИМАНИЕ! Прежде, чем устанавливать Срез., необходимо установить напряжение меньше расчётного Uмин. и затем довести до расчётного. Тумблер SA4 должен находиться в выключенном положение (рычажок – вниз).
Установить по результатам расчёта табл. 2.2 Uмин. при номинальном токе не превышающем Iрез.= 0,8А. Экспериментально определить значение ёмкости при котором в последовательной цепи наступает резонанс напряжений. Результаты записать в таблицу 2.3.
Таблица 2.2 Расчёт резонансной ёмкости Срез.

Таблица 2.3 Экспериментальное определение Срез.

Экспериментальные значения	Расчёт
PV3	PA1	PW
U, В	I, A	P,Вт.	Срез. мкФ

4.3 Снять зависимость I = (C11) и = (C11), при Uмин.. Результаты измерений и расчётов записать в таблицу 2.4
Таблица 2.4 Зависимости I=F(C11) и = F(C11)

	PV3	PV2	PA1	PW	Расчёт
С11, мкФ	U,B		I,A	P,Вт	S,ВА

4.4 Определить расчётным путём значение и I в цепи при максимальном значении ёмкости конденсатора.

5. Обработка результатов измерений.

Резонанс:

Построить графики зависимости: I = (C11).
Для заданного режима работы построить векторную диаграмму тока и напряжения. Номер режима должен соответствовать номеру бригады.
Для этого же режима построить совмещенные графики мгновенных значений напряжения и тока.
Изучить устройство принцип действия приборов электромагнитной системы (подготовить конспект)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРЁХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЗВЕЗДОЙ.

1. Цель работы.
1.1. Исследование трёхфазной цепи при соединении потребителей звездой.
1.2. Изучение методов расчёта трёхфазных цепей при соединении потребителей звездой.

2. Схема лабораторной установки.

Рисунок 3.1. Функциональный блок система, соединённая звездой

В данной лабораторной работе исследуются трёхфазные системы с симметричной, несимметричной (равномерной) нагрузкой с нейтральным проводом и без нейтрального провода. На рисунке 3.2 представлена электрическая 4 – х проводная несимметричная система, на базе которой проводятся все эксперименты.

3. Подготовка к работе.
3.1. Изучить классификацию трёхфазных цепи.
3.2. Начертить электрические схемы для проведения опытов :

· 4 – х проводной симметричной активной нагрузки.

· 4 – х проводной равномерной нагрузки.

· 3 – х проводной равномерной нагрузки.

3.3. Начертить таблицы для проведения эксперимента и расчётные.

4. Порядок выполнения лабораторной работы.
4.1. Исследовать 4 – х проводную симметричную активную нагрузку,
R37 = R39 = R40, закоротив следующие элементы: R38, C11, L2 и R18. Замкнуть SA14; SA15.
Измерить фазные напряжения и ток фазы «С». Данные измерений записать в таблицу 3.1.

Таблица 3.1. 4 – х проводная симметричная нагрузка.

4.2. Исследовать 4 – х проводную равномерную систему.
Рассчитать параметры равномерной нагрузки. R18; XL2 берётся из Л.Р. №2. Результаты расчётов записать в таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Параметры равномерной нагрузки.

Набрать расчётное значение ёмкости С11. Разомкнуть перемычки шунтирующие элементы R38; C11; L2, R18. Измерить фазные напряжения, мощность, ток в нейтральном проводе. Рассчитать комплексные значения токов в фазах А, В, С и определить ток в нейтральном проводе. Результаты расчётов и измерений записать в таблицу 3.3.

Таблица 3.3. 4 – х проводная равномерная нагрузка.

4.3. Исследовать 3 – х проводную равномерную нагрузку.
Установить расчётное значения емкости С11. Отключить нейтральный провод (разомкнуть SA5), а общую точку ваттметров PW1, PW2 подключить к фазе «А». Убедиться в неравенстве фазных напряжений.
Рассчитать UnN напряжение смещения нейтрали, фазные напряжения и токи.
Рассчитать активную мощность трёхфазной цепи и сравнить с показаниями ваттметров P = PW1+PW2. Результаты измерений и расчётов записать в таблицу 3.4.

Таблица 3.4. 3 – х проводная равномерная нагрузка.
(Общая точка PW на фазу «А»)

5. Обработка результатов измерения.
5.1 4 – х проводная симметричная нагрузка:

5.2. 4 – х проводная равномерная нагрузка.
Условие равномерной нагрузки:

Приняв Zb = Zc, определяем значение С11 для получения равномерной нагрузки. R18; X_L2 берётся из Л.Р. №2.

+

5.3. 3 – х проводная равномерная нагрузка.

5.4. Для режимов работы 4.1; 4.2; 4.3 построить векторные диаграммы фазных напряжений совмещённые с векторными диаграммами токов.
5.5. Изучить (подготовить конспект) устройство, принцип действия приборов электродинамической системы, индукционной системы (счётчик электрической энергии).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4