Кафедра Электрификации и автоматизации

Министерство сельского хозяйства

Федеральное образовательное учреждение высшего профессионального образования

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – МСХА имени К.А.ТИМИРЯЗЕВА

(ФГОУ ВПО РГАУ – МСХА имени К.А.ТИМИРЯЗЕВА)

КАФЕДРА ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ

КОЧЕТКОВА Ю.А.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ

           (ДЛЯ СТУДЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА)

 

 

Москва 2011

 

 

Подготовлено в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению 260100 «Технология производства продуктов питания из растительного сырья».

 

Данное пособие подготовлено на кафедре Электрификации и автоматизации и предназначено для оформления лабораторных работ по курсу «Электротехника и основы электроники» для студентов технологического факультета. Темы соответствуют  основным разделам программы: цепи постоянного тока, цепи синусоидального тока, трехфазные электрические цепи, машины постоянного тока, машины переменного тока,  электроизмерительные приборы.

При выполнении каждой лабораторной работы на стенде в условиях лаборатории студент собирает электрическую схему, выполняет измерения в соответствии с « Методическими указаниями по выполнению лабораторных работ» по данному курсу. При оформлении работы ему предлагается по итогам эксперимента выполнить расчеты, пользуясь данными эксперимента, построить графики, диаграммы, сделать выводы.

Для самопроверки по теме студенту предлагается ответить на контрольные вопросы, приведенные в конце каждой лабораторной работы.

Данное пособие позволит студентам эффективнее усвоить материал, окажет существенную помощь при подготовке к экзамену.

 

В пособии использованы материалы, разработанные на кафедре ТОЭ Московского агроинженерного университета им. В.П.Горячкина.

 

                                                     

 

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ.

Цепь постоянного тока

Цель работы: Исследование режимов работы неразветвленной электрической цепи постоянного тока, представленной активным сопротивлением R17, определение электрических параметров схемы.

 

Порядок выполнения работы.

1. Собрать электрическую схему, представленную на рис 1.2.

2.  Исследовать режимы работы неразветвленной электрической цепи постоянного тока. Снять показания приборов. Полученные результаты занести в таблицу 1. Недостающие величины рассчитать и занести в таблицу1.1.

Таблица 1.1

	Измерить			Рассчитать				Режим
	U1, В	U2,В	I,А	Р1,Вт	Р2,Вт	ΔР,Вт	η,
1 R=								Х.х.
2 R=								Нагрузка
3 R=								Нагрузка
4 R=								Нагрузка
5 R=								Нагрузка
6 R=								Нагрузка
7 R=								К.з.

 

Рассчитать:

 

Р1=                                                           Р2=

     

ΔР=                                                           η=

3. По данным измерений построить зависимости I= f (R) и U 1, U 2, P 1,P2,ΔР, η в функции тока. Исследуя графики, проанализировать режимы работы неразветвленной цепи.

 

Выводы по работе:

1.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные обозначения и единицы измерения величин, принятые в электротехнике.

2. В каком случае ЭДС источников участка записываются со знаком.

3. Что является пассивным, активным участком цепи.

4. В каком случае разность мощностей источника и нагрузки (приемника) цепи  равна 0?

Цепь переменного тока.

Цель работы: Экспериментальная проверка и анализ основных положений теории линейных электрических цепей синусоидального тока.

 

Порядок выполнения работы.

1. Собрать монтажную схему с активным сопротивлением. Снять показания приборов. Результаты измерений занести в таблицу 1.2.

Таблица 1.2.

 

	U,В	I,А	P,Вт	Рассчитать
Uвх=				R=	G=
Uвх=

 

 

Таблица 1.2а.

 

 

	U,В	I,А	QL,ВАр;	Рассчитать
Uвх=				L=	XL=
Uвх=

 

Таблица 1.2б.

 

	U,В	I,А	Qc,ВАр	Рассчитать
Uвх=				С=	Xc=
Uвх=

 

R=                                                                    G=

 

L=                                                                    XL=

 

C=                                                               Xc=

 

2. Собрать монтажную схему с индуктивностью. Снять показания приборов. Опыт повторить 2 раза при разных значениях напряжения на входе. Результаты измерений занести в таблицу 1.2а. Определить индуктивность цепи L2

3. Собрать монтажную схему с емкостью. Снять показания приборов. Результаты измерений занести в таблицу 1.2б. Определить емкость цепи С1.

 

4. Для каждого случая построить векторную диаграмму тока и напряжения.

 

Выводы по работе:

1.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы.

1. Что является активным, реактивным элементами в цепи переменно­
го тока.

2. Как экспериментально определить параметры элементов в це­пи переменного тока?

3. Что понимают под активной, реактивной и полной мощностью? Назовите еди­ницы их измерения.

4. Приведите формулы для расчета активных и реактивных проводимостей и со­противления цепи синусоидального тока.

5. Приведите векторные диаграммы простейших элементов в цепи перемен­ного тока.

Работа зачтена.

                        Дата_________________Оценка_________________

 

Лабораторная работа 2

Работа зачтена.

                        Дата_________________Оценка_________________

 

Лабораторная работа 3

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ

Цель работы — ознакомиться с трехфазными системами переменного тока и соотношениями между линейными и фазными токами и напряжениями

Порядок выполнения работы.

1.Трехфазная цепь, соединенная по схеме «звезда»

1. Собрать цепь в соответствии с составленной схемой звезда с нейтральным проводом (Рис.3.1). Исследовать симметричный и несимметричный режимы работы цепи. Сделать замеры. Полученные данные занести в таблицу 3.1

 

 

Рис. 3.1 Соединение потребителей по схеме «звезда»

 

2. Собрать цепь в соответствии с составленной схемой треугольник и подключить ее к источнику (Рис.3.2). Исследовать симметричный и несимметричный режимы работы цепи. Сделать замеры. Полученные данные занести в таблицу 3.2.

 

 

Рис.3.2 Соединение потребителей по схеме «треугольник»

Выводы по работе:

1.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

«ЗВЕЗДА»                                                                                                           Таблица 3.1

Режим

Измерить

Рассчитать

UАВ, В

UВС, В

UАС, В

UАN, В

UВN, В

UСN, В

IA, А

IB, А

IC, А

IN, А

RА, Ом

RВ, Ом

RС, Ом

РА, Вт

РВ, Вт

РС, Вт

Р, Вт

сим. с N

сим. без N

сим. обрыв

н/сим. c N

н/сим. без N

н/сим. обрыв

                       «ТРЕУГОЛЬНИК»                                                                                           Таблица 3.2

Режим

Измерить

Рассчитать

UАВ, В

UВС, В

UАС, В

IАВ, А

IВС, А

IАС, А

IA, А

IB, А

IC, А

RА, Ом

RВ, Ом

RС, Ом

РА, Вт

РВ, Вт

РВ, Вт

Р, Вт

сим.

сим. обрыв

н/сим.

н/сим. обрыв

Контрольные вопросы

 

1. В чем заключаются преимущества трехфазной системы перед однофазной?

2.Какая схема трехфазного источника чаще всего используется в электротехнике и почему?

3.Как называются провода, соединяющие трехфазный источник с нагрузкой.

4. Назовите способы соединения фаз источника э.д.с. и нагрузки в трехфазной цепи.  

5. Поясните назначение нейтрального провода при несимметричной нагрузке.

6. Напишите соотношения между фазными и линейными напряжениями при соединении потребителей звездой

7. Начертите схему трехфазной цепи при соединении обмоток генератора и нагрузки «треугольником».

8. Запишите соотношения между фазными и линейными токами при соединении нагрузки «треугольником».

9. Что такое симметричный режим трехфазной цепи?

10. Чему равен ток в нейтральном проводе при симметричном режиме.

11. Запишите формулы для определения активной, реактивной и полной мощности трехфазной цепи при симметричном режиме.

12. Начертите векторную диаграмму токов для трехфазной цепи, соединенной «треугольником», при симметричном режиме.

 

Работа зачтена.

                        Дата_________________Оценка_________________

 

 

Лабораторная работа 4.

Работа зачтена.

                        Дата_________________Оценка_________________

 

Лабораторная работа №5

Программа работы.

1. Провести опыт холостого хода. Данные занести в таблицу 5.1.

 

Рисунок 5.1 Схема замещения трансформатора (холостой ход)

Объясните рис.5.1

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Таблица 5.1

Данные опыта холостого хода

№	Измерить				Вычислить
	U1, B	I0, A	P0, Bт	U20, B	R0	X0	Z0	Cosφ	n
1
2
…

 

 

     Вычислить:

 

     R0=

 

X0=

 

Z0=

 

Cosφ=

 

n=

 

Величины, соответствующие номинальному первичному напряжению U1_HOM, следует выделить, например, подчеркнув их жирной линией. По данным таблицы построить характеристики х. х. трансформатора (на общей координатной сетке I0, P0, cosφ0 функции U1). На характеристиках отметить точки Iо.ном, Pо.ном и cosφ.ном, соответствующие номинальному напряжению U1ном.

Графики:

 

 

2. Провести опыт короткого замыкания. Данные занести в таблицу 5.2.

 

Рисунок 5.2 Схема замещения трансформатора (короткое замыкание)

Объясните рис.5.2

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

 

Таблица 5.2

Данные опыта короткого замыкания

№	Измерить			Вычислить
	UК,В	I1К, А	PК,Вт	UК.А, %	UК.Р, %	RК, Ом	XК, Ом	ZК, Ом	Cosφ
1
2
3

 

Вычислить:

 

U_К.А, =

 

U_К.Р, =

 

     R_К=        

 

     X_К=

 

     Z_К=

 

     Cosφ=

 

По данным таблицы построить характеристики к. з. (на общей коорди­натной сетке I₁к, Pк, cos в функции U_K). На характеристиках отметить точки Uкном, Рк. ном, соответствующие току к.з. Iк = I₁ном.

Графики:

 

3. Исследование рабочих характеристик

Провести опыт. Данные занести в таблицу 5.3.

Таблица 5.3

Рабочие характеристики

№	RН, Ом	Измерить
		U1, В	I1, А	P1, Вт	U2, В	I2, А
1	-
2
3
4

По данным таблицы 5.3 построить внешнюю характеристику трансформатора.

 

Внешняя характеристика трансформатора.

 

 

Паспорт трансформатора. S=100ВА, U1=220В, U2 =110В, R1=R2=R3= 50 ОМ, R4=R5=R6=R7=R8=R9=22Ом, η= 87%.

4. Зависимость КПД трансформатора от нагрузки. Для заданных преподавателем значений коэффициента мощности нагрузки (cosφ_н=1, cosφ_н=0.8-индуктивный характер нагрузки) используя паспортные данные, данные опыта короткого замыкания и холостого хода рассчитать и построить зависимость h = f(β). Данные расчётов занести в таблицу 4. Для cosφ_н=1 и значений сопротивлений нагрузки установленных на стенде определить h экспериментально.

 

Таблица 5.4

Β		0,25	0,5	0,75	1,0	1,2
h	Cosφ2=1
	Cosφ2=0,8

 

По данным таблицы5.4 построить график h = f(β).

 

 

Выводы по работе:

 

1.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.____________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Опишите устройство и принцип действия однофазного трансформатора?

2. Как определяют коэффициент трансформации трансформатора?

3. Объясните устройство сердечника трансформатора.

4. Назовите виды потерь энергии в трансформаторе.

5. Для каких целей проводят опыты холостого хода и короткого замыкания?

6. Объясните схему опыта холостого хода трансформатора и перечислите, параметры, которые можно определить в этом опыте

7.Почему в опыте холостого хода потерями мощности в обмотках можно пренебречь?

8. Объясните схему опыта короткого замыкания трансформатора и перечислите, параметры, которые можно определить в этом опыте

9.Почему в опыте короткого замыкания магнитными потерями можно пренебречь и считать показание ваттметра равным электрическим потерям в обмотках?

10. Что такое напряжение короткого замыкания?

10. Что такое внешняя характеристика трансформатора??

11. Как рассчитать кпд трансформатора?

12. Как определяется баланс мощностей трансформатора?

13. Какой характер имела нагрузка в рабочем режиме?

Работа зачтена.

                        Дата_________________Оценка_________________

 

 

Лабораторная работа № 6

Программа работы.

а). Прямой пуск

Осуществить прямой пуск двигателя при разной нагрузке

Заполнить таблицу 6.2 (для прямого пуска). В таблице выделить пограничные значения для тока и напряжении.

Таблица 6.2

Прямой пуск

	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	Ki	нагрузка
T, сек
V, В									Max
I, А
n,об/мин
V, В									Avg
I, А
n,об/мин
V, В									Min
I, А
n,об/мин

 

б). Реверсирование двигателя:

Осуществить реверсирование двигателя при разной нагрузке

Заполнить таблицу 6.2а (для реверса). В таблице выделить пограничные значения для тока и напряжении.

Таблица 6.2а

Реверс

	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	нагрузка
T, сек
V, В								Max
I, А
n,об/мин
V, В								Avg
I, А
n,об/мин
V, В								Min
I, А
n,об/мин

 

По данным т.аблиц построить графическую зависимость изменения тока, напряжения и скорости пи при прямом пуске и при реверсе, выбрав характер нагрузки.

Графики:

Прямой  пуск                                                                                Реверс

 

 

По паспортным данным рассчитать скольжение(s), присоединенную мощность ( Р_прис) и полную мощность ( S) электродвигателя.

 

Расчеты:

 

s=

 

Р=

 

S=

 

Оформить отчет.

Выводы по работе:

 

1.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.____________________________________________________________________________________________________________________________

Работа зачтена.

                        Дата_________________Оценка_________________

 

Контрольные вопросы

1. Каково устройство асинхронного двигателя?

2. Принцип действия асинхронного двигателя.

3. Дайте определение коэффициента скольжения асинхронного двигателя.

4. Что такое реверс и как он осуществляется?

5. Как определяется число пар полюсов асинхронной машины?

6. Что относится к номинальным параметрам двигателя?

7.Какие существуют способы соединения обмоток двигателя и как осуществить их выбор?

 

 

Лабораторная работа № 8

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Цель работы — изучить устройство, схемы включения счетчика электрической энергии. Изучить основные методы измерения активной мощности в цепях переменного тока.

 

Рис.1. - Устройство и схема включения однофазного счетчика в электрическую сеть

1.-                                        2.-                                 5.-

 

7.-                                        8.-                                 10.-

 

11.-

 

Рис. 2 - а - способы включения амперметров в сеть; б- устройство трансформатора тока

Программа работы.

1. Изучить устройство, принцип действия однофазного счетчика электрической энергии.

2. Изучить электрическую цепь, представленную на стенде

4. По секундомеру замерить время, в течение которого диск сделает n (3,5,7) оборотов. Данные занести в т.1.

 

Таблица 1.

Р, кВт

U, В

I, А

Cosφ

Р2, кВт

n, об.

t, с

С, об/кВТ*ч

P1, кВт

Δ1, Вт

σ1, %

Δ2, Вт

σ2, %

 

Рассчитать:

 

P₁₌                                                                         Р2=

 

 

    Δ1=                                                                 σ1=

 

 

Δ2=                                                               σ2=

 

 

Выводы по работе:

1.___________________________________________________________________________________________________________________________________2.___________________________________________________________________________________________________________________________________3.______________________________________________________________________________________________________________________________

б). Измерение активной мощности в цепях переменного тока.

                                         

Рис. 6 Схема включения ваттметра в однофазную цепь переменного тока и векторная диаграмма

Описать:

 

 

                                   

Рис. 7. Схемы включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь при полной симметрии: а — нагрузка соединена звездой и нулевая точка доступна; б — нагрузка соединена треугольником

Описать:

 

 

                                      

Рис. 8. Схема включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь с недоступной нулевой точкой при полной симметрии

Описать:

 

 

                        

 

                                      

                                

Рис. 9 Схема включения двух ваттметров в трехфазную трехпроводную цепь (а) и векторная диаграмма (б).

Описать:

 

 

                                          

Рис. 10. Двухэлементный ферродинамический измерительный механизм.

Описать:

 

 

                       

Рис 13. Схема включения трех ваттметров в трехфазную трехпроводную цепь.

Описать:

 

                                 

Рис. 14. Трехэлементный ферродинамический измерительный механизм.

Описать:

 

1. Собрать схему. Снять показания приборов. Данные занесите в таблицу 2

 

Таблица 2

Измерить

Рассчитать

UА, В

UВ, В

UС, В

IА, А

IВ, А

IС, А

PW1 (PW2), Вт

PW, Вт

Р, Вт

РА, Вт

РВ, Вт

Рс, Вт

Р1, Вт

 

2. Сравнить полученные результаты с показаниями цифрового прибора PW.

3. Рассчитать абсолютную (Δ) и относительную (σ) погрешности для PW1, P, Р1. Данные занести в таблицу 3.

Таблица 3

№	Погрешность		Примечание
1	ΔР1=	σР1=
2	ΔР2=	σР2=
3	ΔРW1=	σРW1=

Рассчитать:

 

Р=                                             РА=

 

РВ=                                                                Рс=

 

Р1=

 

ΔР=                                          ΔР=

 

ΔР1=                                        σР=

 

ΔР_W1=                                           σР_W1=

 

Выводы по

1.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Как устроен однофазный счетчик электрической энергии?

2. Как работает однофазный счетчик электрической энергии?

3. Что такое передаточное число счетчика?

4. Для чего служит трансформатор тока?

5. Устройство трансформатор тока?

6.Что такое передаточное число трансформатор тока?

7. Как устроен двухэлементный ферродинамический измерительный механизм?

8. Как осуществить измерение мощности методом одного прибора?

9. Как осуществить измерение мощности методом двух приборов?

10. Как осуществить измерение мощности методом трех приборов?

11.Что такое абсолютная погрешность прибора?

12. Что такое относительная погрешность прибора?

13. Что такое приведенная погрешность прибора?

14. Определите абсолютную погрешность амперметра в цепи с током 5 А, если он показывает 4,9 А.

15.  Определите относительную погрешность измерений напряжения 220 В вольтметром с верхней границей диапазона измерений 250 В, если он показывает 217,5 В.

 

Работа зачтена.

                        Дата_________________Оценка_________________

 

 

Список литературы.

 

1. Беневоленский С.Б., Марченко А.Л. Основы электротехники. — М.: Физматлит, 2006.

2. Воробьев В.А. Электрификация и автоматизация сельскохозяйственного производства.М. «КолосС», 2005-279с.

3.Григораш Г.А. и др. Электротехника и электроника. — К.: КГАУ, 2006.

4. Горбунов А.Н. и др. Электротехника. — М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2005.

5. Кравцов А.В.,Меренков А.А., Соболев А.В. Теоретические основы электротехники: Журнал лабораторных работ/ Под общ. ред. проф. Соболева А.В. – М.ФГОУ ВПО МГАУ, 2008 – 45 с.

6. Михальцов А.П., Мрочек В.И. и др. Методические указания к выполнению лабораторных работ на стендах. НТП «Центр». Могилев, 2007.

 

Министерство сельского хозяйства

Федеральное образовательное учреждение высшего профессионального образования

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – МСХА имени К.А.ТИМИРЯЗЕВА

(ФГОУ ВПО РГАУ – МСХА имени К.А.ТИМИРЯЗЕВА)

КАФЕДРА ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ

КОЧЕТКОВА Ю.А.