Лабораторные по дисциплине Электротехника для группы 1А

Лабораторная работа №1

Тема: Измерение электроемкости конденсатора.

Цель работы: 1. Изучить методы измерения емкости конденсатора.

2. Проверить экспериментальные данные расчетным путем.

Норма времени: 2 часа.

Оборудование:

1. Набор конденсаторов (0,2; 0,5; 1,0 мкФ).

2. Мультиметр или микроамперметр на 100 мкА.

3. Источник электропитания 4 В постоянного тока.

4. Переключатель однополосной.

5. Комплект соединительных проводов.

Литература: 1. Учебник В.М. Прошин «Электротехника» М. «Академия», 2012г. . – 288 с.

2. Учебное пособие. В.М.Прошин «Лабораторно-практические работы по электротехнике». М. «Академия», 2009г. -188с.

Объект и средства испытания.

Если заряжать конденсатор постоянной емкости от одного и того же источника постоянного напряжения, а затем разряжать его через микроамперметр, то стрелка микроамперметра всякий раз будет отклоняться по шкале на одно и тоже число делений. При конденсаторах другой емкости отклонение стрелки микроамперметра будет иным. Имея конденсатор известной емкости, можно на опыте убедиться, что емкость конденсатора C прямо пропорциональна числу делений n, на которое отклоняется стрелка микроамперметра и коэффициенту пропорциональности:

Отсюда легко определить коэффициент пропорциональности:

выражающий собой электроемкость, соответствующую одному делению, зная коэффициент, можно по отклонению стрелки микроамперметра определить емкость любого другого конденсатора.

Порядок выполнения работы.

1. Подготовить в тетради таблицу №1 для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица №1

2. Составить электрическую цепь по схеме.

3. Зарядить конденсатор. Для этого соединить его на короткое время с источником тока (положение I). Затем, наблюдая за микроамперметром, быстро переключить конденсатор на микроамперметр (положение II) и заметить максимальное отклонение стрелки с точностью 0,1. Опыт проделать несколько раз и вычислить коэффициент пропорциональности k.

4. Выполнить опыт с конденсатором другой емкости и по полученным данным вычислить среднее значение . Результаты измерений и вычислений занести в таблицу №1.

5. Включить в электрическую цепь два конденсатора известной емкости сначала параллельно, а затем последовательно и определить на сколько делений n отклоняется стрелка измерительного прибора в этом случае. Зная коэффициент k, вычислить C. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу №2.

Таблица №2

6. Вычислить по стандартным формулам () общую емкость конденсаторов при параллельном и последовательном соединении и сравнить результаты схем, которые были получены на опыте.

Контрольные вопросы:

1. Что такое конденсатор?

2. Устройство простейшего конденсатора.

3. Чем отличается конденсатор от источника электрического тока?

Лабораторная работа №2

Тема: Расчет конденсаторов при их смешанном соединении.

Цель работы: 1. Научиться производить расчет смешанного соединения конденсаторов.

2. Научиться подбирать конденсаторы под заданную емкость.

Норма времени: 2 часа.

Оборудование:

1. Набор конденсаторов.

Литература: 1. Учебник В.М. Прошин «Электротехника» М. «Академия», 2012г. . – 288 с.

2. Учебное пособие. В.М.Прошин «Лабораторно-практические работы по электротехнике». М. «Академия», 2009г. -188с.

Объект и средства испытания.

Смешанное соединение конденсаторов применяют тогда, когда необходимо увеличить емкость и рабочее напряжение конденсаторов.

Общая емкость двух параллельно соединенных конденсаторов определяется по формуле:

Если параллельно включены m одинаковых конденсаторов емкостью каждый, то общая емкость этих конденсаторов:

Емкость двух последовательно включенных конденсаторов:

Если последовательно включены n одинаковых конденсаторов емкостью каждый, то общая емкость этих конденсаторов:

Для того чтобы напряжение на каждом конденсаторе не превышало его рабочего U_раб, есть возможность соединить несколько конденсаторов последовательно, так как при последовательном соединении

то количество последовательно соединенных конденсаторов можно определить по формуле:

Порядок выполнения работы.

Задание 1. Вычислить общую емкость цепи конденсаторов изображенной на рисунке.

Емкости конденсаторов представлены в таблице №1.

Таблица №1

В отчете записать все расчеты.

Задание 2. Определить какое количество конденсаторов одинаковой емкости, и в какой последовательности их соединить, чтобы получить заданную общую емкость. Собрать полученную схему соединения конденсаторов. Все необходимые данные для расчетов предоставлены в таблице №2.

Таблица №2

Контрольные вопросы:

1. От чего и как зависит емкость плоского конденсатора?

2. Назовите пример практического применения конденсатора.

Лабораторная работа №3

Тема: Ознакомление с основными электромеханическими измерительными приборами и методами электрических измерений.

Цель работы: 1. Изучить основные характеристики измерительных приборов (цена деления, номинальная величина, погрешности измерения).

2. Изучить методы измерений тока, напряжения, мощности и сопротивления с помощью измерительных приборов.

Норма времени: 2 часа.

Оборудование:

1. Амперметр (от 0 до 2А).

2. Мультиметр в режиме вольтметра и омметра.

3. Реостат

4. Источник электропитания 4 В постоянного тока.

5. Переключатель однополосной.

6. Комплект соединительных проводов.

Литература: 1. Учебник В.М. Прошин «Электротехника» М. «Академия», 2012г. . – 288 с.

2. Учебное пособие. В.М.Прошин «Лабораторно-практические работы по электротехнике». М. «Академия», 2009г. -188с.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать ЭЦ по схеме. В качестве нагрузки использовать резистор R₁.

2. Поочередно установить ручку реостата в трех разных положениях (в каждом положении ручки реостата при отключенной цепи снять показания сопротивления мультиметром в режиме «омметр»). Снять показания амперметра и вольтметра. Данные измерений занести в таблицу №1.

3. Рассчитать мощность цепи и сопротивление реостата из полученных показаний амперметра и вольтметра. Полученные данные занести в таблицу №1.

4. Заполнить таблицу №2, занеся в неё основные характеристики используемых измерительных приборов.

Таблицу №1

Таблица №2

Контрольные вопросы:

1. Назначение измерительных приборов.

2. Что такое абсолютная погрешность?

3. Что такое относительная погрешность?

4. Что такое приведённая погрешность?

Лабораторная работа №4

Тема: Линейная электрическая цепь постоянного тока с последовательным соединением приемников электрической энергии.

Цель работы: 1. Изучить методы измерения тока, напряжения, мощности и сопротивления в электрических цепях постоянного тока с последовательным соединением резисторов.

2. Проверить экспериментальным и расчетным путем закон Ома, 2-е правило Кирхгофа и закон сохранения энергии (баланс мощностей).

Норма времени: 2 часа.

Оборудование:

1. Источник электропитания 4 В постоянного тока.

2. Мультиметр в режиме амперметра, вольтметра и омметра.

3. 4 резистора.

4. Комплект соединительных проводов.

5. Амперметр.

Литература: 1. Учебник В.М. Прошин «Электротехника» М. «Академия», 2012г. . – 288 с.

2. Учебное пособие. В.М.Прошин «Лабораторно-практические работы по электротехнике». М. «Академия», 2009г. -188с.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать ЭЦ по схеме показанной на рисунке.

2. В обесточенной цепи установить промежуточные значения сопротивления резисторов. Измерить сопротивление каждого резистора ЭЦ с помощью омметра (мультиметр в режиме «Омметр» в диапазоне 200 Ом). Данные измерений занести в таблицу №1.

3. С помощью проводников со штекерами соединить точки d и d₁. Измерить сопротивление ЭЦ между точками a и b, результат занести в таблицу №1.

4. Собрать ЭЦ по схеме, установив вместо перемычки d – d₁ миллиамперметр постоянного тока. После проверки схемы преподавателем подать в ЭЦ постоянное напряжение U_ab в пределах 10…20В и занести это значение в таблицу №1.

5. Не изменяя сопротивление резисторов и напряжения питания U_ab, измерить падение напряжения на каждом элементе ЭЦ. Результаты занести в таблицу №1.

6. Занести в таблицу №1 значение тока в ЭЦ.

7. Вычислить мощность, потребляемую каждым элементом ЭЦ и всей цепью (P_ab). Результаты занести в таблицу №1.

Таблица №1

Контрольные вопросы:

1. Какой ток называется постоянным?

2. Какими параметрами определяется сопротивление проводника?

3. Что называется электрической цепью?

Лабораторная работа №5

Тема: Измерение потери напряжения в проводах.

Цель работы: 1. Научиться пользоваться законом Ома.

2. Научится определять материал по удельному сопротивлению.

Норма времени: 2 часа.

Оборудование:

1. Источник электрической энергии постоянного тока =30 В.

2. Мультиметр.

3. Комплект соединительных проводов.

4. Реостат.

5. Образцы проводников ⌀ 1 мм – 3 шт. .

Литература: 1. Учебник В.М. Прошин «Электротехника» М. «Академия», 2012г. . – 288 с.

2. Учебное пособие. В.М.Прошин «Лабораторно-практические работы по электротехнике». М. «Академия», 2009г. -188с.

Порядок выполнения работы.

1. Определить размещение приборов на столе.

2. Собрать электрическую схему, представленную на рисунке и предъявить ее для проверки преподавателю. Особо обратить внимание на то чтобы реостат R перед началом опыта был в положении максимального сопротивления.

3. При отключенном ключе S, включить выключатель питания цепи постоянного тока. Установить с помощью реостата заданное преподавателем напряжение такое, чтобы ток цепи не превышал 1 А при R ≥ 15 Ом.

4. Измерить ток цепи и падение напряжения на участке провода . Записать в таблицу №1. Измерение тока и напряжения сделать для 3х значений .

5. По измеренным данным определить, согласно закону Ома, сопротивления проводов.

6. По полученным данным определить удельное сопротивление каждого провода и по его значению определить материал.

Таблица №1

Таблица №2

Расчетные формулы:

* ТКС – температурный коэффициент сопротивления (приращение R на 1ºC).

Контрольные вопросы:

1. От чего зависит сопротивление проводника?

2. Как сопротивление проводников связано с заземлением электротехнических устройств?

3. Почему с повышением температуры проводника увеличивается его сопротивление?

Лабораторная работа №6

Тема: Измерение силы Ампера и индукции магнитного поля.

Цель работы: 1. Уметь применять закон Ампера и определять индукцию магнитного поля.

Норма времени: 2 часа.

Оборудование:

1. Источник постоянного тока 4 В.

2. Штатив.

3. Постоянный подковообразный магнит.

4. Комплект соединительных проводов.

5. Медный стержень.

6. Амперметр.

7. Линейка.

Литература: 1. Учебник В.М. Прошин «Электротехника» М. «Академия», 2012г. . – 288 с.

2. Учебное пособие. В.М.Прошин «Лабораторно-практические работы по электротехнике». М. «Академия», 2009г. -188с.

Объект и средства испытания.

Для проведения лабораторной работы используется метод наблюдения силы Ампера с помощью «качелей». «Качели» состоят из толстой медной проволоки, к которой с двух сторон припаяны два тонких проводника в эмалевой изоляции. «Качели» подвешивают на изолирующем стержне, закрепленном на штативе. Медный провод «качелей» помещают между полосами подковообразного магнита.

При пропускании медный провод под действием силы Ампера отклоняется на расстояние. В положении равновесия силы, действующие на проводник, скомпенсированы:

где: - сила тяжести, действующая на медный провод;

- сила Ампера;

- сила натяжения подвеса.

Из рисунка видно, что для малых углов 𝜑 из подобия треугольников КДМ и ВСД имеем:

Отсюда:

Измерив силу Ампера , можно вычислить величину индукции магнитного поля по формуле:

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схему, изображенную на рисунке. Измерить длину подвеса и - длину части медного провода, находящегося в магнитном поле (принять ее равной ширине магнита).

2. Включить источник постоянного тока, предварительно установив рукоятку регулятора на нуль. Установить силу тока и определить по линейке, насколько отклонился от первоначального положения медный провод «качелей» в магнитном поле.

3. Вычислить силу Ампера.

4. Вычислить индукцию магнитного поля.

5. Повторить опыт при двух других значениях силы тока.

6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу №1.

Таблица №1

Контрольные вопросы:

1. Что может являться источником магнитного поля? Чем создается магнитное поле в данной работе?

2. Дайте определение индукции магнитного поля и единицы измерения индукции магнитного поля в СИ.

Лабораторная работа №7

Тема: Последовательное соединение катушки индуктивности и конденсатора при синусоидальных напряжениях и токах.

Цель работы: 1. Выявить влияние активного сопротивления и индуктив­ности катушки, а также емкости конденсатора на значения тока в электрической цепи (ЭЦ), напряжения на ее элементах и мощ­ности.

2. Изучить явление резонанса напряжений.

Норма времени: 2 часа.

Оборудование:

1. Лабораторный стенд «Уралочка».

2. Мультиметр.

3. Комплект соединительных проводов.

4. Реостат.

5. Катушка индуктивности.

Литература: 1. Учебник В.М. Прошин «Электротехника» М. «Академия», 2012г. . – 288 с.

2. Учебное пособие. В.М.Прошин «Лабораторно-практические работы по электротехнике». М. «Академия», 2009г. -188с.

Объект и средства испытаний.

Объектом испытаний является ЭЦ, содержащая конденсатор емкостью С и катушку индуктивности, характеризуемую актив­ным сопротивлением RK и индуктивностью LK. ЭЦ питается сину­соидальным напряжением промышленной частоты 50 Гц.

В качестве катушки индуктивности используется дроссель с ак­тивным сопротивлением 15 Ом и индуктивностью 0,65 Гн. Ем­кость конденсатора может изменяться от 1 до 29 мкФ.

Все элементы смонтированы на блоке № 4 стендовой панели и могут быть включены в цепь с помо­щью контактных гнезд и проводов со штекерами. Изменение ем­кости конденсатора С осуществляется с помощью переключателя П1, состоящего из семи кнопок. Нажатие n-й кнопки (n может изменяться от 1 до 7) подключает параллельно к уже имеющимся конденсаторам общей емкостью С, + С2+ ... + С„_, конденсатор емкостью С„, соответствующей данной кнопке.

Схема ЭЦ с включенными в нее измерительными приборами приведена на рисунке. В качестве измерительных приборов в работе используются:

-миллиамперметр переменного тока для измерения полного тока ЭЦ;

-ваттметр для измерения потребляемой ЭЦ активной мощно­сти;

-вольтметр переменного тока для измерения напряжения пита­ния и напряжений на элементах ЭЦ.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать ЭЦ в соответствии с рисунком. С помощью переключателя пределов установить наибольшую номинальную величину измерительных приборов. Все конденсаторы должны быть отключены (кнопки отжаты).

2. После проверки схемы преподавателем подать питание.

3. Постепенно увеличивая емкость переключателем П1, уста­новить такое ее значение, при котором ток в цепи будет наиболь­шим (режим резонанса напряжений). Занести значение емкости Срез и показания всех приборов в соответствующие графы таблицы №1. Из­меняя значение емкости от Срез в большую и меньшую стороны, снять показания всех приборов еще для шести значений емкости. Данные занести в таблицу №1.

4. Отключить питание ЭЦ, переключатель П1 установить в исходное положение.

5. Занести в таблицу №2 основные характеристики измеритель­ных приборов, используемых в лабораторной работе.

Таблица №1

Контрольные вопросы:

1. Что понимается под резонансом напряжений?

2. Какие элементы и параметры ЭЦ оказывают влияние на резонанс напряжений?

3. Укажите связь между полным, активным и реактивным сопротив­лениями.

Лабораторная работа №8

Тема: Трехфазная цепь при активной нагрузке однофазных приемников соединенных «треугольником».

Цель работы: 1. Изучить методы расчета снятия характеристик в трехфазной цепи.

Норма времени: 4 часа.

Оборудование:

1. Лабораторный стенд «Уралочка».

2. Мультиметр.

3. Комплект соединительных проводов.

4. Магазин сопротивлений.

Литература: 1. Учебник В.М. Прошин «Электротехника» М. «Академия», 2012г. . – 288 с.

2. Учебное пособие. В.М.Прошин «Лабораторно-практические работы по электротехнике». М. «Академия», 2009г. -188с.

Порядок выполнения работы.

1. Определить размещение приборов на столе.

2. Собрать электрическую схему согласно рисунку.

3. Определить цену деления приборов, установить на магазинах сопротивлений заданные параметры Z согласно таблице №1.

4. Предъявить собранную электрическую схему для проверки преподавателю.

5. Включить выключатель S пит переменного тока, снять показания приборов I_А, I_В, I_С, I_АВ, I_ВС, I_СА. Измерить переносным вольтметром напряжение генератора U_АВ, U_ВС, U_СА. (освободив один из приборов) для четырех опытов, результаты измерений записать в таблицу №1.

Примечание:

а) первый опыт - нагрузка симметричная Z_АВ Z_ВС, Z_СА,

б) второй опыт - нагрузка несимметричная Z_АВ Z_ВС, Z_СА,;

в) третий опыт - обрыв одного из фазных проводов Z_АВ Z_ВС, Z_СА, = ω бесконечн.

г) четвертый опыт- нагрузка симметричная Z_АВ = Z_ВС = Z_СА (обрыв одного из линейных проводов).

1. Для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений.

Амперметр (0-2) А

Вольтметр (0-100) В

Контрольные вопросы:

1.Какое соединение трехфазной цепи называют соединением в «треугольник»?

2.Чему равно отношение при соединении в треугольнике линейных и фазных напряжений, линейных и фазных токов?

3.Как определяется линейный ток при симметричной и несимметричной нагрузке?

Лабораторная работа №9

Тема: однофазный трансформатор.

Цель работы: 1. Ознакомиться с устройством, характеристиками и принципом работы однофазного трансформатора.

Норма времени: 2 часа.

Оборудование:

1. Источник электрической энергии переменного тока ~50 В.

2. Мультиметр.

3. Комплект соединительных проводов.

4. Амперметр.

5. Вольтметр.

6. Трансформатор однофазный на 220/12 В.

7. Реостат.

Литература: 1. Учебник М.В. Немцов, М.Л. Немцова «Электротехника и электроника» М.,2007г. . – 336 с.

2. Учебное пособие. Федеральный комплект учебников В.М.Прошин «Лабораторно-практические работы по электротехнике». М... «Академия»,2009г. -188с.

Порядок выполнения работы.

1. Ознакомиться с устройством трансформатора, выписать его паспортные данные: d₁; d₂; n₁; n₂; u₁; u₂; k; n₃; d₃.

2. Собрать схему согласно рисунку и после проверки преподавателем включить прибор для проведения опыта холостого хода трансформатора.

3. Установить потенциометром первичное напряжение U₁ = 50 В, измерить U₂ и определить коэффициент трансформации:

4. Изменяя U₁ потенциометром в пределах 10-50 В измерить ток I₁, вычислить P.

5. Все результаты измерений и вычислений занести в таблицу №1.

Таблица №1

Контрольные вопросы:

1. Что называется трансформатором?

2. Что называется коэффициентом трансформации? Как его определить?

3. От чего зависит КПД трансформатора?

27