Лабораторно-практична робота «Дослідження кола постійного струму»

Краматорське вище професійне училище

ПІДГОТОВКА ТА ПРОВЕДЕННЯ

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ

«ДОСЛІДЖЕННЯ КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ»

Укладачка Катерина Нестюркіна, викладачка електротехніки

м. Краматорськ

1. ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ

Перед кожним заняттям учень зобов’язаний підготуватися до виконання лабораторної роботи по даному методичному керівництву. Перед початком роботи викладач перевіряє знання учнів за змістом виконуваної роботи. Учні, які погано підготувалися, до занять не допускаються.

1.            До виконання лабораторної роботи слід приступати лише після повного з’ясування її вмісту.
2.            Починати роботу слід з ознайомлення з приладами й устаткуванням, які використовуються в даній роботі.
3.            На лабораторному столі повинні знаходиться лише предмети, необхідні для виконання даної роботи.
4.            Розташування апаратури на робочому столі має бути таким, щоб схема з’єднань вийшла найбільш простою, наочною і робота з апаратурою була зручною.
5.            Після того, як схема буде зібрана, необхідно переконатися в правильній установці движків реостатів, автотрансформаторів і рукояток інших регулюючих пристроїв.
6.            Зібрана схема обов’язково має бути перевірена викладачем і лише з його дозволу може бути під’єднана до напруги.
7.            При ввімкненні схеми особливу увагу слід звернути на показники амперметрів та інших вимірювальних приладів. В разі різкого руху стрілки амперметра до кінця шкали схему необхідно негайно вимкнути від джерела струму.
8.            Після виконання роботи учень зобов’язаний не розбираючи схеми показати отримані дані викладачеві. Якщо результати вимірів вірні, то викладач їх підписує. Експеримент з неправильними результатами слід повторити.
9.            Схему розбирати лише після її від’єднання  від мережі.

2. ОПИС ПРИЛАДІВ ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАНЬ

Лабораторні роботи виконують на учбових лабораторних стендах.

Для виміру електричних величин призначені прилади:

•     амперметри  магнітоелектричної  системи – для  виміру  постійного  струму;
•     вольтметри магнітоелектричної системи – для виміру постійної напруги;
•     амперметри і міліамперметри електромагнітної системи – для виміру  змінного  струму;
•     вольтметри  електромагнітної  системи  –  для виміру змінної напруги;
•     ватметри електродинамічної системи –  для  виміру  активної  модності;
•     електронно-променевий  осцилограф  –  для спостереження і реєстрації напруги, що змінюється в часі.

На панелі приладу електровимірювання вказані умовними позначеннями   його   основні   характеристики, а також товарний знак заводу-постачальника, рік випуску і заводський номер приладу.

Умовні позначення основних систем приладів:

магнітоелектрична електромагнітна електродинамічна

Найважливішою характеристикою вимірювального приладу є його точність. Число, що характеризує клас точності приладу, є величиною його допустимої основної погрішності в робочій частині шкали. Клас точності вказаний цифрою на панелі приладу.

Живлення  осцилографа  здійснюється  від  мережі  напругою  220  В.

Рукоятки  управління  осцилографа  згруповані  на  лицьовій  панелі,  їх  функції чітко позначені написами і умовними значками.

Обертаючи ручки регулювання яскравості і фокусування, на екрані встановлюють яскраву тонку горизонтальну лінію.

Ручками  з  позначеннями  X  і  Y  переміщають  зображення  на  екрані  вгору і вниз або вправо і вліво. Ручкою «Посилення Y» змінюють амплітуду вхідного сигналу. Досліджувана напруга подається на «Вхід Y» і на заземлену  точку  вимірювальної  схеми.  Ручкою  «Тривалість»  можна  плавно змінювати розміри зображення по горизонтальній осі, тобто змінювати масштаб часу для даних кривих. Обертаючи ручку «Стабільність», вибирають режим роботи генератора розгортки.

3. ОХОРОНА ПРАЦІ ПРИ РОБОТІ З ЕЛЕКТРИЧНИМИ УСТАНОВКАМИ

Тіло людини володіє властивістю електропровідності і при зіткненні з двома неізольованими елементами установки, що знаходиться під напругою, стає ланкою електричного ланцюга. Встановлено, що  як постійний, так і змінний електричні струми при величині 0,05 А небезпечні для життя, а при величині 0,1 А – смертельні. Навіть напруга в декілька  десятків  вольт   (40–60  В)  при  несприятливому  збігу  обставин  може  викликати  ураження  електричним  струмом.  Про  це  слід завжди пам’ятати і дотримувати наступні запобіжні засоби:

1.            Перш ніж приступити до з’єднання пристроїв, розташованих на   стенді,  переконайтесь,  що  контакти  автоматів  мереж  розімкнені,  а  показники положення  елементів  регулювання  лабораторних  автотрансформаторів  і джерел живлення розташовані в позиції «Нуль».
2.            Вмикайте  автомати  мереж  і  проводьте  перше  випробування  ланцюгів   лише з дозволу керівника лабораторного заняття.
3.            Переконайтесь  в  справності  ізоляції  сполучних  дротів.  Не   користуйтеся дротами без наконечників або штирів.
4.            При збірці ланцюгів уникайте пересічення дротів і забезпечте високу щільність контактів всіх роз’ємних з’єднань. Невикористані дроти приберіть з монтажних панелей у відведене для них місце.
5.            Не  торкайтеся  до  неізольованих  елементів  пристроїв,  що знаходяться під напругою.
6.            Особливої обережності дотримуйтеся при дослідженні ділянок ланцюгів   з послідовним з’єднанням дроселів і конденсаторів. Пам’ятаєте, що відключений конденсатор може зберегти небезпечний залишковий заряд, і не забувайте розрядити його до включення в ланцюг.
7.            Не залишайте без спостереження ланцюг, що знаходиться під напругою.
8.            При роботі з дротяними реостатами і амперметрами потрібно стежити за тим, щоб струм в них не перевищував допустимого значення   в них, переконаєтеся, що контакти автоматів мережі розімкнені, джерела живлення відключені.

Виявивши будь-яку несправність в електротехнічному пристрої,  що знаходиться  під  напругою,  негайно  відключите  автомат мережі і повідомите про це керівника лабораторного заняття.

СТИСЛІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ

Окремі приймачі електричної енергії можуть бути з’єднані між собою різними способами. Послідовним з’єднанням приймачів називається таке з’єднання, коли кінець одного приймача з’єднується з початком другого, кінець другого – з початком третього і т.д.

Рис. 1 – Послідовне з’єднання приймачів

При цьому через всі приймачі проходить один і той же струм, тобто I=I₁=I₂=I₃. По закону Ома напруга на окремих ділянках (приймача) пропорційна величині опорів цих ділянок.

Згідно з другим законом Кірхгофа алгебраїчна сума ЕРС за  замкнутим контуром дорівнює алгебраїчній сумі падіння напруги на окремих ділянках (елементах) замкненого контура.

Загальний опір кола при послідовному з’єднанні приймачів дорівнює сумі опорів на окремих ділянках електричного кола:

Потужність всього кола дорівнює сумі потужностей окремих ділянок електричного кола (приймачів):

Паралельним з’єднанням приймачів називається таке з’єднання, коли початок всіх приймачів з’єднаний в одну точку, а кінець – в іншу. При цьому до загальних вузлових точок підведена одна і та ж (мережева) напруга, тобто U=U₁=U₂.

Струм в окремих відгалуженнях визначається за законом Ома, тобто

Рис. 2 – Паралельне з’єднання приймачів

а загальний струм, що підходить до точки відгалуження,

,

де R – загальний опір кола.

 Для паралельного з’єднання

Згідно з першим законом Кірхгофа ∑I=0, тобто алгебраїчна сума струмів у вузлі електричного кола дорівнює нулю.

 або .

Розділивши обидві частини рівняння на U, одержимо:

 або 

де G – загальна провідність кола .

Змішаним з’єднанням приймачів називається таке з’єднання, при якому в різному поєднанні є і послідовне і паралельне з’єднання окремих приймачів.

Рис. 3 – Змішане з’єднання приймачів

Загальний опір такого кола дорівнює сумі еквівалентних опорів послідовних відрізків.

Загальний струм пропорціональний напрузі кола і протилежно пропорціональний його опору:

 Напруга на окремих ділянках:

.

 Струми на окремих ділянках знаходяться за законом Ома для ділянки кола:

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНА РОБОТА 1

Тема: «Дослідження кола постійного струму»

Мета: дослідити загальні властивості електричних ланцюгів з послідовним, паралельним і змішаним з'єднанням приймачів; експериментально перевірити закони Кірхгофа.

Опис лабораторного обладнання

Лабораторну установку збирають відповідно до схем, вона містить наступні елементи:

– вольтметр 0...100 В 1 шт. – для виміру напруги на затискачах джерела і приймача (резисторах);

– амперметр 0...2 А 3 шт. – для виміру струму в гілках;

– приймач електричної енергії (3 групи резисторних елементів – R₁, R₂, R₃) зі змінним опором 0...50 Ом;

– джерело електричної енергії постійного струму напругою біля 30 В.

Порядок проведення експерименту

1. Ознайомитися з приладами та обладнанням.

2. Зібрати ланцюг з послідовним з'єднанням приймачів (див. рис.1) при цьому R1≥20 Ом, R1 + R2 + R3≥30 Ом.

3. Виміряти струм та напругу на кожному приймачі (резисторі) і на затисках ланцюга. Результати вимірів записати в п.1 табл.1.

4. Змінивши наполовину величину опору R1, знову зробити виміри, результати яких записати в п.2 табл.1.

5. Зібрати ланцюг з паралельним з'єднанням приймачів (див.рис.2). При цьому R1≥2R2, а R2 = 30 ... 50 Ом.

6. Виміряти напругу на кожному приймачі і на затисках ланцюга, а також всі струми. Результати вимірів записати в п.3 табл. 1.

7. Зібрати коло зі змішаним з'єднанням приймачів (див.рис.3) при цьому R3 = 15 Ом, а R1 = R2 = 20 ... 40 Ом.

8. Виміряти напругу на кожному приймачі і на затисках ланцюга, а також всі струми, результати вимірів записати в п.4 табл.1.

9. Зменшивши наполовину величину опору R1, знову зробити виміри, результати яких записати в п.5 табл.1.

Схеми з’єднання приймачів

Рис.1 – Послідовне з’єднання приймачів

Рис.2 – Паралельне з’єднання приймачів

Рис.3 – Змішане з’єднання приймачів

Таблиця 1

Результати замірів

Обробка результатів експерименту

За результатами замірів вирахувати опір та провідність кожного приймача. Результати розрахунків записати в таблицю 2.

Переконайтесь в справедливості таких рівнянь:

 для послідовного з’єднання –

для паралельного з’єднання –

для змішаного з’єднання –

Таблиця 2

Результати розрахунків

Розрахунки