Электротехника

Лабораторнаяработа № 1.

Изучениесоединениярезисторов.

Цель работы:

Изучить напрактике признакипараллельногои последовательногои смешанногосоединениерезисторов.

Оборудование:

Приборныйщит № 1, стенд.

Теоретическоеоснование:

На практикепроизводятрасчет цепейс разными схемамисоединенияприемников.Если по соединениюпроходит одини тот же ток,то оно называетсяпоследовательным.Ток на отдельныхучастках имеетодинаковыезначение.

Сумма падениянапряжениена отдельныхучастках равнавсем цепи:

Напряженияцепи можнопредставитькак, ,где -эквивалентное(общее) сопротивление.Следовательно.Общее сопротивлениецепи из несколькихпоследовательныхсоединениерезисторов,равно суммесопротивленийэтих резисторов.

Параллельнымназываетсятакое соединениепроводниковпри которомсоединениемежду собойкак усл. началаприемников,так и их концы.Для параллельногосоединенияхарактерноодно и тоженапряжениена выводах всехприемников.Согласно первомузакону Кирхгофа,а согласнозакону Омаможно записать.Сокращая общиечасти неравенствана Uполучимформулу подчетаэкв-ной проводимостиили q=q_1+…+q_n.

Смешаннымили последовательнопараллельнымназываетсятакое соединение,при которомна одних участках электрическиецепи они соединеныпараллельно,а на другихпоследовательно.

Порядоквыполненияработы:

1. Подключимшнур питанияк блоку питания

2. Тумблером«сеть» включитьблок питания.

3. Тумблеромпоочередновключаем цепи:последовательно,параллельное,смешенноесоединенияснять показания.Результатызанести в таблицу,произвестинужные расчеты.

4. И
   сследоватьцепи при последовательномсоединениерезисторов.

5. Исследоватьпри параллельномсоединении.

6. И
   сследоватьпри смешанномсоединении.

Обработкарезультатовопытов:

Табл.1

Ом; Ом;

Ом; Вт.

Табл.2

; ; т.к.,то ; R=2000;Р=IU=0,22*220=48,4Вт.

Табл.3

Ом; Ом; Ом; ; Ом; Ом; Ом; ;Вт.

Лабораторнаяработа № 2.

Проверказакона Ома дляучастка цепии всей цепи.Проверка законаКирхгофа.

Цель работы:

Практическиубедится вфизическихсущности законаОма для участкацепи. Проверитьопытным путемзаконы Кирхгофа.

Оборудование:

Приборныйщит № 1. Стенд.

Теоретическоеобоснование:

Расчет ианализ эл.цепейможет бытьпроизведенс помощью основныхзаконов эл.цепейзакон Ома , первогои второго законовКирхгофа.

Как показываютопыты, ток научастке цепипрямо пропорциональнонапряжениина этом участкецепи и обратнопропорциональносопротивлениитого же участка-это закон Ома

Рассмотримполную цепь:ток в этой цепиопределяетсяпо формуле(законОма для полнойцепи). Сила токав эл.цепи с однойЭДС прямопропорционаленэтой ЭДС и обратнопропорционаленсумме сопротивлениивнешней и внутреннейучастков цепи.

Согласнопервому законуКирхгофа,алгебраическаясумма токовветвей соединенийв любой узловойточке эл.цепиравна нулю.

Согласновторого законаКирхгофа влюбой замкнутомконтуре эл.цепи,алгебраическаясумма ЭДС равнаалгебраическойсумме напряжениина всех резисторныхэлементовконтура.

Порядоквыполненияработы:

1. Ознакомитсяс приборамии стендом, длявыполнениеработы. Подключимшнур питанияк источникупитания.

2. Источникподключитьк стенду, меняяпеременнымрезисторомсопротивлениецепи измеряемток, напряжение.Результатызаносим в таблицу.Произвестинеобходимыерасчеты

3. На стенде«закон Кирхгофа».Меняем сопротивлениецепи. Результатыопытов заносимв таблицу.Произвестинеобходимыйрасчет

Рис. 1. ЗаконОма для участкацепи

R1

Р

R2

Табл.1

Табл.2

Е₁=3(1+0,1)=3,3; Е₂=2(1,5+0,1)=3,2; Е₃=1(3+0,1)=3,1

U₁=2*1=2; U₂=2*1=2; U₁=3*0,7=2,1; U₂=1*2=2

Вывод:

Опытным ирасчетнымпутями доказали,что сила токав эл.цепи с однойЭДС прямопропорционаленэтой ЭДС и обратнопропорционаленсумме сопротивленийвнешних и внутреннегоучастка цепи.Согласно первомузакону Кирхгофасила тока навходе цепиравна силе токана входе цепи.Сумма токовна ветвях цепиравна току навыходе цепи.

Ответы наконтрольныевопросы:

1. Закон Омадля полнойцепи рассматриваетполное сопротивлениевсей цепи, азакон Ома дляучастка цепирассматриваеттолько данныйучасток цепи.Оба закона Омапоказываютзависимостьсилы тока отсопротивления– чем большесопротивление,тем меньшесила тока иЭДС или наоборот.

2. Для созданиянапряженияв цепи необходимодвижение зарядоввнутри источникатока, а этопроисходиттолько поддействием сил,приложенныхизвне. Приотсутствиитока в цепиЭДС равна разностипотенциалов источникаэнергии, поэтомуподключенныйв эту цепь вольтметрпоказываетЭДС , а не напряжение.

3.  - законКирхгофа(применяетсядля расчётовсложных электрическихцепей): сумматоков приходящихк узловой точке,равна сумметоков, уходящихот неё, причёмнаправлениетоков к точкесчитают положительным,а от неё – отрицательным.Или алгебраическаясумма токовв узловой точкеэлектрическойцепи равнанулю.

II– закон Кирхгофа(для любойэлектрическойцепи): алгебраическаясумма всех ЭДСравна алгебраическойсумме паденийнапряжениясопротивления,включенныхпоследовательно.

Е₁+Е₂+…+Е_n=I₁R₁+I₂R₂+…+I_nR_n

Лабораторнаяработа № 3.

Измерениемощности иэнергии.

Цель работы:

На практикеизучить измерительныеприборы, научитсяопределятьмощностьэлектрическойцепи и потребляемуюэнергию.

Теоретическоеоснование:

Работапроизведеннаяв единицу времени,называетсямощностью (Р).

-работа электрическихсил поля.

[Вт]

[Вт]

100 Вт = 1 гектоватт[гВт]

1000 Вт = 1 киловатт[кВт]

1000000 Вт = 1 мегаватт[МВт]

Электрическаямощность измеряетсяваттметром

Электрическаяэнергия измеряетсясчетчикомэлектрическойэнергии.

[Дж]

Схема включенияваттметра:

Схемаисследования:

Оборудование:

Стенд «измерениемощности иэнергии», приборныйщит № 1

Ход работы:

1. Подключитьблок питанияк стенду.

2. Собратьсхему, подключитьсоединениепроводамиприборы.

3. Подать напряжение,измеряя нагрузкус помощью ламповогореостата, притех значенияхзаписать показанияприборов втаблицу.

4. Вычислитьмощность цепидля тех случаеви потребляемуюэнергию.

Табл.1

Р=UI=220*0,7= 154; W₁=154*600=92400=924гВт

P₂=UI₂=220*1.1= 242; W₂=242*3600=871200=8712гВт

P₃=UI₃=220*1.4= 308; W₃=308*4900=1509200=15092гВт

Вывод:

Ознакомилисьс методикойвычисленияэлектрическоймощности иэнергии. Научилисьработать сизмерительнымиприборами.

Ответы наконтрольныевопросы:

1. Мощность– это работапроизведённаяза единицувремени.

2. Методыизмерениямощности:

а)Для цепи постоянноготока используютэлектродинамическиевольтметрыи амперметры.

б) Для цепипеременноготока используютэлектродинамическиеи ферродинамическиевольтметры.

3. Энергия электрическойцепи представляетсобой перемещениезаряженныхчастиц.

Лабораторнаяработа № 4

Определениеудельногосопротивленияматериалов.

Цель работы:

Опытным путемопределитьудельноесопротивлениепроводниковыхматериалов.

Теоретическоеоснование:

Сопротивлениепроводникахарактеризуетего способностьпрепятствоватьпрохождениятока. Для тогочтобы при расчетахучесть способностьразных проводниковпроводить токвводится понятиеудельноесопротивление.

Удельноесопротивление– это сопротивлениепроводника длиной 1ми поперечноесечение 1 мм²

Сопротивлениепроводниказависит нетолько от материала,из которогоон изготовлен,оно зависити от его размеровдлины и поперечногосечения.

где -удельноесопротивление

l - длина

S– площадьпоперечногосечения

Схема:

Оборудование:

1. приборныйщит № 1

2. амперметр0 – 1А

3. Вольтметр0 – 150 В

4. Медный провод = 2 мм, l = 3м

5. Нихром 1 = 1 мм, l =1,5 м

6. Нихром 2 = 0,3 мм, l = 1,5м

Ход работы:

1. Подключитьблок питанияк стенду

2. Собратьсхему, подключитьсоединитьповодами приборы.

3. Меняя образцыметаллов, показанияприборов, занестив таблицу,полученныеданные.

Табл.1

;

;

;

;

;

;

Вывод:

Опытнымпутём определилиудельноесопротивлениемеди, нихрома.

Ответына контрольныевопросы:

1. Движениюэлектрическихзарядов препятствуютмолекулы иатомы проводника,а также самогоисточникаэнергии. Этопротиводействиепрохождениюэлектрическоготока в цепиназываетсясопротивлением.

2. Удельноесопротивление– это сопротивлениепроводникадлиной в 1 м. иплощадью поперечногосечения в 1мм².Служит дляоценки электрическихсвойств материалапроводника.

3. Высокойпроводимостиспособствуетсодержаниесвободно –заряженныхчастиц у материалов(металлы, медь,серебро, плазмаи т.д.) и противоположностьим электрики– вещества вкоторых малозаряженныхчастиц (стекло,керосин, парафин).

Лабораторнаяработа № 5.

Схемы соединениегальваническихэлементов.Схема включенияреостата. Схемавключенияпотенциометра.

Цель работы:

Исследованиесхем.

Теоретическоеобоснование:

Последовательноесоединениеэлементовпоказанона стенде,а ЭДС батареиЕ_бат,составленнойиз последовательносоединенныхэлементов,будет большеЭДС одногоэлемента Ев nраз

Е_бат=Е

Последовательноесоединениеэлементовприменяетсяв тех случаях,когда требуетсянапряжениебольше, чемнапряжениеодного элемента.Но при любомколичествесоединяемыхпоследовательноэлементовноминальныйток батареиостается равнымноминальномутоку одногоэлемента.

I_бат=I

Параллельноесоединениеприменяетсядля получениятока, которыйпревышаетноминальныйток одногоэлемента.

I_бат=I+I+…+I=I_n

ЭДС батареив этом случаеравна ЭДС одногоэлемента

Е_бат=Е

Смешенноесоединениеприменяют втех случаях,когда требуетсябатарея с большимзначениямиЭДС и тока.

Необходимопомнить, чтов батарею должнысоединятсяэлементы содинаковымихарактеристиками.

План работы:

Начертитьсхемы замещения:

1. Схемы включенияреостата

2. Схемы включенияпотенциометра

3. С
   
   хемысоединениягальваническихэлементов.

Вывод :

Из построенныхсхем и условийкаждая цепьимеет своёзначение ЭДСна каждой схемеона определяетсяпо разному.

Ответы наконтрольныевопросы:

1. При параллельномсоединении:Е_общ=Е₁=Е₂=…=Еn

2. При последовательномсоединении:Е_общ=Е₁+Е₂+…+Еn

3. При смешанномсоединении:Е_общ=n*Е₁

Лабораторнаяработа № 6.

Определениепотерь напряженияи мощности впроводах линиии электропередачи.

Цель:

1. Выяснитькакое влияниеоказываетнагрузка линиии сопротивлениееё проводовна напряжениеприемника.

2. Определитьмощность потерьв проводах иКПД линииэлектропередачи.

Теоретическоеобоснование:

Каждыйприёмникэлектрическойэнергии рассчитанна определённоеноминальноенапряжение.Так как приёмникимогут находитьсяна значительныхрасстоянияхот питающихих электростанций,то потери напряженияв проводахимеют важноезначение. Допустимыепотери напряженияв проводах дляразличныхустановок неодинаковы, ноне превышают4-6% номинальногонапряжения.

На рис.приведена схемаэлектрическойцепи, состоящаяиз источникаэлектрическойэнергии, приёмникаи длинныхсоединительныхпроводов. Припрохождениипо цепи электрическоготока IпоказаниявольтметраU₁,включённогов начале линий,больше показанийвольтметраU₂,включённогов конце линий.

Уменьшениенапряженияв линии по мереудаления отисточникавызвано потеряминапряженияв проводахлинии Uⁱ=U₁-U₂ичисленно равнопадению напряжения.Согласно законуОма, падениенапряженияв проводахлинии равнопроизведениютока в ней насопротивлениепроводов: Uⁱⁱ=I*RтогдаUⁱ=U₁-U₂=Uⁱⁱ=-сопротивлениепроводов линии.

Мощностьпотерь в линииможно определитьдвумя способами:

Pⁱ=Uⁱ*I=(U₁-U₂)*Iили Pⁱⁱ=I*R

Уменьшитьпотери напряженияи потери мощностив линии электропередачиможно уменьшаясилу тока в проводах либоувеличиваясечение проводовс целью уменьшенияих сопротивления.Силу тока впроводах можноуменьшитьувеличиваянапряжениев начале линии.

КПДлинии электропередачиопределяетсяотношениеммощности, отдаваемойэлектроприёмнику,к мощности,поступающейв линию, илиотношениемнапряженияв конце линиик напряжениюв её начале:

Схемапередачиэлектрическойэнергии:

Приборыи оборудование:

Двавольтметраи амперметрэлектромагнитнойсистемы, ламповыйреостат, двухполюсныйавтоматическийвыключатель,соединительногопровода.

Порядоквыполненияработы:

Ознакомитьсяс приборамии оборудованием,предназначеннымидля выполнениялабораторнойработы, записатьих техническиехарактеристики.

Податьв цепь напряжение.Изменяя нагрузкус помощью ламповогореостата, притрёх её значенияхзаписать показанияприборов втаблице.

Вычислитьпотери двумяспособами:

1. Какразность напряженийв конце и началелиний.

2. Какпроизведениесилы тока насопротивлениепроводов.

Определитьмощность потерьв линии и КПД.Результатывычисленийзанести в таблицу.

Таблицаизменения числапотребителей:

Изменяемнапряжениев начале и концелиний.

;; ; ; ;

;; ; ; ;

;; ; ; ;

Вывод:

Наоснове проведённогоопыта выяснили,что факторами,влияющими напотери в линияхявляются:протяжённостьлиний; сечениепроводника;состав материалаи количествопотребителей.Чем большепотребителей,тем меньше КПД.. Уменьшитьпотери напряженияи потери мощностив линии электропередачиможно уменьшаясилу тока впроводах либоувеличиваясечение проводовс целью уменьшенияих сопротивления.

Ответына контрольныевопросы:

1. Разностьнапряженийв начале и концелиний равнападению напряженияв проводах иназываетсяпотерей напряжения.

2. U=IR

3. Сопротивлениепроводов зависитот материалаиз которогоони изготовлены,площади поперечногосечения и длиныэтих проводов.

4. КПДлинии определяетсяотношениеммощности, отдаваемойэлектроприемнику,к мощности,поступающейв линию, илиотношениемнапряженияв конце линиик напряжениюв ее начале.

5. Чемвыше рабочеенапряжение,тем ниже силатока, а следовательноменьше потерь.

Лабораторнаяработа № 7.

Исследованиеэлектрическойцепи переменноготока при последовательномсоединении.

Цельработы:

1. Проверитьпрактическии уяснить, какиефизическиеявления происходятв цепи переменноготока.

2. Рассчитатьпараметрыотдельныхэлементовэлектрическойцепи.

3. Построитьпо опытнымданным векторныедиаграммы.

Теоретическоеобоснование:

Приподведениик зажимампоследовательносоединённыхактивногосопротивленияR,индуктивностиLи ёмкости CсинусоидальногонапряженияU=U_MsinWtитокаI=I_Msin(Wt-U).Сдвигфаз между напряжениеми током определяетсяпо формуле ,где X_L=2fL,-соответственноиндуктивноеи ёмкостноесопротивления.

Действующеезначение токав цепи можнонайти по законуОма:

где-полное сопротивлениецепи.

ЕслиХ_L>X_C,тои U₁>U₂-ток в этом случаеотстаёт отнапряженияв сети. В случаеX_LCиU₁₂- ток опережаетнапряжение.Когда X_L=X_C,тоU₁=U₂–ток и напряжениесовпадаютпо фазе.

Для цепи споследовательнымсоединениемрезистора,индуктивнойкатушки иконденсаторапо измеряннымзначениямнапряженияU_R,U_C,U_K,U, тока Iи активноймощности Рможно определитьпараметры цепи.Сопротивлениерезистора ,ёмкостноесопротивление.Определив Х_Си зная промышленнуючастоту токаf = 50 Гц,можно найтимощность конденсатора

Параметрыкатушки определяютсяиз формулыX_L=2fL

Определяеминдуктивностькатушки .

Оборудование:

1. Блокпитания.

2. Стенддля измеренияактивного иреактивногосопротивлений.

3. Щитприборный №1.

Ходработы:

1. Подключитьблок питанияк стенду.

2. Собратьсхему, подключивприборы, соединительнымипроводами.

3. Включивтумблер настенде, подаёмнапряжениена схему.

4. Ставимперемычку надроссель, замеряемнапряжениена резистореи конденсаторе.

5. Ставимперемычку наконденсатор,замеряем напряжениена резистореи дросселе.

6. Замеряемнапряжениев схеме припоследовательномсоединениирезистораконденсатораи дросселя, накаждом элементе.

7. Результатыопытов занестив таблицу, схемыисследований

;;

;;;

;;;;;

;

Вывод:

С помощьюданной лабораторнойработы овладелинавыками подключенияпростейшихэлектрическихсхем для переменноготока (активное,ёмкостное,индуктивноеи реактивноесопротивление),научились строить векторныедиаграммы,пользоваться измерительнымиприборами.

Ответы на контрольныевопросы:

1. Сдвигфаз между токоми напряжениемзависит отналичия в нейиндуктивногои ёмкостногосопротивления.

2. Вцепи переменноготока полноесопротивлениеможно рассчитать,из треугольниковсопротивлений,по формулам:;;.

3. Знаяёмкостное ииндуктивноесопротивления,частоту токаи силу токаёмкость ииндуктивностьможно определитьпо формулам: ;.

Лабораторнаяработа № 8.

Исследованиеполупроводниковогодиода.

Цельработы:

Изучениесвойств плоскостногодиода путёмпрактическогоснятия и исследованияего вольтампернойхарактеристики.

Ходработы:

1. Подключитьшнур питанияк сети.

2. Тумблером"СЕТЬ" включитьстенд - при этомзагораетсялампочкасигнализации.

3. ТумблерВ - 1 поставитьв положение1.

Снятьвольтампернуюхарактеристикупри изменениинапряженияисточникапотенциометромRприпрямом положении,приложенномк диоду. Результатыизмеренийзанести в таблицу№ 1.

4. ТумблерВ - 1 поставитьв положение2.

Снятьвольтампернуюхарактеристикупри изменениинапряженияисточникапотенциометромRприпрямом положении,приложенномк диоду. Результатыизмеренийзанести в таблицу№ 2.

Обработкарезультатовопытов:

Поданным таблицы1, 2 в декартовойсистеме координатпостроитьвольтампернуюхарактеристикудиода.

I_ПР

U_обр

Uпр

Вывод:

С помощьюэтой лабораторнойработы мы доказаличто полупроводниковыйдиод обладаетодностороннейпроводимостью.Это показываетвольтампернаяхарактеристикадиода. При небольшомнапряженииU=0,8 B. на зажимахдиода в цепипроходит относительнобольшой токI=30 МА, а при значительномобратном напряженииU=11 В., ток ничтожномал I=32 МкА.

Ответына контрольныевопросы:

1. Е - запирающийслой, которыйпрепятствуетперемещениюэлектронови дырок. Контактдвух полупроводниковр - типа и n - типаназывают р - n- переходом.

Притаком соединениитолщина запирающегослоя уменьшается,увеличиваетсяпроводимость,появляетсяток прямой илипропускной.

Еслиизменить полярностьисточника, тоэлектронысместятся кположительнымэлектродам,запирающийслой увеличится.Сопротивлениер - n - переходавозрастает,а ток уменьшается(в 1000 раз по сравнениюс прямым током).Этот ток называетсяобратным.

2. Точечно-плоскостныеполупроводниковыедиоды имеютособенностьв строении. Уэтих диодовкристалл германия(кремния) невплавляетсяв донорную илиакцепторнуюпримесь. Вгерманиевомдиоде на пластинус электро проводимостьюнаклеиваетсятабличка изиндия. В процессеизготовлениядиода, пластинунагревают до500 ⁰ С, чтобырасплавленныеатомы индиявнедрилисьв германий, приэтом образуяобласть с дырочнойпроводимостью.

3. Выпрямительныеполупроводниковыедиоды характеризуютсятоком (прямыми обратным) инапряжениемэлектрическогополя.

4. Повышениетемпературыокружающейсреды влияетна число свободныхэлектронови дырок, оносильно возрастает,а значит увеличиваетсяпроводимость.

Лабораторнаяработа № 9.

Расчётполупроводниковоговыпрямителя.

Цельработы:

Научитсяэлементарномурасчету выпрямителя.

Теоретическоеобоснование:

Однополупериодныйвыпрямитель.За счет одностороннейпроводимостидиодов ток протекаеттолько в положительныеполупериодынапряженияUи следовательноимеет импульснуюформу.

Наиболееширокое распространениеполучила схемамостовоговыпрямителя,схема состоитиз 4 диодов Д₁- Д₄.В положительныеполупериодынапряженияU2открыты диодыД₁и Д₃;в отрицательныеполупериодынапряженияU₂открыты диодыД₂ - Д₄.

Трёхфазныевыпрямителиприменяют вустройствахбольшой и среднеймощности.

Вторичныеобмотки трёхфазноговыпрямителясоединены"Звездой". Кфазам А, В, Странсформатораподключеныдиоды Д₁,Д₂,Д₃катоды которыхприсоединяютк нулевой точке.

Междунейтральнойточкой трансформатораО и О₁включена нагрузкаРн. Ток черезкаждый диодможет проходитьтолько тогда,когда потенциална аноде вышепотенциалана катоде. этовозможно втечении однойтрети периода,тогда напряжениев данной фазе,выше напряженияв двух другихфазах. Так например,когда открытдиод Д₁,через негонагрузку Р,течёт токопределяемый.В это времядиоды Д₂и Д₃заперты.

Пример:

Дляпитания постояннымтоком потребителямощностью Р=300Вт при напряженииU=20В необходимособрать схемуоднополупериодноговыпрямителя,использовавимеющиесястандартныедиоды типа Д242 А.

Решение:

1.Выписываемиз таблицыпараметрыдиода: Iдоп=10А; Uобр=100В.

2.Определяемток потребителяиз формул Р=UI;

3.Определяемнапряжение,действующеена диод в непроводящийпериод; U=3,14*20=63В.

4.Проверяем диодпо параметрамI_допи U_обр.Для даннойсхемы диоддолжен удовлетворятьусловием .В данном случаевторое условиене соблюдается,т.к. 10 А 63 В.

5
.Составляемсхему выпрямителя.Для того чтобывыполнитьусловие, надодва диода соединитьпараллельно,тогда I_доп=2*10=20А; 20 > 15 А.