Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Работа № 1. Электроизмерительные приборы и измерение
основных электрических величин
Цель работы – ознакомление с электроизмерительными приборами, способами их включения, а также измерение основных электрических величин.
Общие положения
Измерением называется процесс нахождения опытным путем значения физической величины с помощью специальных технических средств. Электроизмерительные приборы широко используются при наблюдении за работой электроустановок, при контроле за их состоянием и режимами работы, при учете расхода и качества электрической энергии, а также при ремонте и наладке электротехнического оборудования.
Наибольшее распространение получили аналоговые приборы непосредственной оценки, которые классифицируют по следующим признакам: род тока (постоянный или переменный), род измеряемой величины (ток, напряжение, мощность, сдвиг фаз), принцип действия (магнитоэлектрические, электромагнитные и ферродинамические), класс точности и условия эксплуатации.
Для расширения пределов измерения электрических приборов на постоянном токе используют шунты (для тока) и добавочные сопротивления (для напряжения). На переменном токе используют трансформаторы тока и напряжения.
Измерение напряжения выполняют вольтметром, подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.
Измерение тока осуществляют амперметром, включая его последовательно с элементами исследуемой цепи.
Измерение мощности и сдвига фаз в цепях переменного тока производят с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которую включают последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.
На лабораторных стендах напряжение, сопротивление и ток можно измерить либо мультиметром, либо с помощью преобразователя и компьютера. Мощность, сдвиг фаз, сопротивление участка электрической цепи вычисляют на компьютере по показаниям двух приборов - амперметра и вольтметра, подключенных к соответствующему участку цепи.
Цена деления прибора представляет собой значение измеряемой величины, вызывающей отклонение стрелки прибора на одно деление, и определяется зависимостями:
; .
Электрической цепью называется совокупность устройств, (источник, приемник и промежуточные звенья - провода и аппараты), предназначенных для прохождения электрического тока.
Графическое изображение цепи представляет собой электрическую схему.
Источниками электрической энергии являются устройства, в которых происходит процесс преобразования в электрическую энергию других видов энергии (химической, тепловой, механической). Мгновенные значения напряжения и тока характеризуют режим работы устройства и называются параметрами режима или характеристиками режима.
Сопротивление R (Ом), индуктивность L (Гн), ёмкость C (Ф) составляют группу пассивных элементов и являются основой всех электротехнических устройств.
Сопротивлением называется элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую. Для практических расчетов в линейных электрических цепях величину R принимают постоянной, а зависимость напряжения от силы тока на сопротивлении (вольт-амперная характеристика) - линейной.
Закон Ома: , , .
Энергия, выделяемая на сопротивлении R при протекании по нему тока I, пропорциональна произведению квадрата силы тока и величины сопротивления.
Закон Джоуля-Ленца: (Дж) или (Втс).
Таблица 1
|
№ |
Наименование прибора |
Тип, система |
Пределы измерения (макс, мин.) |
Цена деления |
Класс точности |
|
1 |
Амперметр |
||||
|
2 |
Вольтметр |
||||
|
3 |
Ваттметр |
В режиме вольтметра подключить выходы «com» и «V» мультиметра параллельно резистору, выставить соответствующий предел измерений на шкале со значком «=V». В режиме амперметра подсоединить выходы «com» и «A» мультиметра последовательно с резистором, выставить соответствующий предел измерений на шкале со значком «=А».
При использовании мультиметра в качестве омметра, отключить источник питания схемы и подсоединить выходы «com» и «Ω» параллельно резистору. Выставить необходимый предел измерений на шкале со значком «Ω» режима омметра. Полученные данные занести в табл.2.
Таблица 2
|
U, B |
I, мA |
R, Ом |
4. Произвести измерения тока, напряжения, мощности и сопротивления приборами. Полученные данные занести в табл.3.
Вычислить ток и мощность в цепи по номинальным значениям напряжения источника и сопротивления. Определить величину сопротивления по выражению и сравнить с измеренным по табл.2.
Таблица 3
|
U, B |
I, мA |
P, мВт |
R, Ом |
R = U/ I |
R = P/ I2 |
Таблица 4
|
U, B |
||||||||
|
I, мA |
6. Построить график зависимости напряжения от тока U = f(I).
Контрольные вопросы
1. К какой системе относятся приборы для измерения только на постоянном токе?
2. Какая из обмоток ваттметра включается в электрическую цепь последовательно, а какая параллельно?
3. Что обозначает класс точности прибора?
4. Какие приборы используются для расширения пределов измерения напряжения и тока?
5. Какими приборами измеряются: ток, напряжение и мощность? Как они включаются в цепь?
6. Зависит ли исследуемое сопротивление R от величины тока?
Работа № 5. Переходные процессы в цепи постоянного тока
Цель работы – исследование переходных процессов при коммутации цепей постоянного тока с элементами R, L и C.
Общие положения
Переходные процессы - это процессы перехода от одного установившегося состояния к другому установившемуся состоянию. Изменения параметров элементов схемы или изменение режима работы самой схемы называются коммутациями.
В природе соблюдается принцип непрерывности во времени потокосцепления индуктивности и электрического заряда ёмкости.
; .
Законы коммутации
На основании законов коммутации определяется постоянная интегрирования свободной составляющей тока или напряжения при расчете переходных процессов. За начало отсчета переходного процесса принимается время равное нулю.
Анализ переходных процессов в линейных цепях с сосредоточенными параметрами сводится к решению линейных неоднородных дифференциальных уравнений, составленных на основе законов Кирхгофа для после коммутационного процесса.
При включении цепи R, L на постоянное напряжение (рис.30):
.
Общее решение такого уравнения может быть найдено методом наложения принуждённого и свободного режимов:
; ,
где - ток принуждённого режима при или частное решение неоднородного уравнения. Принуждённый режим определяет новое состояние электрической цепи после окончания переходного процесса;
- ток свободного режима или общее решение однородного уравнения (с нулевой правой частью).
До коммутации (до включения) ток в цепи отсутствовал . На основании 1-го закона коммутации можно записать , т.е. ток в индуктивности в первый момент после коммутации равен току до коммутации. После коммутации переходный процесс описывается дифференциальным уравнением . Свободную составляющую определяем из уравнения . Решение этого уравнения ;
k - корень характеристического уравнения ;
где ;
А - постоянная интегрирования, определяемая из начальных условий при t = 0 на основании Первого закона коммутации,
, отсюда.
Решение:
Напряжение на R: .
Напряжение на L: .
Кривые тока и напряжения на индуктивности при включении R, L на U=const приведены на рис.31.
При включении цепочки R, C на постоянное напряжение (рис.32) уравнение переходного процесса примет вид:
, где .
После подстановки получим выражение . Решим уравнение относительно UC:
;; .
Докоммутационный режим . Характеристическое уравнение ; .
А - постоянная интегрирования, определяемая из начальных условий при t = 0:
.
Отсюда .
Решение: и .
Кривые тока и напряжения на конденсаторе при включении R, С на U=const приведены на рис. 33.
Порядок выполнения работы
По графику определить время переходного процесса для каждого случая. Показания приборов занести в табл. 13.
Таблица 13
|
L |
100 мГн |
40 мГн |
С |
0,22 мкФ |
0,47 мкФ |
||||
|
R, кОм |
1 |
0,68 |
1 |
0,68 |
R, кОм |
1 |
0,68 |
1 |
0,68 |
|
f, Гц |
f Гц |
||||||||
|
Хк |
Хс |
||||||||
|
R |
R |
||||||||
|
U, B |
U B |
||||||||
|
I, мA |
I мA |
||||||||
|
Uk, B |
Uс B |
||||||||
|
t, мкс |
t мкс |
||||||||
|
, мс |
мс |
Рис.35. Включение R, L, С на постоянное напряжение
Контрольные вопросы
4. Чему равна постоянная времени цепи R, L, и цепи R, С при включении на постоянное напряжение?
A1
R
15 В
+
-
V1
Рис. 1. Схема цепи для измерения тока,
напряжения, мощности и сопротивления
Uо
i
L
Рис. 30. Включение R, L на U = const
i
UL
Uo
t
Рис. 31. Кривые тока и напряжения на
индуктивности при включении R, L на U=const
Рис.32. Включение R, С на U = сonst
С
R
U0
i
i
uс
Uo
t
Рис.33 Кривые тока и напряжения на конденсаторе при включении R, С на U=const
V
R
A
U
L
Рис.34. Включение R, L на постоянное напряжение
V
R
A
U
L
С