INFONKO.RU

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники

М.С. Анисимова, Ф.И. Маняхин, И.С. Попова, М.В. Колистратов

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Раздел: Электрические цепи

Лабораторный практикум

МОСКВА 2010

АННОТАЦИЯ

Изложены основные теоретические сведения и расчетные формулы по темам лабораторных работ по электротехнике. Приведены описания схем электрических цепей и устройств, смоделированные в программной среде Multisim, даны общие методические рекомендации к выполнению лабораторных работ, обработке данных и оформлению отчетов по работам.

Предназначено для использования студентами специальностей 080801, 230102, 220301, 200503, 280101, 280200, 150105, 150108, 200503 при выполнении лабораторных работ по курсу «электротехника и электроника» и подготовки их к защите.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Цепи периодического несинусоидального тока……………… 4

1.1. Основные понятия, определения ………………………………………………… 4

1.2. Разложение несинусоидальных функций в тригонометрический ряд Фурье……. 5

1.3 Действующие и средние значения несинусоидального тока и напряжения…… 6

1.4. Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных кривых………… 7

1.5. Мощности цепи несинусоидального тока……………………………………….. 8

1.6. Анализ линейных электрических цепей несинусоидального тока……………… 9

1.7. Примеры…………………………………………………………………………… 10

1.8. Задачи для самостоятельного решения………………………………………….. 18

2. Трансформаторы…………………… 23

2.1. Основные формулы и уравнения……..…………………………………….…….. 23

2.2. Примеры… 29

2.3. Задачи для самостоятельного решения……… 36

2.4. Домашнее задание……………………………………………..………………….. 39

3. Электрические машины постоянного тока………………………………………............ 41

3.1. Основные формулы и уравнения………………………………………………... 41

3.2. Примеры………………………………………………………………..…….......... 45

3.3. Задачи для самостоятельного решения…………………………………………… 50

3.4. Пример расчета домашнего задания………………………………………….….. 52

3.5. Домашнее задание……………………………………………………………….... 54

4. Асинхронные машины……………………………………………………………… 58

4.1. Основные формулы и уравнения………….…………………………………….... 58

4.2. Примеры………………………………………………………………..…….......... 63

4.3 Задачи для самостоятельного решения…………………………………………… 66

Библиографический список ……………………………………………..…..………….. 69

Приложение 1. Пример оформления титульного листа домашнего задания ……….. 70

ПРАВИЛА РАБОТЫ В КОМПЬЮТОРНОМ КЛАССЕ

1. Работающим в компьютерном классе не разрешается находиться в верхней
одежде, иметь при себе продукты питания.

2. Во время работы в компьютерном классе должна соблюдаться тишина.



3. При работе в компьютерном классе категорически запрещается:

· без разрешения преподавателя включать или выключать компьютер;

· переключать шланги питания, соединительные кабели компьютера и монитора;

· запускать программы, не используемые при выполнении лабораторной работы;

· класть сумки, портфели на компьютерный стол;

· записывать рабочие файлы в директории на жестком диске и на сменные диски;

· перенастраивать параметры используемой программы;

· синтезировать электрические схемы, не входящие в план лабораторной работы;

· вводить собственный пароль входа в систему;

· пользоваться папкой «Панель управления»;

· открывать другие жесткие диски;

· оставлять рабочее место без предупреждения об этом преподавателя;

· загрязнять рабочее место.

4. По окончании работы в компьютерном классе студент должен сдать рабочее
место в порядке.

5. При неполадках в работе компьютера студент должен сообщить об этом
преподавателю, ведущему занятия.

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Лабораторные работы проводятся в компьютерном классе с применением
интерактивной программы Multisim 9.

2. Для допуска к выполнению лабораторных работ студент обязан ознакомиться
с правилами работы в компьютерном классе и правилами безопасной работы, освоить
основные приемы владения программой Multisim 9.

3. Лабораторная работа состоит из двух частей: расчетной и экспериментальной.

4. К началу лабораторной работы студенту необходимо ознакомиться с ее
содержанием, изучить теоретические сведения по теме лабораторной работы, оформить
отчет.

5. При выполнении работы полученные результаты заносятся в отчет по
лабораторной работе.

6. При анализе результатов лабораторной работы, полученные расчетные данные и характеристики комментируются (поясняются) с позиций известных теоретических положений.

7. Отчет заканчивается выводами по результатам лабораторной работы.

8. Оформленная лабораторная работа защищается. К защите допускаются
студенты, получившие допуск, выполнившие лабораторную работу в полном объеме
задания и оформившие ее в соответствии с настоящими правилами.

9. Для защиты лабораторной работы необходимо представить
расчетно-графичекий экспериментальный результат и уметь объяснить его.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Лабораторная работа оформляется в виде отчета на сшитых листах формата А4
(или в лабораторной тетради) с титульным листом (см. приложение 1). Схемы, графики и таблицы должны быть начерчены карандашом с использованием трафарета или линейки с соблюдением принятых стандартных условных обозначений.

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующие пункты:

1. Наименование лабораторной работы.

2. Цель работы.

3. Краткое теоретическое введение и расчетные формулы.

4. Электрические схемы цепей с измерительными приборами.

5. Таблицы с расчетными и экспериментальными данными.

6. Графики, топографические, векторные и временные диаграммы, ВАХ.

7. Выводы по результатам лабораторной работы.

ИНСТРУКЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ ПРОГРАММЫ MULTISIM 9.

Общие свойства программы

Программа Multisim 9 – это современная система компьютерного моделирования
и комплексного анализа схем электронных устройств. Программа используется при
проведении лабораторных работ и практических занятий при изучении студентами дисциплины «Электротехника и электроника».

Особенностью программы Multisim 9 является наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам, а также наличие в ее библиотеках большого количества электронных компонентов и узлов, что позволяет создавать не только простые, но и электронные схемы средней сложности. Возможность изменения параметров компонентов схем без остановки процесса моделирования, простота замены и добавления новых компонентов, широкий набор средств анализа.

Запуск программы Multisim 9


Для того чтобы начать работу запустите программу Multisim 9, щелкните мышью на кнопке меню Пуск последовательно Программы, Electronics Workbench либо с рабочего стола Windows через пиктограмму, представленную на рис. 1.

Рис. 1

Мультиметр


Используется мультиметр для измерения переменного (АС) или постоянного (DC) напряжения или тока, сопротивления или падения в дицебелах между двумя узлами схемы. Мультиметр автоматически определяет пределы, так что выбирать предел измерения не нужно. Его начальное сопротивление и ток установлены близкими к идеальным значениям, которые можно изменить. На рис. 21, а показано изображение мультиметра в схеме электрической цепи (иконка инструмента).

а б

Рис. 21

На лицевой панели мультиметра (рис. 21, б) расположен дисплей для отображения результатов измерения, клеммы для подключения к схеме и кнопки управления. С их помощью устанавливают род тока (постоянный « » или переменный « ~»); измеряемую величину по единице измерения:

· А – ток;

· V – напряжение;

· Ω – сопротивление;

· dB– уровень напряжения в децибелах.

Settings – кнопка установки параметров мультиметра вызывает окно установки
его параметров (рис. 22):

Ammeter resistance – внутреннее сопротивление амперметра;

Voltmeter resistance – внутреннее сопротивление вольтметра;

Ohmmeter current – ток через контролируемый объект;


Decibel standard – установка эталонного напряжения V1 при измерении ослабления или усиления в децибелах.

Рис. 22

Функциональный генератор

Функциональный генератор – источник напряжения сигналов синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы. Форма сигнала может меняться, а его частота, амплитуда и постоянная составляющая могут управляться.


а б

Рис. 23

Функциональный генератор имеет три вывода для подключения к схеме. На
рис. 23, а показано изображение функционального генератора в схеме электрической
цепи. Его лицевая панель – на рис. 23, б:

1. Waveforms – выбор формы выходного сигнала (синусоидальная, треугольная,
прямоугольная).

2. Frequency – установка частоты выходного сигнала.

3. Duty Cycle – установка заполнения импульса, %.

4. Amplitude – установка амплитуды выходного сигнала.

5. Offset – установка смещения (постоянной составляющей) выходного сигнала.

6. Клемма « + » – положительный вывод.

7. Общая клемма – или нейтральный вывод.

8. Клемма « – » – отрицательный вывод.

Ваттметр


Ваттметр измеряет мощность. Он используется для измерения величины активной мощности Р, производимой падением напряжения и током, протекающим через выводы в схеме. Результат отображается в ваттах.

а б

Рис. 24

Ваттметр также показывает коэффициент мощности cosj (Power Factor), вычисляемый по сдвигу между напряжением и током и их произведению.
Коэффициент мощности – это косинус фазового угла между напряжением и током.

На лицевой панели ваттметра (рис. 24, б) расположен дисплей для отображения результатов измерения.

Осциллограф

Двухканальный осциллограф отображает величину и изменение частоты электрического сигнала. Он показывает график одного или двух сигналов одновременно, или позволяет сравнивать сигналы. На рис. 25 показана иконка осциллографа, которая используется для подключения осциллографа к схеме.

Осциллограф имеет два канала Channel А и Channel В с раздельной регулировкой чувствительности в диапазоне 10 до 5 кВ/дел и регулировкой смещения по вертикали (Y position). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок AC,
DC или 0.

Режим DC (включен по умолчанию) предназначен для исследования сигналов постоянного тока. Режим АС предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока, в этом режиме осциллограф блокирует постоянную составляющую. В режиме 0


потенциал входа осциллографа устанавливается равным нулю.

Рис. 25

Режим развертки устанавливается кнопками Y/T, B/A, и A/B. В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуются следующие режимы развертки: по вертикали — напряжение сигнала, по горизонтали — время. В режиме В/А: по вертикали сигнал канала В, по горизонтали — сигнал канала А. В режиме А/В: по вертикали — сигнал канала А, по горизонтали — сигнал канала В.


Рис. 26

При нажатой кнопке Y/T предусмотрен также ждущий режим Trigger с запуском
развёртки по переднему или заднему фронту запускающего сигнала Edge, а также в режиме Auto.

Существует возможность сканирования полученного сигнала с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за треугольные ушки (они обозначены также цифрами 1 и 2) могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений.

Лицевая панель осциллографа (рис. 26) используется для ввода установок и просмотра результатов измерений.

Боде плоттер


Боде плоттер предназначен для анализа частотной зависимости амплитуды усиливаемого сигнала (при нажатии кнопки Magnitude) и его фазы относительно входного сигнала (при нажатой кнопке Phase). Плоттер используется для построения амплитудных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ). Лицевая панель прибора показана на рис. 27, б.

а б

Рис. 27

Вертикальная и горизонтальная развертки могут устанавливаться в линейном и
логарифмическом масштабе нажатием кнопок Lin и Log (включена по умолчанию).

Настройка измерителя заключается в выборе пределов измерения коэффициента передачи и вариации частоты с помощью кнопок в окошках F – максимальное и
I – минимальное значение. Значение частоты и соответствующее ей значение коэффициента передачи или фазы индицируются в окошках под графиком.

Измеритель значения указанных величин в отдельных точках АЧХ или ФЧХ можно получить с помощью вертикальной визирной линии, находящейся в исходном состоянии в начале координат и перемещаемой по графику мышью.

На рис. 27, а показана иконка измерителя АЧХ и ФЧХ. Подключение прибора к исследуемой схеме осуществляется с помощью зажимов IN(вход) и OUT (выход). Левые клеммы зажимов подключаются соответственно к входу и выходу исследуемого устройства, а правые клеммы заземляются. При этом на вход схемы подключается функциональный генератор без установки режимов.

Лабораторная работа 1

Цель работы

1. Изучение свойств электрических цепей постоянного тока, получение навыков измерения тока и напряжения с помощью приборов и расчета их параметров.

2. Изучение режимов работы источника электрической энергии.

Теоретическое введение

Порядок выполнения работы

Задание 1

По схеме рис. 1.10 рассчитать напряжения U1, U2 и токи I1, I2, I3 при трех значениях сопротивления R3. Результаты занести в табл. 1.2.

Таблица 1.2

R3, Ом U1, В U2, В I1,А I2,мА I3, А

Задание 2

1. Изучить краткую инструкцию работы с программной средой Multisim 9 для сбора электрической цепи, состоящей из последовательно и параллельно соединенных резисторов, измерительных приборов, подключенных к источнику постоянного напряжения (см. рис. 1.10).

Рис. 1.10

Задание 3

Запустить программу Multisim 9– щелкните мышью на пиктограмме, которая находится на рабочем столе.

Схема собирается из элементов, содержащихся в библиотеке элементов и приборов. Для переноса их на рабочее поле, необходимо установить курсор на выбранном элементе и щелкнуть левой кнопкой мыши, затем на рабочем поле.

1.Открыть библиотеку источников энергии Source и «перетащить» на рабочее поле источник ЭДС постоянного напряжения V1 и «землю» (рис. 1.11).


Рис. 1.11

2. Из библиотеки базовых компонентов Basic «перетащить» три резистора
R1, R2, R3 (рис. 1.12).


Рис. 1.12

3. Из библиотеки измерительных приборов Measurement «перетащить» три амперметра: один– горизонтальный,два – вертикальные (рис. 1.13).


Рис. 1.13

4.Из библиотеки измерительных приборов Measurement «перетащить» два
вольтметра: горизонтальный и вертикальный (рис. 1.14).


Рис. 1.14

Задание 4

После двойного щелчка мышью на изображении элемента в открывающихся диалоговых окнах

1. Задать ЭДС источника напряжения V1: U = 50 В (рис. 1.15).


Рис. 1.15

2. Установить значения резисторов: R1 = 50 Ом, R2 = 100 Ом, R3 = 150 Ом (рис. 1.16).


Рис. 1.16

3. Обозначить (щелкая на кнопках Label и Value) амперметры и вольтметры
(рис. 1.17) и оставить установленный по умолчанию режим DC функционирования
измерительных приборов и их внутренние сопротивления.


Рис. 1.17

Задание 5

1. Повернуть резисторы R2иR3 –выделить элемент и нажать на кнопку поворота, которая находится на поле управляющих кнопок или через меню Edit (рис. 1.18).

Рис. 1.18

2. Соединить между собой все элементы и приборы, находящиеся на рабочем
поле (рис. 1.19).

Рис. 1.19

Задание 6

Запустить программу (щелкнуть мышью на кнопке запуска программы
в меню среды Multisim 9).

Измерение 1

Для установленных параметров элементов цепи занести показания амперметров и
вольтметров в табл. 1.3. После снятия показаний выключить кнопку запуска программы.

Таблица 1.3

№ измерения Измерено Вычислено
U, В I1, А I2, А I3, А U1, В U2, В R1, Ом R2, Ом R3, Ом RΣ, Ом
1
2
3
4
5

Измерение 2


Уменьшить сопротивление резистора R3 до нуля (рис. 1.20), включить кнопку запуска программы, записать показания всех приборов в табл. 1.3. После снятия показаний выключить кнопку запуска программы.

Рис. 1.20

Измерение 3 ÷ 5

·


Установить сопротивление резистора R3 = 75 Ом (рис. 1.21).

Рис. 1.21

· Включить кнопку запуска программы.

· Ззаписать показания всех приборов в табл. 1.3 при трех значениях напряжения на входе цепи 50, 40и30 В.

· После снятия показаний выключить кнопку запуска программы.

Задание 7

В новом окне собрать электрическую цепь, изображенную на рис. 1.22.

Рис. 1.22

1. Из библиотек компонентов «перетащить» на рабочее поле:

· источник ЭДС постоянного тока V1;

· два резистора R1 иR2;

· вольтметр – вертикальный;

· амперметр – горизонтальный;

· ваттметр XWM1;

· «землю».

2. Повернуть резисторы R1 и R2.

3. После двойного щелчка мышью на изображении элемента в открывающихся диалоговых окнах

· задать ЭДС источника напряженияV1: E = 50 В (рис. 1.15);

· установить значения резисторов: R1 = 50 Ом,R2 = 100 Ом.

4. Обозначить (щелкая на кнопках Label и Value) амперметр и оставить установленный по умолчанию режим DC функционирования измерительных приборов
амперметра и вольтметра и их внутренние сопротивления.

5. Соединить все элементы, находящиеся на рабочем поле:

· у ваттметра (рис. 1.23) токовая обмотка подключается последовательно в цепь,


Рис. 1.23

· обмотка напряжения (рис. 1.24) - параллельно источнику ЭДС.

Рис. 1.24

Задание 8

Запустить программу (щелкнуть мышью на кнопке запуска программы
в меню среды Multisim 9).

Измерение 1

Для установленных параметров элементов цепи занести показания приборов в табл. 1.4. Чтобы записать показания ваттметра – нужно нажать два раза левой кнопкой мыши на прибор и появится лицевая панель ваттметра.

После снятия показаний выключить кнопку запуска программы.

Измерение 2

Уменьшить сопротивление резистора R2 до нуля (рис. 1.25), включить кнопку запуска программы, записать показания всех приборов в табл. 1.4. После снятия показаний выключить кнопку запуска программы.


Рис. 1.25

Измерение 3

Установить сопротивление резистора R2 = 50 Ом, включить кнопку запуска программы, записать показания всех приборов в табл. 1.4. После снятия показаний выключить кнопку запуска программы.

Таблица 1.4.

№ п/п E, В R1, Ом R2, Ом I, А U, В Р, Вт Режим работы
1
2
3
4

Измерение 4

Удалитьпровод соединяющий амперметр с резистором R2 (рис. 1.26), включить кнопку запуска программы, записать показания всех приборов в табл. 1.4. После
снятия показаний выключить кнопку запуска программы.

Рис. 1.26

Обработка результатов

1. Рассчитать и заполнить правую часть таблицы 1.3.

2. Для заданной на рис. 1.10 цепи постоянного тока составить уравнения по первому и второму закону Кирхгофа.

3. Используя данные измерений табл. 1.3 построить в одной координатной системе вольтамперные характеристики I1(U1), I2(U2), I3(U2). На основе этих характеристик построить суммарную вольтамперную характеристику I1(U).

4. По данным табл. 1.4 записать названия режимов работы источника электрической энергии и при каком значении сопротивления Rн выделяется максимальная мощность.

5. По результатам измерений табл. 1.4 построить внешнюю характеристику U(I) источника ЭДС иотметить на ней точку максимальной мощности Рmax.

6. Выводы по работе.

1.6 Контрольные вопросы

1. Какую из двух схем на рис. 1.8 или 1.9 следует использовать для измерения сопротивлений резисторов R1, R2 и R3?

2. Какой должна быть номинальная мощность резистора R3 в схеме на рис. 1.10, чтобы он не оказался перегруженным при наиболее неблагоприятном режиме в процессе выполнения работы?

3. Чему равно напряжение на зажимах источника напряжения при холостом
ходе?

4. По какой формуле определить мощность цепи в схеме на рис. 1.22?

5. Какое соединение резисторов представлено на рис. 1.10?

6. Каково эквивалентное сопротивление цепи, показанной на рис. 1.10, если все значения сопротивлений в ней увеличить в два раза?

7. Как изменится напряжение U1 на резисторе R1 в схеме на рис. 1. 10, если
напряжение на входе цепи уменьшить?

8. Каково внутренне сопротивление Rвн источника электроэнергии на рис. 1.22, если при токе нагрузки 5 А вольтметр показывает 48 В, а при токе 10 А – 46 В?

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники

М.С. Анисимова, Ф.И. Маняхин, И.С. Попова, М.В. Колистратов



infonko.ru/polufabrikati-iz-baranini-i-svinini.html infonko.ru/polufabrikati-iz-file-ptici-i-dichi-naturalnie.html infonko.ru/polufabrikati-iz-ptici-i-dichi.html infonko.ru/poluprogib-v-zakritom-vityanutom-naklone-plechevoe-vityagivanie-v-zakritom-vityanutom-naklone-sk-71-sk-72.html infonko.ru/poluprovodniki-s-dirochnoj-elektroprovodnostyu.html infonko.ru/poluprovodniki-s-sobstvennoj-elektroprovodnostyu.html infonko.ru/poluprovodnikovie-i-mikroprocessornie-elementi.html infonko.ru/poluprovodnikovie-preobrazovateli-i-ustrojstva-dalee-preobrazovateli.html infonko.ru/poluprovodnikovie-termorezistori-termistori-tipi-princip-raboti-dostoinstva-i-nedostatki-oblast-primeneniya.html infonko.ru/poluprovodnikovih-preobrazovatelej.html infonko.ru/poluprovodnikovij-diod-ventil.html infonko.ru/polusinteticheskie-penicillini.html infonko.ru/polustojka-na-golove-ardha-shirshasana-pryamoj-ugol-v-stojke-na-golove-viparita-dandasana-prostaya-stojka-na-golove-s-uglovoj-podderzhkoj-salamba-shirshasana-ss-92-ss-93-ss-94.html infonko.ru/polustrukturirovannoe-intervyu-dlya-ocenki-travmaticheskih-perezhivanij-detej.html infonko.ru/pol-vtorogo-sorta-ili-istoriya-feminizma-v-treh-chastyah.html infonko.ru/polya-i-zapolnenie-spiskov.html infonko.ru/polya-plavayushih-elementov.html infonko.ru/polya-prityazheniya-umenshayut-polya-ottalkivaniya-a-polya-ottalkivaniya-umenshayut-polya-prityazheniya.html infonko.ru/polyarizacionnaya-prizma-nikolya.html infonko.ru/polyarizaciya-elektrodnih-processov.html