Лабораторные занятия по электротехнике

МР-23-08.02.09-ОП.03

комитет по науке и высшей школе

Санкт-Петербургское государственное

БЮДЖЕТНОЕ профессиональное образовательное учреждение

 «Санкт-Петербургский техникум отраслевых технологий,

финансов и права»

методические рекомендации

по выполнению лабораторных ЗАНЯТИЙ

по общепрофессионально дисциплине

ОП.03 ЭЛЕКтротехника и электроника

Специальность 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения»

(квалификация техник)

Методические рекомендации по выполнению лабораторных занятий для студентов составлены в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины ОП.03 «Электротехника и электроника» по специальности 08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий»

 

Разработчик: преподаватель СПбТОТФиП					А.С. Савватеев
				(подпись)
СОГЛАСОВАНО
На заседании цикловой комиссии № 08.02.08
Протокол №	06	от	10.02.2023
Председатель ЦК № 08.02.08					М.А. Шмелькова
				(подпись)
СОГЛАСОВАНО
На заседании цикловой комиссии № 08.02.09
Протокол №	06	от	01.02.2023
Председатель ЦК № 08.02.09					А.В. Бычков
				(подпись)
УТВЕРЖДЕНА
Учебно-методический совет техникума
Протокол №	06	от	09.03.2023
Методист					О.В. Корнилова

 

                    (подпись)

 

 

 

 

 

Оглавление

1. Пояснительная записка.. 4

2. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ.. 5

Лабораторное занятие №1 Исследование неразветвленной цепи постоянного тока при одном переменном сопротивлении.. 6

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ С ПОСЛЕДОВАТЕЬНЫМ СОЕДЕНИЕНЕМ РЕЗИСТОРА И КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ.. 9

Лабораторное занятие №3 Исследование трехфазной цепи при соединении фаз приемника энергии «звездой». 12

Лабораторное занятие №4 Снятие характеристик холостого хода и короткого замыкания генератора постоянного тока с независимым возбуждением    16

Лабораторное занятие №5 Снятие характеристик холостого хода трехфазного синхронного генератора переменного тока с независимым возбуждением... 19

Лабораторное занятие №6 СНЯТИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ И ФАЗНЫМ РОТОРОМ... 22

Лабораторное занятие №7 Исследование работы полупроводникового диода   26

Лабораторное занятие №8 Снятие статических характеритик транзистора на постоянном токе.. 32

 

 

 

1. Пояснительная записка

 

Методические рекомендации по лабораторным занятиям предназначены в качестве методического пособия при проведении лабораторных занятий по ОП.03 «Электротехника и электроника» для специальности СПО 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения», базовый уровень подготовки.

Лабораторные занятия проводятся после изучения соответствующих разделов и тем дисциплины. Выполнение обучающимися лабораторных занятий позволяет им понять, где и когда изучаемые теоретические положения и практические умения могут быть использованы в будущей практической деятельности. 

Целью лабораторных занятий является закрепление теоретических знаний и приобретение практических умений и навыков.

Методические рекомендации по каждой лабораторной работе имеют раздел ход выполнения эксперимента с необходимыми для выполнения работы формулами, пояснениями, таблицами и графиками; алгоритм выполнения заданий.

2. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

№ п/п	Наименование	Количество часов
1.	Исследование неразветвленной цепи постоянного тока при одном переменном сопротивлении	2
2.	Исследование цепи с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности	2
3.	Исследование трехфазной цепи при соединении фаз приемника энергии «звездой»	2
4.	Снятие характеристик холостого хода и короткого замыкания генератора постоянного тока с независимым возбуждением	2
5.	Снятие характеристик холостого хода трехфазного синхронного генератора переменного тока с независимым возбуждением	2
6.	Снятие рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным ротором	2
7.	Исследование работы полупроводникового диода	2
8.	Снятие статических характеристик транзистора на постоянном токе	2

 

 

Лабораторное занятие №1 Исследование неразветвленной цепи постоянного тока при одном переменном сопротивлении

Цель:

Получение навыков сборки простых электрических цепей, включения в электрическую цепь измерительных приборов. Научиться измерять токи и напряжения, убедиться в соблюдении законов Ома и Кирхгофа в линейной электрической цепи постоянного тока. Исследовать особенности последовательного и параллельного соединения в электрических цепях постоянного тока.

Необходимые материалы и оборудование:

1. Методические рекомендации по лабораторным занятиям

2.  Амперметр

3.  Вольтметр

4. Блок резисторов

Ход работы:

Собрать линейную электрическую цепь постоянного тока с последовательным соединением элементов (рис 1), выбрав элементы цепи и величину напряжения питания в соответствии с заданием. Представить схему для проверки преподавателю.

Рис. 1 – Схема эксперимента

Включить электропитание стенда. Установить заданное значение напряжение пи-тания источника Е2, подключив к его выходным клеммам вольтметр. Подключая воль-тметр PV1 к соответствующим гнездам, измерить величину напряжения на резисторах R1* и R2* (резисторы R5, R6 и другие на стенде), а также ток I в цепи (ток не должен пре-вышать 500 мА). Результаты измерений занести в табл. 1. Изменить по указанию препо-давателя величину сопротивления R1* (подключить другой резистор) и снова провести аналогичные измерения. Выключить электропитание. По результатам измерений вычис-лить величину сопротивления каждого потребителя (R1* и R2*) и общее (эквивалентное) сопротивление RЭ цепи. Результаты вычислений занести в табл. 1. Выключить источник электропитания.

·               Сравнить результаты измерений и убедиться в том, что сумма сопротивлений отдельных потребителей равна сопротивлению всей цепи. Убедиться в соблюдении второго закона Кирхгофа. Объяснить изменение режима работы всей цепи и отдельных потребителей при изменении величины сопротивления одного из потребителей.

Таблица 1 – Результаты эксперимента

Измерено				Вычислено
Напряжение на входе цепи U, В	Ток в цепи, I, мА	Напряжение на приемнике, В		Сопротивление приемника, Ом		Эквивалентное сопротивление цепи, RЭ, Ом
		U1	U2	R1*	R2*

 

·               Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резисторов (рис. 2), выбрав элементы цепи и величину напряжения питания в соответствии с заданием. Представить схему для проверки преподавателю.

Рис. 2 –Схема эксперимента с параллельным соединением

·               Включить электропитание. Установить заданное значение величины напряжения питания источника Е2. Измерить напряжения и токи на всех участках цепи. Результаты занести в табл. 2.

·               Изменить по указанию преподавателя величину сопротивления R1* (подключить другой резистор) и снова провести аналогичные измерения. Выключить электропитание. По результатам измерений рассчитать сопротивления резисторов R₁*, R₂* и сопротивление всей цепи R_Э, проводимости отдельных ветвей g₁* и g₂* и всей цепи g_Э. Результаты вычислений занести в табл. 2. Убедиться в соблюдении первого закона Кирхгофа.

·               Проанализировать влияние изменения величины сопротивления резистора R1* на режим работы цепи и отдельных потребителей. Объяснить, почему это имеет место.

 

Таблица 2 – Результаты эксперимента

U, В	I1, мА	I2, мА	I3, мА	R1*, Ом	R2*, Ом	g1*, Ом	g2*, Ом	gЭ, Ом	RЭ, Ом
		—	—
			—

 

Пояснения к работе:

Простейшая электрическая цепь – это совокупность источника электрической энергии, резистора нагрузки и соединительных проводов, образующих замкнутый контур, по которому течет электрический ток.

Направленное движение электрических зарядов в проводящей среде происходит за счет энергии источников электрической энергии цепи, которыми могут быть батарея, аккумулятор, генератор и т.д.

Для расчета электрических цепей обычно составляют схемы замещения, в которых реальные элементы цепи представляются их расчетными моделями (идеализированными элементами).

Любой источник электрической энергии характеризуется электродвижущей силой (э.д.с.) Е.

Нагрузка в цепях постоянного тока на схемах замещения представляется резистивным элементом (резистором) R. Если сопротивление резисторов электрической цепи не зависит от токов в них или приложенных к ним напряжений, то такую цепь называют линейной.

Основными законами электрических цепей, описывающими любые режимы их работы, являются закон Ома и законы Кирхгофа.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ С ПОСЛЕДОВАТЕЬНЫМ СОЕДЕНИЕНЕМ РЕЗИСТОРА И КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ

Цель:

Приобретение навыков определения параметров элементов в цепях переменного тока по результатам измерений, включения в цепь вольтметра и амперметра, измерения тока и напряжения, снятие вольтамперных характеристик, применения закона Ома в цепи переменного тока.

Необходимые материалы и оборудование:

1. Методические рекомендации по лабораторным занятиям

2.  Амперметр

3.  Вольтметр

4. Блок резисторов

Ход работы:

·           Собрать схему по рис. 2. Установить резистор R1* в соответствии с заданием. Ручку регулятора напряжения установить в крайнее левое положение. Представить схему для проверки преподавателю.

Рис. 2 – Схема эксперимента

·                    Включить электропитание стенда. Снять вольтамперные характеристики заданного v резистора при двух заданных значениях частоты напряжения питания. Результаты измерений занести в табл. 3 и 4. Выключить электропитание.

Таблица 3 ВАХ при f=

U, В
I, мА

Таблица 4 ВАХ при f=

U, В
I, мА

 

·                    Для определения величины емкости конденсатора С* собрать схему по рис. 3. Установить конденсатор С* в соответствии с заданием. Ручку регулятора напряжения установить в крайнее левое положение. После проверки схемы преподавателем включить электропитание, снять вольтамперные характеристики конденсатора при двух заданных значениях частоты напряжения питания. Результаты измерений занести в табл. 5

Рис. 3 – Схема эксперимента

·               Увеличьте частоту в 10 раз и посмотрите, как изменится вольтамперная характеристика. Объясните почему. Для определения параметров реальной катушки индуктивности собрать схему по рис. 4. Ручку регулятора напряжения установить в крайнее левое положение.

Рис. 4 – Схема эксперимента

·               После проверки схемы преподавателем включить электропитание, снять вольтамперные характеристики катушки индуктивности при двух заданных значениях частоты напряжения питания. Измерять величину напряжения, тока и активной мощности в цепи. Результаты измерений занести в табл. 5 и 6. Выключить электропитание.

Таблица 5 – Результаты измерений при f =

U, В
I, мА

 

 

Таблица 6 – Результаты измерений при f =

U, В
I, мА
P, Вт

 

·               Построить вольтамперные характеристики и сделать выводы о линейности исследованных элементов.

·               Для заданных преподавателем результатов измерений рассчитать полное сопротивление каждого элемента Z, активное сопротивление R, реактивное сопротивление X, величину индуктивности и емкости (табл. 7).

Таблица 7 – Результаты расчетов

Включено	f, Гц	Z, Ом	R, Ом	X, Ом	L, Ом	C, мкФ
R				——	——	——
				——	——	——
C			——		——
			——		——
L						——
						——

 

·               Построить в масштабе векторные диаграммы для исследованных элементов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторное занятие №3 Исследование трехфазной цепи при соединении фаз приемника энергии «звездой»

Цель:

Ознакомиться с трехфазными системами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Проверить основные соотношения между токами и напряжениями симметричного и несимметричного трехфазного потребителя. Выяснить роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной системе. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов.

Необходимые материалы и оборудование:

1. Методические рекомендации по лабораторным занятиям

2. Амперметр

3. Вольтметр

4. Блок резисторов

Ход работы:

·               Включить электропитание стенда. Включить трехфазный источник питания Е1 и измерить вольтметром линейные и фазные напряжения источника питания на холостом ходу. Результаты измерений занести в табл. 8. Выключить источник электропитания. Проверить соотношение между линейными и фазными напряжениями источника питания.

Таблица 8 – Результаты измерений

Измерено на клеммах источника питания						Вычислено
Линейные напряжения			Фазные напряжения
UAB, В	UBC, В	UCA, В	UA, В	UB, В	UC, В	UЛ, В	UФ, В	UЛ/UФ

 

·               Собрать симметричную четырехпроводную трехфазную электрическую цепь (рис. 5). В качестве амперметров использовать цифровые приборы. В качестве потребителей использовать резисторы Ra, Rb, Rc, установив соответствующие тумблеры в позицию «1». Представить схему для проверки преподавателю.

·               Исследовать режимы работы симметричной трехфазной цепи при наличии и отсутствии нейтрального провода, а также влияние нейтрального провода и обрыва линейного провода на режим работы цепи. Для этого включить электропитание стенда, источник трехфазного напряжения Е1 и измерять токи, фазные напряжения источника UA, UB, UC, фазные напряжения на потребителях Ua, Ub, Uc, и напряжение смещения нейтрали UnN в соответствующих режимах. Результаты измерений занести в табл. 9. Выключить источник питания.

Рис. 5 - Схема эксперимента

·               Исследовать влияние сопротивления линии передачи на режим работы трехфазной цепи. Для этого включить последовательно дополнительно в каждую фазу резисторы R1, R2, R3, установить симметричную нагрузку, включить электропитание и измерить фазные напряжения и токи. Результаты измерений занести в табл. 10. Выключить источник питания.

·               По результатам измерений вычислить

-              среднее значение линейных напряжений UЛ источника питания;

-              среднее значение фазных напряжений UФ источника питания;

-              отношение UЛ/UФ;

-              среднее значение тока при симметричной нагрузке.

·               Для всех проведенных опытов методом засечек построить в масштабе векторные диаграммы.

·               Сравнить режимы работы и сделать вывод о влиянии нейтрального провода на работу трехфазной системы при симметричной и несимметричной нагрузке и влиянии линии передачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9 – Результаты измерений

Режим нагрузки

Режим нагрузки	Токи, мА				Напряжение, В
	IA	ID	IC	IN	Фазные напряжения на источнике, В			Фазные напряжения на потребителях, В
					UA	UB	UC	Ua	Ub	Uc	UnN
Четырехпроводная цепь, нагрузка симметричная
Обрыв линейного провода в четырехпроводной симметричной цепи
Трехпроводная цепь, нагрузка симметричная
Обрыв линейного провода в трехпроводной симметричной цепи
Четырехпроводная цепь, нагрузка несимметричная однородная
Трехпроводная цепь, нагрузка несимметричная однородная
Обрыв линейного провода в трехпроводной цепи

 

 

 

Таблица 10 – Результаты измерений

Токи, мА

Напряжение, В

IA

IB

IC

IN

Фазные напряжения на источнике, В

Фазные напряжения на потребителях, В

Падение напряжения в линии, В

UA

UB

UC

Ua

Ub

Uc

A

B

C

 

 

 

 

 

Лабораторное занятие №4 Снятие характеристик холостого хода и короткого замыкания генератора постоянного тока с независимым возбуждением

Цель:

Приобретение навыков экспериментальных исследований характеристик электрических машин постоянного тока.

Необходимые материалы и оборудование:

1.  Методические материалы по выполнению лабораторных работ

2.  Комплект типового лабораторного оборудования «Электрические машины» ЭМ.001 РБЭ (904).

Ход работы:

·                    Соберите цепь согласно схеме представленной на рисунке 6

Рис. 6 – Электрическая схема

·               Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты.

·               Источник питания двигателя постоянного тока G2 используется для питания регулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока G4, работающей в режиме генератора с независимым возбуждением.

·               Возбудитель G3 служит для питания обмотки возбуждения машины переменного тока Ml, работающей в режиме синхронного двигателя.

·               Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения РЗ электромашинного агрегата.

·               Машина (синхронный двигатель) Ml получает питание от источника G1 через трехфазную трансформаторную группу А2 и выключатель А6.

·               Реостат А9 выполняет роль резистора синхронизации и подключается выключате-лем А8 к обмотке возбуждения синхронного двигателя Ml на этапе пуска последнего.

·               С помощью мультиметров блока Р1 контролируются ток возбуждения и э.д.с. испытуемого генератора G4.

·               Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

·               Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока (стр. 14).

·               Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

·               Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. Переключатели режима работы источника G2, возбудителя G3 и выключателей А6 и А8 установите в положение "РУЧН.".

·               Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

·               В трехфазной трансформаторной группе А2 установите номинальное напряжение вторичных обмоток трансформаторов равным 230 В. Установите в каждой фазе реостата А9 сопротивление 8 Ом.

·               Включите выключатель «СЕТЬ» выключателей А6 и А8, блока мультиметров Р1, указателя частоты вращения РЗ.

·               Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте. Включите выключатель А8 кнопкой «ВКЛ».

·               Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

·               Включите выключатель «СЕТЬ» возбудителя G3 и, вращая его регулировочную рукоятку, установите на его выходе напряжение равным 20 В.

·               Включите выключатель А6 кнопкой «ВКЛ». При этом двигатель M1 должен начать вращаться.

·               Нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3. Двигатель Ml при этом должен перейти из асинхронного в синхронный режим работы с сетью. Отключите выключатель А8 кнопкой «ОТКЛ».

·               Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2. Вращая регулировочную рукоятку источника G2, изменяйте ток возбуждения iв генератора G4 в диапазоне от 0 до 0,2 А и заносите показания амперметра Р1.1 (ток iв) и вольтметра Р1.2 (э.д.с. Е0 генератора G4) в таблицу 11

Таблица 11 – Результаты измерений

iв, А
Е0, в

·               По завершении эксперимента у источника G2 поверните регулировочную руко-ятку против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ". Отключите выключатель А6 нажатием кнопки "ОТКЛ.". Отключите источник G1 нажатием на красную кнопку - гриб. Отключите вы-ключатель "СЕТЬ" возбудителя G3, выключателей А6 и А8, блока мультимет-ров Р1 и указателя частоты вращения РЗ.

·               Соберите электрическую схему соединений для проведения эксперимента корот-кого замыкания.

·               Проведите эксперимент согласно пунктам 9 – 15, занося показания приборов в таблицу 12.

Таблица 12 – Результаты измерений

iв, А
Iк, А

·               Используя результаты таблиц 11 и 12, постройте характеристики холостого хода  и короткого замыкания .

Лабораторное занятие №5 Снятие характеристик холостого хода трехфазного синхронного генератора переменного тока с независимым возбуждением

Цель:

Приобретение навыков экспериментальных исследований характеристик электрических машин переменного тока.

Необходимые материалы и оборудование:

1. Методические рекомендации по выполнению лабораторных занятий

2.  Блок мультиметров

Ход работы:

•                              Изучите принципиальную (рис. 7) и электрическую (рис. 8) схему соединений.

•                              Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

•                              Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

•                              Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

•                              Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

•                              Переключатели режима работы источника G2 и возбудителя G3 установите в положение "РУЧН.".

•                              Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

•                              Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров P1 и указателя частоты вращения РЗ.

•                              Активизируйте мультиметры блока P1, задействованные в эксперименте.

•                              Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

•                              Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

•                              Вращая регулировочную рукоятку источника G2, разгоните двигатель М2 (генератор G6) до частоты 1500 мин -1 и поддерживайте ее в ходе эксперимента неизменной.

•                              Включите выключатель «СЕТЬ» и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3.

•                              Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, изменяйте ток возбуждения ротора iр генератора G6 в диапазоне 0...2 А и заносите показания амперметра Р1.1 (ток iр) и вольтметра Р1.2 (э.д.с. Е0 синхронного генератора G6) в таблицу 13.

Рис. 7 – Принципиальная схема соединений

Рис. 8 – Электрическая схема соединений

Таблица 13 – Результаты выполнения эксперимента

Iр, А
Е0, В

•  По завершении эксперимента первоначально у возбудителя G3, а затем и у источника G2 поверните регулировочную рукоятку против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ". Отключите источник G1 нажатием на кнопку - гриб, и последующим отключе-нием ключа - выключателя. Отключите выключатели "СЕТЬ" блока мультиметров Р1 и указателя ча-стоты вращения РЗ.

•  Используя результаты таблицы 13, постройте характеристику холостого хода Е0=f(iр) трехфазного син-хронного генератора.

 

Пояснения к работе:

Источник питания двигателя постоянного тока G2 используется для питания регу-лируемым напряжением якоря машины постоянного тока М2, работающей в режиме двигателя с независимым возбуждением.

Возбудитель G3 служит для питания обмотки возбуждения машины переменного тока G6, работающей в режиме синхронного генератора.

Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения РЗ электромашинного агрегата.

С помощью мультиметров блока Р1 контролируются ток возбуждения ротора iр и э.д.с. Е0 испытуемого генератора G6.

Лабораторное занятие №6 СНЯТИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ И ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Цель:

Получить навыки экспериментальных исследований рабочих характеристик асинхронных машин.

Необходимые материалы и оборудование:

1. Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы

2.  Блок мультиметров

3.  Комплект типового лабораторного оборудования «Электрические машины» ЭМ.001 РБЭ (904).

Ход работы:

•  Изучите принципиальную схему (рис. 9) и схему электрических соединений (рис. 10) проведения эксперимента.

•  Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

•  Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

•  Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

•  Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

•  Переключатели режима работы источника G2 и выключателя А6 установите в по-ложение "РУЧН.".

•  Регулировочные рукоятки реостата А9 поверните против часовой стрелки до упора (при снятии рабочей характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором).

•  Установите суммарное сопротивление каждой фазы реостата А9 20 Ом (при снятии рабочей характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором).

•  Регулировочную рукоятку источника G2 поверните до упора против часовой стрелки, а регулировочные рукоятки активной, нагрузки А10 - по часовой стрелке.

•  Установите переключателем в трехфазной трансформаторной группе А2 номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов 127 В.

•  Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

•  Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.

•  Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

•  Пустите двигатель M1 нажатием кнопки «ВКЛ.» выключателя А6.

•  Нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

•  Вращая регулировочную рукоятку источника G2, изменяйте ток Iст статорной об-мотки двигателя M1 и заносите показания амперметра Р1.1 (ток I), ваттметра и вар-метра измерителя мощностей Р2 (активная Р11 и реактивная Q11 мощности фазы двигателя M1), указателя РЗ (частота вращения n двигателя M1), амперметра Р1.2 и вольтметра Р1.3 (ток Iа и напряжение Ua якорной обмотки генератора G4) в таблицу 14.

Рис. 9 – Принципиальная схема проведения эксперимента

Рис. 10 – Схема электрических соединений

 

 

Таблица 14 – Данные эксперимента

Iст, А
Р11, Вт
Q11, В•Ар
n, мин-1
Iа,А
Ua,B

·                             По завершении эксперимента отключите выключатель А6 и источник G1;

·                             Выключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте;

·                             Используя данные таблицы 1, вычислите для каждого значения тока Iст значения, полезной активной мощности Р2, полной потребляемой из сети активной мощности P1, полезного механического момента М, коэффициента мощности cosφ, скольжения s и коэффициента полезного действия η асинхронного двигателя с короткозамкнутым / фазным ротором по формулам и занести полученные результаты в таблицу 15:

1)      ;

2)      ;

3)      ;

4)      ;

5)   ;

6)   ;

Таблица 15 – Расчетные данные

Iст, А
Р2,Вт
Р1,Вт
М,Нм
Cos φ
s,%
η, %

 

Используя данные таблицы 15 постройте рабочие характеристики I_ст=f(P₂), P₁=f(P₂), η=f(P₂), cosφ=f(P₂), M=f(P₂) трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым / фазным ротором.

 

Пояснения к работе:

Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты.

Источник питания G2 используется для питания регулируемым напряжением об-мотки возбуждения машины постоянного тока М2, работающей в режиме генератора с независимым возбуждением.

Реостат А10 служит нагрузкой генератора постоянного тока.

Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения РЗ электромашинного агрегата.

Машина (асинхронный двигатель) M1 получает питание от источника G1 через трехфазную трансформаторную группу А2 и выключатель А6.

Реостат А9 выполняет роль резистора фазного ротора и подключается к обмотке ротора асинхронного двигателя M1.

С помощью мультиметров блока Р1 контролируются ток I и напряжение U маши-ны постоянного тока М2 и ток статора Iст асинхронного двигателя.

Измерителем мощности блока Р2 измеряются активная Р11 и реактивная Q11 мощности, потребляемые асинхронным двигателем М1.

 

Лабораторное занятие №7 Исследование работы полупроводникового диода

Цель:

Снять вольтамперные характеристики выпрямительного диода (типа КД226), импульсного диода (типа КД522), диода Шотки (типа 1N5819). По характеристикам определить основные параметры и сравнить их. На экране осциллографа пронаблюдать процессы включения и выключения диода, определить время включения и выключения.

Необходимые материалы и оборудование:

1. Методические рекомендации по проведению лабораторной работы

2. Мультиметр (амперметр)

3. Мультиметр (вольтметр)

4. Осциллограф

Ход работы:

•  Соберите цепь (рис.1 а) для снятия прямой ветви вольтамперной характеристики диодов. Обратите внимание, что вольтметр этой схеме подключён к точке «В» (после амперметра.) и на его показания не влияет падение напряжения на амперметре, которое соизмеримо с прямым падением напряжения на диоде. В то же время ток через вольтметр несоизмеримо мал с прямым током диода и не вносит заметной погрешности в показания амперметра.

Рис.1. Схема эксперимента а – прямая полярность , б – обратная полярность

·                    Устанавливая токи, указанные в таблице 1 снимите прямую ветвь вольтамперной характеристики сначала выпрямительного диода затем – импульсного и, наконец, диода Шотки. На рис. 2 постройте графики.

·    Измените схему для снятия обратной ветви вольтамперных характеристик переключив вольтметр в точку А (до амперметра) и перевернув диод. В этой схеме через амперметр не протекает ток вольтметра, который теперь соизмерим и даже больше обратного тока через диод. В то же время падение напряжения на амперметре ничтожно мало по сравнению с обратным напряжением на диоде.

·    Устанавливая напряжения, указанные в таблице 2, снимите обратную ветвь вольтамперной характеристики диода Шотки. Убедитесь, что обратный ток выпрямительного и импульсного диодов настолько мал, что его невозможно измерить приборами, имеющимися в стенде. На рис. 2 постройте графики.

Таблица 1 - Прямая ветвь

I, мА		2	4	7	10	13	15	18	20
U, В	КД226
	КД522
	1N5819

 

Таблица 2 Обратная ветвь

U, В		2	4	6	8	10	12	13	14
I, мА	КД226
	КД522
	1N5819

 

Рис. 2 – График вольтамперной характеристики

·    Для исследования характеристик диодов на переменном токе соберите на наборном поле цепь согласно принципиальной схеме рис. 3. Измерительные приборы в схему не включайте, так как они могут создать дополнительные паразитные ёмкости. Не забудьте включить инвертирование сигнала по каналу II, чтобы отклонение луча вверх соответствовало прямому току через диод.

Рис. 3 – Схема исследования диодов на переменном токе

•  Для начала включите в цепь выпрямительный диод, подайте на вход синусоидальное напряжение частотой 1 кГц, установите ручку регулятор амплитуды примерно в среднее положение (4…6 В) и отрегулируйте развертку, синхронизацию и усиление по двум каналам осциллографа так чтобы на экране помещались 1,5…2 периода кривых тока и напряжения.

•  Переключая множитель частоты ×1, ×10, ×100, и регулируя каждый раз длительность развёртки осциллографа, пронаблюдайте за изменением кривой тока. Объясните результаты (имейте в виду, что в положении множителя ×100 выходное напряжение генератора снижается примерно в 2 раза).

•  Переключите осциллограф в режим X-Y. При этом на экране появится изображение динамической вольтамперной характеристики диода: прямой ток по оси Y вверх, прямое падение напряжения – по оси Х вправо.

•  Снова попереключайте множитель частоты, наблюдая за изменением динамической вольтамперной характеристики. Объясните, почему при низкой частоте динамическая вольтамперная характеристика совпадает со статической, а при высокой – не совпадает.

•  Попробуйте повторить эти опыты с импульсным диодом и с диодом Шотки. Объясните отличия.

•  Снова включите в цепь выпрямительный диод, переключите осциллограф в режим развёртки и установите на входе прямоугольное двухполярное напряжение частотой примерно 40…50 кГц и небольшой амплитуды (2…3 В), чтобы меньше искажалось выходное напряжение генератора.

•  Настройте изображение, перерисуйте осциллограмму в отчёт (рис. 4), не забыв указать масштабы по осям (масштаб по оси тока вычисляется как масштаб напряжения , по каналу II, делённый на сопротивление, с которого снимается сигнал.).

•  Определите по осциллограмме время включения  tвкл и время выключения: tвкл.

Рис . 4 – Осцилограмма

Из осциллограммы:

время включения         tвкл = ……..мкс;

время выключения:      tвкл = ……..мкс.

Пояснения к работе:

Двухэлектродный полупроводниковый элемент - диод содержит n - и p - проводящий слои. В n-проводящем слое в качестве свободных носителей заряда преобладают электроны, а в p-проводящем слое - дырки. В результате диффузии электронов из n-области в р-область и, наоборот, дырок из р-области в n-область на границе создаётся потенциальный барьер (рис. 5 а и б).

При прямом приложенном напряжении («+» к слою p, « - » к слою n) потенциальный барьер уменьшается, и диод начинает проводить ток (диод открыт). При обратном напряжении потенциальный барьер увеличивается (диод заперт).

Вольт-амперная характеристика диода имеет вид, изображённый на рис. 5 в.

Рис. 5 Двухэлектродный полупроводниковый элемент а) – Диффузия электронов б) график потенциального барьера в) вольтамперная характеристика

Прямой ток через р-n переход определяется носителями заряда, неосновными для того слоя, куда они проникают. В процессе движения они сталкиваются с основными носителями данного слоя и рекомбинируют. С увеличением прямого тока падение напряжения на диоде несколько возрастает. При рекомбинации может выделятся энергия в виде излучения. Это явление используется в светодиодах.

В обратном направлении через диод протекает только небольшой ток утечки, обусловленный неосновными носителями. С увеличением обратного напряжения выше предельно допустимого для данного типа диода наступает пробой р-n перехода. В диодах различных типов он протекает по-разному: в обычных выпрямительных диодах – это необратимое разрушение р-n перехода в результате его перегрева, в лавинных – происходит лавинное размножение неосновных носителей, что приводит к резкому уменьшению обратного напряжения на нём и уменьшению нагрева, в стабилитронах – при увеличении обратного тока имеется достаточно протяжённый участок вольт-амперной характеристики, на котором напряжение мало зависит от тока (зенеровский пробой).

Основные статические параметры диодов, такие как пороговое напряжение U₀, прямое падение напряжение U_пр, дифференциальное сопротивление R_д, обратный ток I_обр, напряжение стабилизации стабилитрона U_ст, можно определить по вольтамперной характеристике, снятой на постоянном или медленно изменяющемся токе.

Переключение диода из закрытого состояния в открытое происходит не мгновенно. Это можно наблюдать на экране осциллографа, если приложить к диоду напряжение прямоугольной формы высокой частоты (рис. 6).

Рис. 6 Схема к определению переключения диода

При переходе из закрытого в открытое состояние необходимо время t_вкл, необходимое для рассасывания избыточных зарядов потенциального барьера и достижения диффузионного равновесия.

При переходе из открытого состояния в закрытое необходимо время t₁, за которое рассасываются избыточные носители и время t₂, за которое вновь устанавливается потенциальный барьер. Общее время выключения t_выкл = t₁ + t₂. На этапе t₁ через диод протекает большой обратный ток, а напряжение на нём убывает, сохраняя прямое направление. На этапе t₂ ток обратный ток убывает до нормального значения. Реальная картина, наблюдаемая на экране осциллографа, может несколько отличаться от описанной из-за влияния входной ёмкости осциллографа и монтажа.

Лабораторное занятие №8 Снятие статических характеритик транзистора на постоянном токе

Цель:

Снять экспериментально и построить графики четырех семейств характеристик биполярного транзистора n-p-n типа.

Необходимые материалы и оборудование:

1. Методические рекомендации по проведению лабораторной работы

2. Мультиметр (амперметр)

3. Мультиметр (вольтметр)

4. Транзистор n-p-n проподимости

Ход работы:

·                    Соберите цепь согласно схеме (рис. 16). Потенциометр 1 кОм используется для регулирования тока базы, резисторы 100 и 47 кОм – для ограничения максимального тока базы. Регулирование напряжения U_КЭ осуществляется регулятором источника постоянного напряжения. Для предотвращения подачи обратного напряжения на транзистор в цепь коллектора включён диод. Переход эмиттер база также защищён шунтирующим диодом. Измерение тока базы I_Б и напряжения U_БЭ производятся мультиметрами на пределах 200 μА и 2 В соответственно. Пределы измерения тока коллектора I_К и напряжения U_КЭ изменяются в ходе работы по мере необходимости. При сборке схемы предусмотрите перемычки для переключения амперметра из одной ветви в другую.

·                    Установите первое значение тока базы 20 μА, переключите миллиамперметр в цепь коллектора и, изменяя напряжение U_КЭ согласно значениям, указанным в табл. 7, снимите зависимости I_К(U_КЭ) и U_БЭ(U_КЭ). Повторите эти измерения при каждом значении I_Б, указанном в таблице.

Примечание: характеристики транзистора изменяются в ходе работы из-за его нагрева. Поэтому для большей определенности рекомендуется установить нужные значения I_БЭ и U_КЭ, выключить на 30 с блок генераторов напряжений, затем включить его и быстро записать показания приборов V1 и A2.

 

 

 

 

 

Рис. 16 - Схема эксперимента

 

Таблица 7 – Экспериментально снятие I_К(U_КЭ) и U_БЭ(U_КЭ) при I_б=const

UКЭ, В	IБ = 20 μА		IБ = 40 μА		IБ = 60 μА		IБ = 80 μА
	IК, мА	UБЭ, В	IК, мА	UБЭ, В	IК, мА	UБЭ, В	IК, мА	UБЭ, В
0
0,5
1
2
5
10
12

 

·                    На миллиметровой бумаге постройте графики семейства выходных характеристик I_К(U_КЭ) и семейство характеристик обратной связи U_БЭ(U_КЭ), не забыв указать какому току базы соответствует каждая кривая.

·                    Установите U_КЭ = 0 и изменяя ток базы в соответствии со значениями, указанными в табл. 8, снимите зависимость U_БЭ(I_Б), Увеличьте напряжение U_КЭ до 5 В и снова снимите зависимость U_БЭ(I_Б), а также и I_К(I_Б). Повторите этот опыт также при U_КЭ = 15 В. (При проведении этих измерений также учитывайте примечание к предыдущему опыту).

·                    На миллиметровый бумаге постройте графики входных I_Б(U_БЭ) и регулировочных I_К(I_Б) характеристик, указав для каждой кривой соответствующие значения U_КЭ.

Таблица 8 - Экспериментально снятие U_БЭ(I_Б), и I_К(I_Б) при U_КЭ =const

IБ, μА	UКЭ = 0 В		UКЭ = 5 В		UКЭ = 15 В
	UБЭ, В	IК, мА	UБЭ, В	IК, мА	UБЭ, В	IК, мА
0
5
10
20
30
50
70
80

 

 

 

Пояснения к работе:

Свойства транзисторов описываются следующими четырьмя семействами характеристик.

Входная характеристика показывает зависимость тока базы I_Б от напряжения в цепи база/эмиттер U_БЭ (при U_КЭ = const).

Выходная характеристика показывает зависимость тока коллектора I_К от напряжения цепи коллектор/эмиттер U_КЭ при различных фиксированных значениях тока базы.

Характеристика управления представляет собой зависимость тока коллектора I_К от тока базы I_Б (при U_КЭ = const).

Характеристика обратной связи есть зависимость напряжения цепи база ¤ эмиттер U_БЭ, от напряжения цепи коллектор/эмиттер U_КЭ при различных фиксированных значениях тока базы.

 

Скачано с www.znanio.ru