Моделирование и исследование электрических цепей с помощью универсального лабораторного стенда
Покупка
Новинка
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 36
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-5323-8
Артикул: 837719.01.99
Изложены основные теоретические сведения о составе, принципе действия универсального лабораторного стенда, используемого как основное оборудование для проведения лабораторных работ по дисциплине «Электротехника». Приведены характеристики основных измерительных приборов и устройств, задание, порядок выполнения и методические указания к проведению лабораторных работ. Для студентов 2-4-го курсов, обучающихся по программе специалитета и изучающих дисциплину «Электротехника».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 00.03.31: Электроника и электротехника
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» А.В. Ситников, И.А. Тарасенко, П.М. Дмитриев Моделирование и исследование электрических цепей с помощью универсального лабораторного стенда Учебно-методическое пособие
УДК 621.3 ББК 31.21 С41 Издание доступно в электронном виде по адресу https://bmstu.press/catalog/item/6801 Факультет «Фундаментальные науки» Кафедра «Электротехника и промышленная электроника» Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия Ситников, А. В. С41 Моделирование и исследование электрических цепей с помощью универсального лабораторного стенда : учебно-методическое пособие / А. В. Ситников, И. А. Тарасенко, П. М. Дмит- риев. — Москва : Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020. — 33, [3] с. : ил. ISBN 978-5-7038-5323-8 Изложены основные теоретические сведения о составе, принципе действия универсального лабораторного стенда, используемого как основное оборудование для проведения лабораторных работ по дисциплине «Электротехника». Приведены характеристики основных измерительных приборов и устройств, задание, порядок выполнения и методические указания к проведению лабораторных работ. Для студентов 2–4-го курсов, обучающихся по программе специалитета и изучающих дисциплину «Электротехника». УДК 621.3 ББК 31.21 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020 ISBN 978-5-7038-5323-8
Предисловие Основная задача современного высшего образования — подготовка специалистов, обладающих теоретическими знаниями и владеющих навыками их применения на практике. Особое внимание в образовательном процессе уделяется освоению студентами современных методов исследования реальных физических процессов, приобретению практического опыта в работе с современной исследовательской и измерительной аппаратурой, т. е. формированию в полном объеме профессиональных компетенций. Именно при выполнении лабораторных работ будущие специалисты имеют возможность на практике применять полученные теоретические знания, самостоятельно работать с современными измерительными приборами и приобрести навыки синтезирования технических систем, необходимые для выполнения заданной технической задачи. Цель настоящего учебно-методического пособия — выработать у студентов навыки самостоятельного изучения характеристик электрических цепей с помощью универсального лабораторного комплекса при исследовании принципа действия его отдельных функциональных блоков, привить навыки выполнения измерений электрических величин. Лабораторная работа «Моделирование и исследование электрических цепей с помощью универсального лабораторного стенда» — базовая лабораторная работа из проводимых по дисциплины «Электротехника». В ходе выполнения лабораторной работы студенты исследуют возможности универсального лабораторного стенда, приобретают навыки работы с измерительными приборами, на практике изучают процессы, происходящие в электрических цепях при постоянном и гармоническом входном воздействии. Лабораторная работа предназначена для студентов, обучающихся по приборостроительным специальностям. В конце учебно-методического пособия приведены контрольные вопросы и приложение, в котором в качестве примера показана карточка для защиты лабораторной работы. 3
1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ 1.1. Состав и структура лабораторного стенда При выполнении лабораторных работ моделирование и исследование электрических цепей проводят на универсальном лабораторном стенде. Лицевая панель стенда показана на рис. 1.1. Она содержит блок однофазного источника питания, блок генераторов напряжений, блок мультиметров, коннектор. Кроме того, в состав стенда входят наборная панель, набор мини-блоков, комплект соединительных проводов и перемычек, компьютер. Рис. 1.1. Лицевая панель стенда Однофазный источник питается от трехпроводной однофазной сети (фаза, ноль и земля). В нем смонтированы устройство защитного отключения (УЗО) и автомат для защиты от перегрузки по току 1, блок розеток 2 для подключения внешних измерительных приборов и осциллографа. При включенном выключателе 3 светится индикаторная лампа 4. В состав блока генераторов напряжений входят следующие элементы: источник симметричного трехфазного напряжения 4
(действующее значение U = 7В, частота f = 50Гц) 13; источник однофазного синусоидального напряжения (действующее значение U = 24В, частота f = 50Гц) 14; источник переменного напряжения сигналов специальной формы 12, регулируемых по амплитуде и частоте; два нерегулируемых источника постоянного напряжения 11 и источник постоянного напряжения, регулируемый в пределах от 0 до 15 В. Блок мультиметров предназначен для измерения напряжений, токов, сопротивлений. В блоке установлены два серийно выпускаемых мультиметра 9 и источник питания от сети с выключателем 6 и предохранителями. Коннектор предназначен для ввода измеряемых токов и напряжений в компьютер и их последующих измерений с помощью виртуальных приборов программы ВП ТОЭ. Изображенные на лицевой панели коннектора измерительные приборы V0, V1, A1, …, A4 включаются в цепь как обычные вольт- метры и амперметры. Коннектор имеет два канала для ввода напряжений в компьютер и два канала для ввода токов. Однако в цепь можно включить четыре амперметра и кнопками переключения измеряемого тока 7 выбирать вводимое в компьютер значение I1, I2, I3 или I4. О выбранном токе сигнализирует светодиод на лицевой панели коннектора и надпись на виртуальном амперметре экрана дисплея. Кнопки переключения диапазонов напряжений (токов) 5 предназначены для выбора пределов измерения. Кроме того, на лицевой панели коннектора имеется разъем для подключения USB-кабеля связи коннектора с компьютером 8. Наборная панель (рис. 1.2) предназначена для сборки электрических схем с использованием мини-блоков. Мини-блоки (рис. 1.3) представляют собой отдельные элементы электрических цепей (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и т. д.), помещенные в прозрачные корпуса со штырями для соединения с гнездами наборного поля. На этикетках мини-блоков изображены условные обозначения элементов и расположеРис. 1.2. Наборная панель 5
Рис. 1.3. Мини-блоки ние выводов, приведены основные технические характеристики элементов (табл. 1.1). Таблица 1.1 Номер позиции Наименование и характеристики Количество Номер позиции Наименование и характеристики Количество 1 Резисторы МЛТ , 2 Вт, ±5 %: 1 330 Ом 1 10 Ом 1 470 Ом 1 22 Ом 1 680 Ом 1 33 Ом 1 1 кОм 3 47 Ом 1 2,2 кОм 1 100 Ом 1 4,7 кОм 2 220 Ом 1 10 кОм 2 6
Окончание табл. 1.1 Номер позиции Наименование и характеристики Количество Номер позиции Наименование и характеристики Количество 1 22 кОм 1 6 Лампа сигнальная 10 В, 55 мА 1 33 кОм 1 7 Лампа 10 В 1 47 кОм 1 8 Нелинейные резисторы 3 100 кОм 2 9 Фоторезистор 1 1 11 Симистор 33 В 1 1 МОм 1 10 Варикап 1SV149 1 2 Конденсаторы: К73-17 63…100 В: 0,01 мкФ 0,1 мкФ 1 12 Стабилитрон 10 В 1 0,22 мкФ 1 13 Светодиод АЛ307 1 6 14 Транзисторы: КТ502Г , КТ503Г , 0,47 мкФ 1 КТ117Г , КП-303Е, КП103Е 1 мкФ 1 15 Диоды КД 226 5 10 мкФ x 63 В 1 16 Тиристор КУ101Е 1 1 100 мкФ x 63 В 1 17 Операционный усилитель КР140УД608А 470 мкФ x 35 В 1 3 Катушки индук- тивности: 10 мГн 1 40 мГн 1 100 мГн 2 4 Потенциометры 2 5 Микропереключатель (тумблер) 1 Примечание. Состав мини-блоков может варьироваться. 7
Рис. 1.4. Г енератор напряжений специальной формы Источник напряжений специальной формы (рис. 1.4) вырабатывает сигналы синусоидальной, прямо- угольной, импульсной и треугольной форм. Переключение видов сигналов осуществляется микропереключателем «форма» 1. При этом под соответствующим изображением сигнала загорается сигнальный светодиод 2. Частота сигнала устанавливается с помощью потенциометра «частота» 4. Контроль за частотой осуществляется с помощью цифровых индикато- ров. При горящем состоянии светодиода 2 частота меняется по декадам. При мигающем состоянии светодиода частота меняется с минимально возможным шагом. Переключение между режимами производится путем нажатия на ручку потенциометра «частота». Амплитуда выходного напряжения устанавливается ручкой «амплитуда» 5 в пределах 0...12 В. Нагрузка к источнику подключается посредством выходных клемм 3. Рис. 1.5. Блок мультиметров 8
Блок мультиметров (рис. 1.5) предназначен для измерения напряжений, токов, сопротивлений. В блоке установлены два серийно выпускаемых мультиметра с источником питания от сети, с общим выключателем и предохранителями. Включение блока происходит выключателем 1. Мультиметры содержат жидкокристаллический экран для отображения информации 2, переключатель режимов и диапазона измерения 3. В электрическую цепь мультиметры подключают с помощью клемм 4. До подключения мультиметра к цепи необходимо выполнить следующие операции: 1) в соответствии с измеряемыми величинами выбрать режим прибора для подсоединения в цепь: V= (измерение постоянного напряжения), V~ (измерение действующего значения переменного напряжения), A= (измерение постоянного тока), A~ (измерение действующего значения переменного тока), Ω (измерение сопротивления); 2) выбрать диапазон измерений соответственно ожидаемому результату измерений; 3) правильно подсоединить клеммы мультиметра к исследуемой цепи с использованием проводов. 1.2. Порядок работы с виртуальными приборами Измерение напряжений, токов, сопротивлений, мощностей, сдвигов фаз и других показателей можно проводить с помощью виртуальных приборов, отображаемых на экране монитора компьютера при активации специального программного обеспечения (программа ВП ТОЭ). Ввод информации в компьютер выполняется с коннектора через USB-порт. При работе с виртуальными приборами необходимо придерживаться определенного порядка действий. 1. Собрать цепь в соответствии со схемой опыта, включив в нее вместо реальных амперметров и вольтметров виртуальные приборы, изображенные на лицевой панели коннектора. 2. Включить виртуальные приборы двойным щелчком левой клавиши мыши по ярлыку ВП ТОЭ. В результате откроется блок Приборы I (рис. 1.6) с вольтметрами и амперметрами, часть из которых активизирована по умолчанию (т. е. включены пределы измерения). Расположение приборов в окне блока можно изменить, щелкнув левой клавишей мыши по обозначению прибора и выбрав 9
Рис. 1.6. Виртуальные приборы в открывшемся перечне нужный прибор. К одному и тому же каналу коннектора, таким образом, можно подключить несколько виртуальных приборов для одновременного измерения действующего, амплитудного, среднего и других значений одного и того же напряжения (тока). 3. Активировать нужные виртуальные приборы, щелкнув в соответствующих окнах по кнопкам Откл. Для отключения прибора нужно щелкнуть в окне предела измерения по кнопке Вкл. 4. Выбрать измеряемую величину , щелкнув в окне Действующее, и указать в открывшемся списке нужное значение. В этом окне пункт Действ. перем. обозначает действующее значение сигнала, из которого исключена постоянная составляющая. 5. Выбрать пределы измерения вольтметров и амперметров, нажав соответствующие кнопки на коннекторе (см. рис. 1.1). Выбранные пределы отображаются автоматически в соответствующих окнах виртуальных приборов. Когда измеряемый сигнал превышает допустимый для данного канала уровень, окно с показанием виртуального прибора начинает мигать красным цветом, а в верхней части панели включается надпись «Перегрузка! Перейдите на 10