Общие методические указания к лабораторным работам

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет»

Кафедра прикладной математики и информатики

ТРОФИМОВ ЕВГЕНИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧНСКОЕ ПОСОБИЕ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ. КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Магнитогорск 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА». 6

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ... 6

I. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Исследование электрической цепи синусоидального тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. 7

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ... 7

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 7

2.1. Общие положения и определения. 7

2.2. Электрические цепи с активным сопротивлением, индуктивностью и ёмкостью.. 11

2.3. Последовательное соединение элементов с параметрами R, L, С.. 14

3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА.. 19

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ... 19

4.1. Экспериментальная часть. 19

4.2. Обработка результатов эксперимента. 20

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 23

II. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. Исследование электрической цепи синусоидального тока при параллельном соединении элементов цепи. 24

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ... 24

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКТЕ СВЕДЕНИЯ.. 24

2.1. Параллельное соединение приёмников в цепях синусоидального тока. 24

2.2. Повышение коэффициента мощности в электрических цепях переменного тока. 27

3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА.. 29

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ... 29

4.1. Экспериментальная часть. 29

4.2. Обработка результатов эксперимента. 31

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 33

III. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. Исследование режима работы трёхфазной электрической цепи синусоидального тока при соединении приёмников энергии по схеме «звезда». 35

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ... 35

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 35

2.1. Общие положения и определения. 35

2.2. Соединение приёмников по схеме четырёхпроводная звезда. 36

2.3 Режимы работы трёхфазной цепи, соединённой по схеме четырёхпроводная звезда. 40

2.4. Соединение приёмников по схеме трёхпроводная звезда. 46

3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА.. 56

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ... 57

4.1. Экспериментальная часть. 57

4.2. Обработка результатов эксперимента. 58

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 61

IV. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. Исследование режимов работы трёхфазной электрической цепи синусоидального тока при соединении фаз приёмников энергии по схеме «треугольник». 63

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ... 63

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 63

2.1. Общие положения и определения. 63

2.2.Трехпроводная цепь. Соединение приемников по схеме «треугольник». 65

2.3. Режимы работы трехфазной цепи, соединенной по схеме «треугольник». 67

3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА.. 77

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ... 77

4.1. Экспериментальная часть. 77

4.2. Обработка результатов эксперимента. 80

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 80

V. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. Исследование электроизмерительных приборов и способов расширения пределов измерения приборов. 82

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ... 82

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 82

2.1. Общие положения и определения. 82

2.2. Приборы магнитоэлектрической системы.. 87

2.3. Приборы электромагнитной системы.. 90

2.4. Приборы электродинамической и ферродинамической системы.. 93

2.5. Измерение тока в цепях постоянного тока. 97

2.6. Измерение напряжения в цепях постоянного тока. 99

2.7. Измерение тока в цепях переменного тока. 100

2.8. Расширение пределов измерения вольтметров в цепях переменного тока. 102

2.9. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока. 103

3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА.. 105

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 107

VI. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. Исследование электрической цепи синусоидального тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений в режиме резонанса напряжений. 109

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ... 109

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 109

2.1. Общие положения и определения. 109

3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА.. 115

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ... 115

4.1. Экспериментальная часть. 115

4.2. Обработка результатов эксперимента. 116

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 118

VII. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. Исследование электрической цепи синусоидального тока при параллельном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений в режиме резонанса токов. 119

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ... 119

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 119

2.1. Общие положения и определения. 119

3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА.. 123

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ... 124

4.1. Экспериментальная часть. 124

4.2. Обработка результатов эксперимента. 125

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 127

VIII. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. Исследование однофазного трансформатора. 128

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ... 128

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 128

2.1. Общие положения и определения. 128

2.2. Режимы работы трансформатора. 130

2.3. Внешняя характеристика трансформатора. 133

3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА.. 134

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ... 135

4.1. Экспериментальная часть. 135

4.2. Обработка результатов эксперимента. 135

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 137

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА». 138

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ... 138

IX. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1. Расчет электрических цепей с использованием законов Ома и Кирхгофа. 138

1. Вопросы для подготовки к занятиям.. 138

2. Расчет цепи с одним источником питания. 139

2.1. Анализ и решение задачи 1. 139

2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1. 140

3. Расчет сложных цепей при помощи уравнений Кирхгофа. 140

3.1. Анализ и решение задачи 2. 141

3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2. 142

4. Самостоятельная работа студента. 143

X. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2. Методы расчета сложных цепей. 146

1. Вопросы для подготовки к занятиям.. 146

2. Расчет цепи методом узлового напряжения. 146

2.1. Анализ и решение задачи 1. 147

2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1. 147

3. Расчет цепей методом эквивалентного генератора. 148

3.1. Анализ и решение задачи 2. 149

3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2. 150

4. Самостоятельная работа студента. 151

XI. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3. Расчет цепи переменного тока с последовательным соединением элементов. 154

1. Вопросы для подготовки к занятиям.. 154

2. Расчет электрических параметров цепи. 154

2.1. Анализ и решение задачи 1. 155

3. Расчет цепи методом комплексных чисел. 156

3.1. Дополнительные вопросы к задаче 1. 158

4. Определение параметров потребителя по опытным данным.. 158

4.1. Анализ и решение задачи 2. 159

4.2. Дополнительные вопросы к задаче 2. 159

4. Самостоятельная работа студента. 160

XII. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4. Расчет сложных цепей переменного тока. 163

1. Вопросы для подготовки к занятиям.. 163

2. Расчет цепи с параллельным соединением элементов. 164

2.1. Анализ и решение задачи 1. 164

2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1. 167

3. Расчет разветвленной электрической цепи. 169

3.1. Анализ и решение задачи 2. 169

3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2. 173

4. Самостоятельная работа студента. 174

XIII. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №5. Магнитные и нелинейные цепи. 178

1. Вопросы для подготовки к занятиям.. 178

2. Примеры решения прямой и обратной задачи для магнитных цепей. 180

3. Самостоятельная работа студента. 186

XIV. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №6. Расчет трехфазных цепей при соединении потребителей звездой и треугольником 190

1. Вопросы для подготовки к занятиям.. 190

2. Расчет цепей при соединении источников и потребителей звездой. 191

2.1. Анализ и решение задачи 1. 191

2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1. 193

3. Расчет цепей при соединении треугольником.. 193

3.1. Анализ и решение задачи 2. 194

3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2. 196

3.3. Анализ и решение задачи 3. 197

3.4. Дополнительные вопросы к задаче 3. 198

4. Самостоятельная работа студента. 198

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА». 200

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КОНТРОЛЬНЫМ РАБОТАМ... 200

XV. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1. Расчёт разветвлённой электрической цепи синусоидального тока. 202

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.. 202

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 202

1.1. Последовательное соединение активных и реактивных элементов. 202

1.2. Векторная диаграмма напряжений для неразветвленной цепи. 204

1.3. Проводимости и их связь с сопротивлениями. 205

1.4 Общий случай разветвленной цепи. 207

2. РАСЧЕТ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА СО СМЕШАННЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ.. 210

2.1 Содержание домашнего задания. 210

2.2 Пример расчета электрической цепи со смешанным соединением элементов. 211

XVI. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2. Расчёт трёхфазной электрической цепи синусоидального тока. 222

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.. 222

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 222

1.1. Общие положения и определения. 222

1.2. Соединение фаз приемников схеме четырехпроводная звезда. 224

1.3. Соединение фаз приемника по схеме «треугольник». 228

1.4. Мощность трехфазной цепи. 232

2. РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ.. 233

2.1. Содержание домашнего задания. 233

2.2. Пример расчета трехфазной электрической цепи. 235

XVII. ВОПРОСЫ К ТЕСТАМ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА». 245

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ... 245

1. Вопросы к тесту по теме «Электрические цепи постоянного тока». 246

2. Вопросы к тесту по теме «Электрические однофазные цепи». 268

3. Вопросы к тесту по теме «Электрические трёхфазные цепи». 288

4. Вопросы к тесту по теме «Трансформаторы». 310

5. Вопросы к тесту по теме «Электроизмерительные приборы и электрические измерения». 323

6. Вопросы к тесту по теме «Асинхронные двигатели». 331

7. Вопросы к тесту по теме «Машины постоянного тока». 336

ЛИТЕРАТУРА.. 338

ПРИЛОЖЕНИЯ.. 340

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

При подготовке к лабораторным работам студенты должны в обязательном порядке:

1. ознакомиться по руководству с целью, программой и средствами эксперимента;

2. составить заготовку отчета в соответствии с требованиями, предъявляемыми к отчету;

3. уяснить теоретические положения, объясняющие явления и процессы в предстоящем эксперименте;

4. ответить на вопросы, приведенные в конце данного руководства.

Выполнение перечисленных пунктов служит основанием для допуска студентов к выполнению лабораторной работы.