Лабораторные работы

Долинский филиал

Государственного бюджетного профессионального образовательного учреждения
«Сахалинский техникум строительства и жилищно - коммунального хозяйства»

(ДФ СТС и ЖКХ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для студентов по выполнению

лабораторных работ, практических занятий

ОП 02. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

ПО ПРОФЕСИИ СПО: 140446.03.Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования

2017-2019гг.

выполнил: Середа Т.Н.

преподаватель физики.

2017г.

Перечень лабораторных работ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Настоящие методические указания по выполнению лабораторных работ, практических занятий предназначены для студентов по дисциплине 13.01.10 Электромонтёр по ремонту и обслуживанию электрооборудования

Содержание лабораторных работ направлено на:

- обобщение, систематизацию, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплины;

- формирование умений применять полученные знания на практике, реализацию единства интеллектуальной и практической деятельности;

- развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов: аналитических, проектировочных, конструктивных;

- выработку при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.

1.Представленные лабораторные работы по дисциплине

выполняются после изучения теоретического учебного материала разделов основы электротехники.

(таблица 1).

2.Методические указания по проведению лабораторных работ ориентированы на достижение следующих целей:

- экспериментальное подтверждение и проверку существенных теоретических положений, закономерностей;

- экспериментальное установление свойств веществ, их качественных и количественных характеристик;

- экспериментальное наблюдение развития явлений, процессов;

- ознакомление с методами проведения эксперимента;

- формирование практических умений и навыков обращения с различными приборами, установками, лабораторным оборудованием, аппаратурой, которые составляют часть профессиональной практической подготовки;

- развитие исследовательских умений – (наблюдать, сравнивать, анализировать, устанавливать зависимость, делать выводы и обобщения, оформлять результаты).

Они охватывают весь круг профессиональных умений, на которые ориентирована данная дисциплина.

На лабораторных работах студенты овладевают первоначальными профессиональными умениями и навыками, которые в дальнейшем закрепляются и совершенствуются в процессе учебной и профессиональной практики.

Перед выполнением лабораторных работ осуществляется проверка знаний студентов – их теоретическая готовность к выполнению заданий, а также инструктаж по выполнению этих заданий.

По окончанию работ проводится обсуждение итого в выполнения работ.

Формы организации обучающихся на лабораторных работах фронтальная, групповая, индивидуальная.

Оценки за выполнение лабораторных работ выставляются по пятибалльной системе (или в форме зачета) и учитываются как показатели текущей успеваемости студентов

Структура оформления лабораторных работ.

Выполнение лабораторных работ позволяет реализовать требования к уровню подготовки выпускников, предъявляемых соответствующих стандартов.

Лабораторные работы значительно повышают качественный уровень знаний, повышают мотивацию к изучению дисциплины, дают возможность обучающимся более полно осознать необходимость практической значимости приобретенных умений, навыков, а также использование их в профессиональной деятельности.

Для подготовки к выполнению лабораторных работ рекомендуется следующая литература:

1. Бутырин П.А. Электротехника. - М.: ОИЦ Академия, 2013

1.Китаев В.И..Электротехника.-М.: Высшая школа 2005

2.Попов В.С. Теоретическая электротехника.- М.: Энергоиздат 2005

3. Прошин В.М. Лабораторно-практические работы по электротехнике - М.: ОИЦ Академия, 2010

4. Прошин В.М. Рабочая тетрадь к лабораторно-практическим работам по электротехнике - М.: ОИЦ Академия, 2009

5.Шихин А.Я. Электротехника.-М.: Высшая школа 2006

Перечень лабораторных работ.

1.Последовательное соединение проводников и проверка падения напряжения в отдельных проводниках.

2. Параллельное соединение проводников и проверка1-го правила Кирхгофа.

3.Нахождение сопротивления резистора по его вольт-амперной характеристике.

4.Расчёт простой цепи постоянного тока.

5.Нахождение магнитной индукции и напряжённости по кривой намагничивания.

6.Расчёт напряжённости, индукции и магнитного потока для участка, узла и контура магнитной цепи.

7.Изучения явления электромагнитной индукции.

8.Проверка закона Ома при последовательном соединение активного, индуктивного и ёмкостного сопротивлений получение резонанса напряжений.

9. Изучение параллельного соединения индуктивного и ёмкостного сопротивлений и проверка резонанса токов.

10. Измерение сопротивления с помощью амперметра и вольтметра. Расширение пределов измерения.

11. Определение абсолютной и относительной погрешностей, класса точности, цены деления и чувствительности приборов.

12. Составление простейших схем с использованием аппаратов управления и защиты.

13. Библиографический список.

ГБПОУ Сахалинский политехнический центр №4

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по организации и проведению

лабораторных работ

По предмету Основыэлектротехники

специальность: 140446.03.Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования

Долинск 2017г.

Содержание

Введение …………………………………………………………….. 5

Методика организации и проведения лабораторных занятий …... 7

Методика организации и проведения практических занятий …...8

Структура проведения лабораторного (практического) занятия ... 10

Библиографический список ……………………………………….. 13

Приложение 1. План проведения лабораторного занятия №

(структура плана проведения занятия преподавателем) 14

Приложение 2. Лабораторное занятие № (оформление

обучающимися (студентами) лабораторного занятия) ………… 15

Приложение 3 Практическое занятие № (оформление обучаю-

щимися (студентами) практического занятия) ……………………16

Приложение 4. Рекомендации по составлению методических

указаний (инструкционных карт) …………………………………. 17

Введение

К одним из видов аудиторных учебных занятий отнесены лабораторные работы ипрактические занятия. Они направлены на экспериментальное подтверждение теоретических положений и формирование учебных и

практических профессиональных умений, и составляют важную

часть теоретической и практической подготовки.

Дисциплины, по которым планируются лабораторные и практические занятия, и их объём определяются учебным планом образовательного учреждения. Практика показывает, что большинство

преподавателей правильно понимают цели и задачи проведения

лабораторных и практических занятий, работают над совершенствованием методики преподавания. Вместе с тем отсутствие единых требований и единого подхода к проведению подобных занятий снижают уровень их проведения. Не каждое педагогическое издание даёт чёткое разграничение понятию лабораторного и практического занятия. Преподаватели общепрофессиональных, специальных дисциплин, не имеющие педагогического образования, недостаточно знакомы с общей и частной методиками преподавания.

В предлагаемых материалах даны понятия лабораторным и

практическим занятиям, рассмотрены их основные дидактические

цели, формируемые умения и навыки, содержание. Раскрыта структура проведения лабораторного (практического) занятия. В приложении 1 дана структура плана проведения занятия преподавателем.

В приложениях 2, 3 определены требования к оформлению обучающимися (студентами) лабораторных и практических занятий и к

содержанию отчетов. В приложении 4 даны методические указания

по составлению инструкционных карт.

Данные материалы могут быть использованы преподавателями

для совершенствования своего педагогического мастерства, администрацией для руководства по контролю за организацией и проведением лабораторных и практических занятий.

Методика организации и проведения

лабораторных работ

Лабораторное занятие — это форма организации учебного

процесса, когда обучающиеся (студенты) по заданию и под руководством преподавателя самостоятельно проводят опыты, измерения,

элементарные исследования на основе специально разработанных

заданий в условиях лаборатории.

Дидактические цели лабораторных занятий:

– овладение техникой эксперимента;

– формирование умений решать практические задачи путем постановки опыта;

– экспериментальное подтверждение изученных теоретических

положений, экспериментальная проверка формул, расчетов.

Формируемые умения и навыки (деятельность студентов):

– наблюдать, сравнивать, сопоставлять, анализировать, делать

выводы и обобщения;

– самостоятельно вести исследования;

– пользоваться различными приёмами измерений, оформлять результат в виде таблиц, схем, графиков;

– получать профессиональные умения и навыки обращаться с

различными приборами, аппаратурой, установками и другими техническими средствами при проведении опытов.

Содержание лабораторного занятия определяется перечнем

профессиональных умений по конкретной учебной дисциплине

(модулю), а также характеристикой профессиональной деятельности выпускников, требованиями к результатам освоения основной

профессиональной образовательной программы:

– установление и изучение свойств вещества, его качественных

характеристик, количественных зависимостей;

– наблюдение и изучения явлений и процессов, поиск закономерностей;

– изучение устройства и работы приборов, аппаратов, другого

оборудования, их испытание, снятие характеристик;

– экспериментальная проверка расчетов, формул;

– получение новых веществ, материалов, образцов, исследование их свойств.

Методика организации и проведения

практических занятий

Практическое занятие — это форма организации учебного процесса, направленная на выработку у обучающихся (студентов)

практических умений и навыков для изучения последующих дисциплин (модулей) и для решения профессиональных задач.

Дидактические цели практических занятий:

– формирование умений и навыков (аналитических, проектировочных, конструктивных), необходимых для изучения последующих дисциплин (модулей) и для будущей профессиональной деятельности.

Формируемые умения и навыки

(деятельность обучающегося):

– пользоваться измерительными приборами, аппаратурой, инструментами;

– работать с нормативными документами и инструктивными материалами, справочниками;

– составлять техническую документацию;

– выполнять чертежи, схемы, таблицы;

– решать разного рода задачи;

– выполнять вычисления;

– определять характеристики различных веществ, предметов,

явлений;

– формировать интеллектуальные умения — аналитические,

проектировочные, конструктивные, связанные с необходимостью

анализировать процессы, состояния, явления и др., проектировать

на основе анализа свою деятельность, намечать конкретные пути

решения той или иной практической задачи, конструировать по за-

данному алгоритму, диагностировать тот или иной процесс, анализировать различного рода производственные ситуации, разрабатывать технологию эксперимента и т.д.

Наряду с формированием умений и навыков в процессе практических занятий обобщаются, систематизируются, углубляются и

конкретизируются теоретические знания, вырабатывается способность и готовность использовать теоретические знания на практике.

Содержание практического занятия определяется перечнем

профессиональных умений по конкретной учебной дисциплине

(модулю), а также характеристикой профессиональной деятельности выпускников, требованиями к результатам освоения основной

профессиональной образовательной программы:

– изучение нормативных документов и справочных материалов,

анализ производственной документации, выполнение заданий сих

использованием;

– анализ производственных ситуаций, решение конкретных производственных, экономических и других заданий, принятие управленческих решений;

– решение задач разного рода, расчет и анализ различных показателей, составление и анализ формул, уравнений, реакций, обработка результатов многократных измерений;

– изучение устройства машин, приборов, инструментов, аппаратов, измерительных механизмов, функциональных схем;

– ознакомление с технологическим процессом, разработка технологической документации;

– упражнения в работе на различных машинах, аппаратах, приспособлениях, с измерительными инструментами; подготовка к работе, обслуживанию техники;

- конструирование по заданной схеме; сборка и демонтаж механизмов, изготовление моделей заготовок;

– диагностика качества различных веществ, изделий.

Методика обучения решению практических задач:

– полное и четкое выяснение условия;

– уточнение знаний и практического опыта, на основе которых

может быть решена задача;

– составление плана решения.

Примерная схема решения задачи:

1) что дано (сущность анализируемого действия, процесса, явления, поступка);

2) что известно и в какой степени известное может помочь

решению поставленной задачи;

3) гипотезы решения;

4) методы решения;

5) способы предупреждения ошибок;

6) выводы и предложения.

Структура проведения

лабораторного (практического) занятия

Если содержание лабораторных и практических занятий является принципиально различным, то методика их проведения в значительной мере близка. Структура проведения в основном сводится к следующему:

Вводная часть:

– организационный момент;

– мотивация учебной деятельности;

– сообщение темы, постановка целей;

– повторение теоретических знаний, необходимых для работы с

оборудованием, осуществления эксперимента или другой практической деятельности;

– выдача задания;

– определение алгоритма проведения эксперимента или другой

практической деятельности;

– инструктаж по технике безопасности (при необходимости);

– ознакомление со способами фиксации полученных результатов;

– допуск к выполнению работы.

Самостоятельная работа обучающегося (студента):

– определение путей решения поставленной задачи;

– выработка последовательности выполнения необходимых действий;

– проведение эксперимента (выполнение заданий, задач, упражнений);

– составление отчета;– обобщение и систематизация полученных результатов (таблицы, графики, схемы и т.п.).

Заключительная часть:

– подведение итогов занятия: анализ хода выполнения и результатов работы обучающихся (студентов), выявление возможных

ошибок и определение причин их возникновения;

– защита выполненной работы.

Педагогическое руководство:

– четкая постановка познавательной задачи;

– инструктаж к работе (осмысление обучающимися сущности

задания, последовательности его выполнения);

– проверка теоретической и практической готовности обучающихся к занятию;

– выделение возможных затруднений в процессе работы;

– установка на самоконтроль;

– наблюдение за действиями обучающихся, регулирование тем-

па работы, помощь (при необходимости), коррекция действий, проверка промежуточных результатов.

Рекомендуемые составляющие

учебно-методических комплексов учебных дисциплин (модулей) в части планирования и

организации практической подготовки обучающихся (студентов):

– перечень лабораторных и практических занятий в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины (модуля);

– методические указания (инструкционные карты) для обучающихся (студентов) по выполнению лабораторных работ;

– методические указания (инструкционные карты) для обучающихся (студентов) по выполнению практических занятий;

– методические разработки по планированию и методикам проведения лабораторных и практических занятий;

– образцы оформления лабораторных работ и практических занятий

СПб ГОУ СПО «Политехнический колледж городского хозяйства»

ГБПОУ Сахалинский политехнический центр №4

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

по организации и проведению

лабораторных работ и практических занятий

(методическое пособие)

Долинск 2014г.

Методические указания предназначены для студентов средних учебных заведений, в которых предусмотрено изучение курса «Электротехника основы электроники». Методические указания также могут быть использованы для обучения учащихся профессионально-технических училищ повышения квалификации спеиалистов.

1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСУЩЕСТВЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Цель лабораторных занятий

Важнейшей частью курса «Электротехника и основы электроники» является лабораторный практикум. Чтобы знать электротехнику и основы электроники, необходимо научиться самостоятельно решать разнообразные электротехнические задачи. Решение этих задач может быть получено, как известно, аналитическим или экспериментальным методом. Экспериментальные методы решения изучаются на лабораторных занятиях.

Лабораторные занятия дают возможность:

• закрепить на практике теоретические сведения о работе различных электротехнических и электронных устройств;

• подробно ознакомиться с устройством и характеристиками наиболее важных электротехнических и электронных приборов, аппаратов и машин, составляющих предмет лабораторной практики:

• помочь овладеть практическими способами управления и настройки электротехнических устройств на заданный режим;

- получить практические навыки в проведении измерений электрических величин, пользовании различными измерительными приборами и аппаратами, чтении электрических схем, построении графиков и характеристик;

- научить технике проведения экспериментального исследования
физических моделей или промышленных образцов электротехнических и электронных устройств;

- выработать умение рассуждать о рабочих свойствах и степени пригодности исследованных электротехнических устройств для решения тех или иных задач.

В соответствии с государственными образовательными стандартами по курсам электротехники и основы электроники лабораторные работы должны выполняться по разделам электрические цепи постоянного и переменного тока, трехфазные электрические цепи, трансформаторы и электрические машины постоянного и переменного тока, основы электроники.

1. Подготовка к лабораторному занятию

Экспериментальные задачи, предлагаемые на лабораторных занятиях, могут быть успешно решены в отведенное в соответствии с расписанием занятий время только при условии тщательной предварительной подготовки к каждой из них.

Студент, в первую очередь, должен твердо уяснить цель задания и четко представлять назначение устройства, его условное обозначение на электрических схемах, принцип действия и основные характеристики.

Затем, по материалам руководства необходимо ознакомиться с основными параметрами объекта исследования, источников питания и других используемых в стенде преобразователей и пускорегулирующих аппаратов. Эти сведения нужны для определения диапазона возможного изменения величин и необходимого режима работы объекта исследования. Требуемые расчетные соотношения формулы следует найти и записать самостоятельно на основе изучения учебных пособий.

Особое внимание следует уделить измерительным приборам. В соответствии с каждым этапом рабочего задания необходимо проанализировать схему соединений, состоящую из элементов объекта исследования и электроизмерительных приборов. При этом рекомендуется заготовить таблицы для записи показаний приборов.

Одним из важных этапов подготовки к выполнению лабораторной работы является изучение технологии проведения эксперимента, используя методические рекомендации к выполнению рабочего задания.

Завершает этап подготовки к выполнению лабораторной работы составление ответов на контрольные вопросы, приведенные в методических указаниях.

1. Проведение экспериментов

Получив разрешение преподавателя на проведение лабораторного исследования, следует немедленно приступить к сборке электрических цепей на рабочем месте. Рекомендуется придерживаться следующего порядка, значительно облегчающего работу по сборке и избавляющего от многих ошибок при соединениях. Общим правилом является соединение сначала участков цепи с последовательным соединением элементов и приборов, а затем параллельных ветвей как объекта исследования, так и приборов.

Этот прием позволяет сознательно подойти к оценке назначения каждого элемента цепи тем самым правильно осуществить её сборку.

Одновременно со сборкой цепи надо произвести маркировку измерительных приборов в соответствии с их условными обозначениями на рабочей схеме соединений. Маркировку приборов можно выполнить с помощью бумажных бирок, которые заготавливает учащийся, выполняющий лабораторное исследование.

Во избежание возможного возникновения больших токов в собранной цепи элементы регулирования потенциометров необходимо устанавливать в положение, соответствующее минимуму напряжения на выходе.

Собранную цепь следует обязательно показать для проверки преподавателю. Только с его разрешения можно включить источник питания и произвести предварительное опробование работы цепи, чтобы убедиться в возможности проведения опыта при заданных пределах измерения величин. Нельзя приступать к измерениям, не будучи совершенно уверенным, что цепь собрана правильно.

Если при испытании цепи постоянного тока стрелка измерительного прибора уходит за пределы шкалы в обратном направлении, надо отключить цепь и переключить подходящие к прибору провода.

При снятии характеристик недопустимо превышать номинальные значения токов и напряжений испытываемого электротехнического устройства, если нет особых указаний в руководстве по лабораторному эксперименту. В случае, если стрелка какого-либо прибора выходит за пределы шкалы, надо немедленно отключить цепь от источника питания, доложить преподавателю или лаборанту и изменить условия эксперимента (уменьшить напряжение питания, увеличить диапазон изменения сопротивления и т.д.).

После предварительного опробования цепи, проверки или оценки диапазона изменения переменного параметра необходимо наметить последовательность отдельных манипуляций и отсчетов, а затем приступить к наблюдениям.

Отсчеты рекомендуется проводить по возможности одновременно по всем приборам. Следует избегать перерыва начатой серии наблюдений и во всех случаях, когда возникает сомнение в правильности полученных наблюдений, их необходимо повторить несколько раз.

Результаты всех первичных наблюдений и отсчетов записывают в таблицу протокола испытаний. Запись отсчетов должна вестись в точном соответствии с показаниями измерительных приборов. Протоколы наблюдений являются единственным документальным следом, остающимся от измерений, поэтому от точной и своевременной фиксации в таблицах результатов отсчета в значительной степени зависит успех экспериментальной работы.

При переходе от одного этапа исследования к другому необходимо каждый раз обращаться к преподавателю за проверкой правильности полученных результатов, которые представляют в виде таблиц или графиков.

К следующему этапу работы разрешается приступать только после проверки и визирования протокола преподавателем.

1. Обработка результатов и оформление отчета

Подготовить отчет по каждой проделанной работе.

В отчете на титульном листе указываются название учебного заведения, кафедры. Номер и наименование работы, фамилия и инициалы студента, выполнившего работу, номер его академической группы.

Отчет должен содержать, паспортные данные объекта исследования, схемы соединения элементов объекта исследования с включенными измерительными приборами, таблицы с записью результатов эксперимента, графики зависимостей и векторные диаграммы.

После проведения эксперимента должны быть сделаны основные выводы, полученные в результате исследования.

Каждая схема должна быть сопровождена соответствующей таблицей записей результатов измерений и графиком, иллюстрирующим изучаемые зависимости. В таблице обязательно следует указывать, в каких единицах измерены исследуемые величины. Все таблице необходимо снабдить заголовками, характеризующими проводимый опыт.

На основании результатов измерений проводится их окончательная обработка. Измеренные и вычисленные величины заносятся в соответствующие колонки одной и той же таблицы.

Вычерчивание схем и таблиц рекомендуется производить карандашом обязательно с помощью линейки.

Особое внимание надо уделить графикам зависимостей между величинами, т.к. они являются наглядным результатом работы, графическим ответом на вопросы, поставленные в лабораторной работе.

При построении графиков по осям приводят стандартные буквенные обозначения величин и единиц их измерения, указывают деления с одинаковыми интервалами, соответствующие откладываемым величинам в принятых единицах измерения или в десятичных кратных либо дольных единицах.

Числовые отметки у масштабных делений принято выбирать так, чтобы они составляли 10^n, 2*10^n или 5*10^n от тех единиц, в которых выражены величины, откладываемые по осям. Например, 10 мА; 0,02 Ом; 500 Вт.

При построении графиков вдоль оси абсцисс в выбранном масштабе откладывают независимую переменную. Условное буквенное обозначение этой величины рекомендуется ставить под осью, а наименование единиц измерения либо их десятичных кратных или дольных единиц - после обозначения величины. Вдоль оси ординат масштабные цифры ставят слева от оси, наименование или условное обозначение откладываемых величин - также слева от оси и под этим обозначением указывают единицу измерения. Если в одних координатных осях строят несколько графиков функций одной независимой переменной, то следует провести дополнительные шкалы параллельно основным, каждую со своим масштабом. Если величины по осям абсцисс и ординат отложены в определенном масштабе с числовыми отметками, то не следует ставить стрелок, указывающих направление роста численных значений величин. Наименование единиц измерения дается без скобок. При вычерчивании графиков надо учитывать, что всякое измерение имеет случайные погрешности (истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, а вместо него принимают некоторое её значение, признаваемое за наиболее приближающееся к истинному). Поэтому не следует проводить кривые через все экспериментальные точки. На графике необходимо проводить плавные непрерывные кривые, которые проходят среди экспериментальных точек. Отступление некоторых точек от плавной кривой называют «разбросом точек». Величина разброса при наблюдении закономерных явлений определяет тщательность проведения эксперимента.

При наличии нескольких кривых на одном графике точки, соответствующие опытным данным и относящиеся к различным кривым, должны быть помечены условными значками (крестиками, кружками и т. п.).

Каждый график обязательно должен быть снабжен таким лаконичным текстом, чтобы любой достаточно подготовленный читатель мог легко понять, какую зависимость характеризует построенный график.

На последней странице отчета следует указать дату оформления и поставить подпись.

Отчет в целом должен быть составлен таким образом, чтобы для понимания содержания и результатов проведенной работы не требовалось дополнительных устных пояснений. Составление подобных отчетов - первый шаг к оформлению технических отчетов по экспериментальным исследованиям, которые предстоит проводить будущему инженеру.

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО РАЗДЕЛУ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ»

Работа № 1. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ

1. Цель работы

Изучение электроизмерительных приборов, используемых в лабораторных работах, выполняемых на стенде. Получение представлений о пределе измерения и цене деления, абсолютной и относительной погрешности, условиях эксплуатации и других характеристиках стрелочных электроизмерительных приборов, получение навыков работы с цифровыми измерительными приборами.

1. Пояснения к работе

Контроль работы электрооборудования осуществляется с помощью разнообразных электроизмерительных приборов. Наиболее распространенными электроизмерительными приборами являются приборы непосредственного отсчета. По виду отсчетного устройства различают аналоговые (стрелочные) и цифровые измерительные приборы.

На лицевой стороне стрелочных приборов изображены условные обозначения, определяющие классификационную группу прибора. Они позволяют правильно выбрать приборы и дают некоторые указания по их эксплуатации.

В цепях постоянного тока для измерений токов и напряжений применяются в основном приборы магнитоэлектрической системы. Принцип действия таких приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и измеряемого тока, протекающего по катушке. Угол поворота стрелки α прямо пропорционален измеряемому току I: α=K I. Шкалы магнитоэлектрических приборов равномерные.

В измерительных механизмах электромагнитной системы, применяемых для измерений в цепях переменного и постоянного тока, вращающий момент обусловлен действием магнитного поля измеряемого тока в неподвижной катушке прибора на подвижный ферромагнитный якорь. Угол поворота стрелки α здесь пропорционален квадрату тока: α=K I². Поэтому шкала электромагнитных приборов обычно неравномерная, что является недостатком этих приборов. Начальная часть шкалы не используется для измерений.

Для практического использования измерительного прибора необходимо знать его предел измерений (номинальное значение) и цену деления (постоянную) прибора. Предел измерений - это наибольшее значение электрической величины, которое может быть измерено данным прибором. Это значение обычно указано на лицевой стороне прибора. Один и тот же прибор может иметь несколько пределов измерений. Ценой деления прибора называется значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы прибора. Цена деления прибора С легко определяется как отношение предела измерений А_HOM к числу делений шкалы N: C = А_HOM / N.

На лицевой стороне стрелочных прибора указывается класс точности, который определяет приведенную относительную погрешность прибора γ_ПР.

Приведенная относительная погрешность прибора - это выраженное в процентах отношение максимальной для данного прибора абсолютной погрешности ΔА к номинальному значению прибора (пределу измерений) A_HOM: γ_ПР = 100 ΔА / A_HOM%.

Зная класс точности прибора, можно определить абсолютную ΔА и относительную погрешности измерения γ_ИЗМ, а также действительное значение измеряемой величины А_Д :

ΔА = γ_ПР A_HOM/100; γ_ИЗМ = 100 ΔА/А; А_Д = А ± ΔА.

Нетрудно сделать вывод, что относительная погрешность измерения тем больше, чем меньше измеряемая величина по сравнению с номинальным значением прибора. Поэтому желательно не пользоваться при измерении начальной частью шкалы стрелочного прибора.

Для обеспечения малой методической погрешности измерения необходимо, чтобы сопротивление амперметра было значительно меньше сопротивления нагрузки, а сопротивление вольтметра было значительно больше сопротивления исследуемого участка.

При проведении измерений в электрических цепях широкое применение получили цифровые мультиметры - комбинированные цифровые измерительные приборы, позволяющие измерять постоянное и переменное напряжение, постоянный и переменный ток, сопротивления, проверять диоды и транзисторы. Для проведения конкретного измерения необходимо установить переключателем предполагаемый предел измерений измеряемой величины (ток, напряжение, сопротивление) с учетом рода тока (постоянный или переменный). Представление результата измерения происходит на цифровом отсчетном устройстве в виде обычных удобных для считывания десятичных чисел. Наибольшее распространение в цифровых отсчетных устройствах мультиметров получили жидкокристаллические, газоразрядные и светодиодные индикаторы. На передней панели такого прибора находится переключатель функций и диапазонов. Этот переключатель используется как для выбора функций и желаемого предела измерений, так и для выключения прибора. Для продления срока службы источника электропитания прибора переключатель должен находиться в положении «OFF»b тех случаях, когда прибор не используется.

К основным техническим характеристикам цифровых приборов, которые необходимо учитывать при выборе относятся:

- диапазон измерений (обычно прибор имеет несколько поддиапазонов);

• разрешающая способность, под которой часто понимают значение измеряемой величины, приходящееся на единицу дискретности, то есть один квант;

• входное сопротивление, характеризующее собственное потребление прибором энергии от источника измерительной информации;

• погрешность измерения, часто определяемая как ±(% от считываемых данных + количество единиц младшего разряда).

Мультиметр часто имеет батарейное питание 9В, поэтому перед использованием прибора необходимо проверить батарею электропитания путем включения прибора. Если батарея разряжена, то на дисплее возникнет условное изображение батареи. Используемые в стенде «Электротехника» мультиметры питаются от выпрямительного устройства, вмонтированного в модуль. Для использования приборов необходимо подключить с тыльной стороны кабель питания к источнику переменного напряжения 220В. Перед проведением измерения необходимо переключатель пределов установить на требуемый диапазон измерений. Для предотвращения повреждения схемы прибора входные токи и напряжения не должны превышать указанных величин. Если предел измеряемого тока или напряжения заранее неизвестен, следует установить переключатель пределов на максимум и затем переключайте его вниз по мере необходимости. При возникновении на дисплее «1» (перегрузка) необходимо переключиться на верхний предел измерений.

Для измерения постоянного напряжения подключите черный провод к разъему СОМ, а красный - к разъему V/, установите переключатель пределов в положение V= и подсоедините концы щупов к измеряемому источнику напряжения. Полярность напряжения на дисплее при этом будет соответствовать полярности напряжения на красном щупе. Некоторые характеристики используемого мультиметра при измерении постоянного напряжения представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Для измерения переменного напряжения подключите черный провод к разъему СОМ, а красный - к разъему V/, установите переключатель пределов в положение V и подсоедините концы щупов к измеряемому источнику напряжения. Некоторые характеристики используемого мультиметра при измерении переменного напряжения представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Для измерения сопротивлений подключите черный провод к разъему СОМ, а красный - к разъему V/, установите переключатель функций на требуемый диапазон  и подсоедините концы щупов к измеряемому сопротивлению.

Если величина измеряемого сопротивления превышает максимальное значение диапазона, на котором проводится измерение, то на индикаторе высветится «1». Выберете больший предел измерения. Когда цепь разомкнута, на индикаторе будет индицироваться «1».

Перед измерением сопротивлений в схеме убедитесь, что схема обесточена и все конденсаторы разряжены.

Некоторые характеристики используемого мультиметра при измерении сопротивлений представлены в табл. 1.3

Таблица 1.3

1. Порядок работы

3.1. Изучение паспортных характеристик стрелочных электроизмерительных приборов. Для этого внимательно рассмотреть лицевые панели стрелочных приборов, указанных преподавателем и заполнить табл. 1.4.

Таблица 1.4

1. Построить график зависимости относительной погрешности измерения от измеряемой величины γ_ИЗМ = f (А_ИЗМ) для прибора, указанного преподавателем. Сделать вывод о величине относительной погрешности измерения в начальной и конечной части шкалы, о характере изменения погрешности вдоль шкалы прибора.

1. Ознакомиться с лицевой панелью мультиметра и зарисовать её.

3.4. Подготовить мультиметр для измерения постоянного напряжения. Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF1 модуля питания). Включить выключатель SA2 модуля питания и мультиметром измерить значения выходных напряжений модуля питания на клеммах «+5 В», «+12 В», «-12 В». Результаты измерений занести в табл. 1.5. Выключить выключатель SA2.

Таблица 1.5

1. Подготовить мультиметр для измерения переменного напряжения. Включить выключатель SA1 «Модуля питания» и мультиметром измерить значения выходных напряжений на клеммах «~220 В» и «~12 В». Результаты измерений занести в табл.1.5. Выключить выключатель SA1.

2. Подготовить мультиметр для измерения сопротивлений. Измерить значения сопротивлений модуля резисторов. Результаты занести в табл. 1.6.

Таблица 1.6

1. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

1. наименование работы и цель работы;

2. технические данные измерительных приборов;

3. график зависимости относительной погрешности измерений γ_ИЗМ = f (А_ИЗМ);

4. результаты измерений;

5. выводы по работе.

1. Контрольные вопросы

1. Каков принцип действия приборов магнитноэлектрической и электромагнитной систем?

2. Что такое предел измерения?

3. Как определяется цена деления прибора?

4. Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения?

5. Что характеризует класс точности прибора?

6. В какой части шкалы прибора измерение точнее и почему?

7. Каковы основные достоинства цифровых измерительных приборов?

Лист контроля учета внеаудиторной самостоятельной работы

Гр Э13

По ОП 02.Электротехника

Ф.И.О.преподавателя:

Примечания:

______________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________

Подпись:

Лист контроля учета внеаудиторной самостоятельной работы

Гр Э14

По ОП 02.Электротехника

Ф.И.О.преподавателя:

Примечания:

______________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________

Подпись:

Лабораторная работа №1(4часа)

Последовательное соединение проводников и проверкападения напряженияв отдельных проводниках.

Цель работы: исследование последовательного соединения проводников и проверить напряжения в отдельных проводах.

Приборы и оборудование:

1. Вольтметр – 4 шт.,

2. Амперметр,

3. Реостат,

4. Катушка индуктивности,

5. Магазин емкостей.

Рис.1

Основы теории

Если в цепи с активным сопротивлением R, индуктивностью L и емкостью С проходит синусоидальный ток

(1)

то напряжение на активном сопротивлении будет:

(2)

а напряжение на индуктивности:

(3)

и напряжение на емкости:

(4)

(Можно использовать и функцию косинуса для описания процессов в цепи переменного тока.)

Амплитуды этих напряжений

(5)

и их действующие значения

(6)

Мгновенное значение напряжения на зажимах цепи равно сумме трех составляющих: активной, индуктивной и емкостной

(7)

Напряжение на емкости изменяется в противофазе с напряжением на индуктивности, и их алгебраическая сумма называется реактивной составляющей напряжения:

(8)

Таким образом, мгновенное значение напряжения источника (напряжение на зажимах цепи) будет:

(9)

Амплитуда этого напряжения

(10)

а действующее значение

(11)

Векторные диаграммы напряжения приведены на рис. 2.

x_L≥x_Cx_L≤x_C

Рис.2

Полное сопротивление цепи

Полное сопротивление цепи (12)

Угол сдвига фаз может быть определен через тангенс, синус и косинус.

(13)

(14)

(15)

При равенстве реактивных сопротивлений в цепи наступает резонанс напряжений.

Таким образом, при резонансе

или (16)

Угловая (или циклическая) резонансная частота

. (17)

Полное сопротивление цепи при резонансе

(18)

то есть, полное сопротивление цепи при резонансе равно ее активному сопротивлению.

Так как индуктивное и емкостное сопротивления равны, то будут равны и напряжения на индуктивности и конденсаторе, при этом ток при неизменном действующем значении напряжения имеет наибольшее значение. Напряжения на индуктивности и емкости тоже возрастают. Поэтому последовательный резонанс называют резонансом напряжений.

Так как реактивное сопротивление цепи равно нулю, то ток при резонансе совпадает по фазе с напряжением, то есть угол сдвига фаз φ = 0.

Векторная диаграмма напряжений при резонансе приведена на рис.3.

Рис.3

Методические указания.

1. Изменяя величину емкости магазином емкостей, добиваюсь равенства показаний вольтметров V3 и V4, т.е. резонанса в последовательной цепи.

2. Регистрирую показания приборов.

3. Изменяя емкость магазина емкостей, снимаю показания приборов еще для 4 случаев.

Результаты измерений заношу в таблицу 1.

Оформление результатов опытов

1. По формулам (13), (14) вычисляю tgφ и cosφ.

2. По таблицам определяю угол сдвига фаз φ.

Результаты вычислений заношу в таблицу 1.

3. Строю векторные диаграммы для случаев x_Lx_C, x_L=x_C , x_Lx_C.

4. По результатам работы делаю выводы о причинах неполного соответствия теории и результатов опытов.

Таблица 1.

Таблица 2

Тригонометрические функции

Вопросы для самоконтроля.

1. Содержание настоящей работы.

2.Каковы особенности неразветвленной цепи переменного тока с R, L и С?

3. Что представляет собой последовательный колебательный контур и

чему равна частота собственных колебаний?

4. Опишите условия и особенности резонанса напряжений.

5. Каковы понятия активной и реактивной составляющих вектора

напряжений?

6. Как практически можно определить режим резонанса напряжений в цепи переменного тока?

7. Чему равен коэффициент мощности(cosφ) при резонансе напряжений?

8. Как изменится сила тока при изменении сопротивления?

9. Содержание настоящей работы.

10. Что называется классом точности измерительного прибора

РЕКОМЕНДУЕМАЯЛИТЕРАТУРА

1. Бутырин П.А., Толчеев О.В., ШакирзяновФ.Н. ,Электротехника. Учебник. НПО, - М.: ИЦ "Академия", 2012 4-е изд.

1.Новиков П. Н., Кауфман В. Я. И др. Задачник по электротехнике. Учебник НПО. "Академия", 2006г.

1. Шишмарев В.Ю. Средства измеренений. Учебник .ИЦ "Академия", 2006.

2. Башарин С.А. Теоретические основы электротехники. Теория электрических цепей и электромагнитного поля. М.ЗАО "КЖИ "За рулем". М.: ИЦ "Академия",2004.

3. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод. - М.: ИЦ "Академия", 2004.

4. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники Издат. центр "Академия", 2004

5. Москаленко В.В. Электрический привод: Учебник (1-е изд.) 2007г

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№10 (5часов)

Определение абсолютной и относительной погрешностей, класса

точности, цены деления и чувствительности приборов.

Цель работы:

1. Изучить основные характеристики измерительных приборов: цену деления, номинальную величину, погрешности измерения.

Оборудование: тетрадь, методические рекомендации, линейка, карандаш.

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Заполнить таблицу № 1 «Основные характеристики измерительных приборов»

Цена деления шкалы – С, определяется отношение предела измерения величины к количеству делений шкалы.

2.Рассчитать абсолютную и относительную погрешность амперметра и вольтметра, используя приведенные ниже формулы.

∆ А = Аи – Ад , где

∆ А - абсолютная погрешность прибора;

Аи – измеряемое значение величины;

Ад – действительное значение величины.

Относительная погрешность приборов:

γ = (∆ А/ Ад )* 100%

Полученные расчетные данные занести в таблицу № 2 «Абсолютная и относительная погрешность приборов».

ОФОРМЛЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

1.Написать название лабораторной работы, её цель.

2. Начертить таблицы №1 №2.

3. Заполнить таблицы №1,№2.

4. Написать вывод по лабораторной работе, где ответить на следующие вопросы:

4.1 Чему равна точность измерения амперметра?

4.2 Чему равна точность измерения вольтметра?

4.3 Какой прибор измеряет точнее?

4.4 Зачем нужен корректор на передней панели прибора?

Вывод:

Рекомендуемая литература:

1. Бутырин П.А. Электротехника. - М.: ОИЦ Академия, 2013

1.Китаев В.И..Электротехника.-М.: Высшая школа 2005

2.Попов В.С. Теоретическая электротехника.- М.: Энергоиздат 2005

3. Прошин В.М. Лабораторно-практические работы по электротехнике - М.: ОИЦ Академия, 2010

4. Прошин В.М. Рабочая тетрадь к лабораторно-практическим работам по электротехнике - М.: ОИЦ Академия, 2009

5.Шихин А.Я. Электротехника.-М.: Высшая школа 2006

Методические рекомендации к проведению лабораторной работы.

Электромеханическая система представляет собой совокупность взаимосвязанных взаимодействующих электрических, электромеханических, электронных, механических и информационных преобразователей энергии.

Наиболее важным классом электромеханических систем для полиграфии является системы электропривода, в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую энергию движения рабочих органов полиграфических машин.

Цикл содержит 7 лабораторно-практических работ по курсу «Электромеханические системы», которые посвящены исследо­ванию характеристик электропривода малой мощности.

Лабораторные работы выполняются на электротехническом стенде, содержащем реальные источники питания и электромеханические и электромагнитные преобразователи, или с использованием моделирующей программы Electronics Workbench (EWB).

В качестве объектов исследования выбраны наиболее распространенные в полиграфии асинхронный электропривод при трехфазном и однофазном питании, электропривод постоянного тока, аппаратура регулирования, пуска и защиты электропривода, электромагнитные преобразователи - трансформаторы.

При подготовке к лабораторным работам следует руководствоваться лекционным материалом и библиографическим списком.

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

1.Ознакомиться с устройством наиболее распространенных в полиграфии электроприводов и входящих в их состав электрических машин, аппаратов и измерительных устройств.

2.Овладеть методикой и техникой проведения электротехнического эксперимента.

3.Овладеть методикой и техникой моделирования электромагнитных и электромеханических преобразователей с использованием стандартных программных средств.

4.Выработать навыки анализа рабочих характеристик электроприводов по результатам эксперимента.

5.Подтверждение на практике основных положений теоретической части курса.

ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОМУ ЗАНЯТИЮ

Программа расчетно-экспериментальных исследований может быть успешно выполненной в отведенное время только при тщательной предварительной подготовке к ним.

Перед началом лабораторных занятий студент должен:

1) четко представлять себе предстоящий эксперимент,

2) знать соответствующий теоретический материал,

3) иметь заготовленный бланк отчета с таблицами и схемами измерений,

4) иметь готовый отчет по предыдущей лабораторной работе.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ

Лабораторные работы выполняются бригадами. Каждая бригада работает за закрепленным за ней стендом (компьютером). Выполнению работы предшествует проверка подготовки студента. При этом студент должен предъявить заготовленные дома таблицы, результаты проведенных расчетов и подробную программу экспериментов. После допуска студента к работе он должен получить у инженера лаборатории необходимое оборудование. О допуске студента к работе преподавателем делается отметка в журнале и на рабочем протоколе.

Студенты, допущенные к работе, выполняют ее в соответствии с описанием и составленной ими программой экспериментов. Работа считается законченной после просмотра и утверждения преподавателем черновика отчета.

По окончании работы студенты должны выключить все источники питания на своем рабочем месте, разобрать схему испытаний и сдать оборудование инженеру лаборатории.

При выполнении работ в лаборатории следует руководствоваться инструкцией по технике безопасности.

ИНСТРУКЦИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ В ЛАБОРАТОРИИ

1. Все работающие в лаборатории должны быть знакомы с правилами техники безопасности. Студенты, приступающие впервые к работам, после ознакомления с правилами расписываются в специальном журнале.

2. Прежде чем приступить к работе, нужно проверить, выключено ли напряжение питания на стенде. При сборке схемы, во избежание короткого замыкания, необходимо выставить движки потенциометров в среднее положение, а движок автотрансформатора - в левое крайнее положение. Неиспользованные после сборки схемы провода надо убрать со стенда в отведенное для них место.

3. Запрещается включать схему под напряжение без предварительной ее проверки лаборантом или преподавателем.

4. В случае обнаружения неисправностей элементов схемы, а также появления дыма, искрения или специфического запаха перегретой изоляции, необходимо срочно отключить напряжение на стенде и о неисправности сообщить преподавателю или лаборанту.

5. Все изменения в схеме производить только при выключенном стенде.

6. Запрещается касаться токоведущих частей схемы, находящихся под напряжением, а также вращающихся частей электрических машин и тормоза.

7. Нельзя отвлекать внимание других студентов от работы, запрещаются громкие и посторонние разговоры, хождение по лаборатории.

8. Окончив работу, нужно обязательно выключить стенд.

9. Студенты, нарушившие правила техники безопасности, немедленно отстраняются от занятий и направляются в деканат.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ОТЧЕТА

Письменный отчет о выполненной лабораторной работе представляется персонально каждым студентом. Отчет должен содержать:

1) название лабораторной работы,

2) фамилию и инициалы исполнителя,

3) факультет, курс, группа,

4) дату выполнения работы,

5) название работы,

6) цель работы,

7) электрические схемы,

8) таблицу с паспортными данными приборов, ценой деления,

9) таблицу с паспортными данными объекта исследований,

10) таблицы измеренных и вычисленных величин с указанием единиц измерения,

11) основные расчетные формулы,

12) по одному численному примеру нахождения каждой из вычисляемых величин,

13) результаты исследований в графическом оформлении: кривые, диаграммы,

14) выводы по работе.

Отчет должен быть написан чернилами. Рабочие схемы и графики аккуратно вычерчиваются с применением чертежных инструментов. Условные обозначения приборов и других элементов схем должны соответствовать стандарту. Кривые строятся в прямоугольной системе координат на миллиметровой бумаге.

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СТЕНДА

Лабораторные работы по электроприводу проводятся на электротехническом стенде ЛСЭ-2, знакомом студентам по общей электротехнике. Отметим специфическое оборудование, используемое только при испытаниях электроприводов.

1.Электромагнитный тормоз применяют в качестве нагрузки при исследовании характеристик электропривода. Он позволяет создать нагрузочный момент до 0,25 Нм. Тормоз содержит 6 катушек, установленных на магнитопроводах. Между полюсами магнитопровода вращается алюминиевый диск, сочлененный через эластичную муфту с валом электродвигателя. Магнитопроводы установлены на корпусе, который может поворачиваться на подшипниках относительно неподвижного основания. На основании размещена шкала, а на корпусе - стрелка и маятник в виде штанги с грузом. Питание к катушкам тормоза подается через проводники, скрученные в виде канителей, чтобы уменьшить создаваемый ими паразитный момент.

Принцип действия тормоза. Катушки тормоза при их подключении на постоянный ток создают постоянный магнитный поток, величина которого пропорциональна току возбуждения. Поток замыкается по магнитопроводу и пересекает плоскость алюминиевого диска. При вращении диска в нем магнитным потоком наводятся вихревые токи. Вихревые токи взаимодействуют с магнитным потоком и создают тормозной момент М_т, действующий на диск и на сочлененный с ним вал электродвигателя. Мощность потерь от вихревых токов Р_вт пропорциональна квадрату магнитного потока Ф и частоте перемагничивания, которая непосредственно определяется частотой вращения  испытуемого двигателя.

М_т=Р_вт/=кФ²²/=кФ²,

где к – коэффициент пропорциональности.

Момент тормоза регулируют путем изменения тока (магнитного потока) возбуждения.

В установившемся режиме работы привода при =const момент, развиваемый двигателем М_д, равен моменту сопротивления М_т на его валу, т.е. М_д=М_т.

При пуске =0 и тормоз не создает момент, что является его недостатком. Поэтому при измерении пускового момента механически фиксируют диск относительно полюсов тормоза с помощью шпильки.

В соответствии с третьим законом Ньютона тормозной момент, действующий на диск, равен моменту, приложенному к подвижному корпусу, и противоположно ему направлен. Этот момент уравновешивается моментом маятника:

М=рLsin ,

где р - вес груза, L- плечо, - угол отклонения стрелки.

Таким образом, по углу отклонения стрелки измерительной системы тормоза можно измерить момент, создаваемый тормозом М_т, а, следовательно, и момент, развиваемый приводом М_д.

2. Фототахометр используется для определения частоты вращения  привода. Он содержит фото импульсный датчик, выполненный в виде диска со щелями, который закреплен на валу электродвигателя. Диск вращается в прорези фотоэлектрического преобразователя, содержащего осветитель и фотодиод, которые установлены по разные стороны от диска. При прохождении щели между осветителем и фотодиодом на последний попадает свет, его сопротивление уменьшается и возникает импульс тока. Частота импульсов пропорциональна частоте вращения вала привода, она фиксируется на цифровом индикаторе частотомера в об/мин.

1. Цель

Изучение структуры и состава электропривода, принципа действия контактных электрических аппаратов ручного и автоматического управления, простейших схем управления приводом с использованием электрических аппаратов.

Оборудование: тетрадь для л.п.з, методические рекомендации, электронные ресурсы.

2. Объект исследования

Объектом исследования является электропривод переменного тока, содержащий электромеханический преобразователь и схему управления. В качестве электромеханического преобразователя используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, основные характеристики которого исследуются в лабораторной работе №5. Схема управления приводом выполнена на контактных электрических аппаратах, которые широко используются в полиграфической промышленности для построения простейших схем релейно-контакторного управления приводом.

Электрические аппараты управления и защиты делятся на две группы: аппараты ручного и автоматического управления.

Электрические аппараты ручного управления предназначены для достаточно редких включений и отключений привода. К аппаратам ручного управления относятся рубильники, пакетные выключатели, автоматические выключатели (автоматы), кнопки управления (командные аппараты). Рубильники, пакетные выключатели устанавливают в силовых цепях привода, они рассчитаны на переменное напряжение до 500 В и постоянное напряжение до 440 В и токи до 600А. Эти аппараты не имеют защиты от короткого замыкания и перегрузки.

Автоматические выключатели предназначены для ручного включения и отключения электрических цепей и автоматического отключения привода в аварийных ситуациях (при коротком замыкании или перегрузке). Они содержат устройство защиты - тепловой и электромагнитный расцепители. Тепловой расцепитель предохраняет привод от перегрузки, т.е. от длительного превышения тока I привода его номинального значения I_н. При II_н двигатель перегревается, при этом резко сокращается срок службы и возможно самовозгорание. Тепловая защита инерционная: время срабатывания теплового расцепителя обычно около 1 часа при Iн, 30 минут при Iн и 10 секунд при очень больших токах I6I_н. Электромагнитный расцепитель предохраняет от коротких замыканий, при которых ток в 7..10 раз превышает номинальный. Время срабатывания электромагнитного расцепителя – сотые доли секунды.

Кнопки управления имеют замыкающий («Пуск») или размыкающие контакты («Стоп») и устанавливают в цепях управления аппаратами автоматического управления.

Контактные электрические аппараты автоматического управления двигателями — реле, контакторы, магнитные пускатели — позволяют осуществлять управление дистанционно, обычно при помощи кнопок. Это повышает производительность труда, улучшает условия работы, уменьшает вероятность несчастных случаев.

Для приведения в действие контактной системы аппараты автоматического управления снабжены электромагнитами. Электромагнит содержит катушку управления, размещенную на неподвижном магнитопроводе, и подвижный якорь, выполненный из магнитопроводящего материала. При подключении катушки управления на постоянное или переменное напряжение в магнитопроводе создается магнитный поток, возникает электромагнитная сила, которая притягивает якорь к магнитопроводу. С якорем механически связана подвижная контактная группа, и при движении якоря происходит замыкание части контактов (замыкающие контакты) и размыкание других контактов (размыкающие контакты).

Реле имеют контакты, рассчитанные на замыкание и размыкание цепей с током менее 5 А. Контакторы рассчитаны на коммутацию тока более 5 А (до 600А) и поэтому снабжены устройством искрогашения. Магнитные пускатели представляют собой разновидность контакторов, специально предназначенную для управления трехфазными асинхронными двигателями. Часто магнитный пускатель компонуется на общей панели вместе с тепловым реле, предназначенным для защиты двигателя от перегрузки.

На рис. 1.1 поясняется устройство и принцип действия магнитного пускателя с тепловым реле. Основными узами пускателя являются неподвижный стальной сердечник 1 с катушкой 2, подвижный стальной якорь 3, перемещающий пластмассовый шток 4 и медные контактные пластины 5, 6, 7, 8, укрепленные на штоке. Если по катушке ток не протекает, то возвратная пружина 9 оттягивает шток и якорь влево, и цепь статора двигателя М разомкнута. Когда в катушке имеется ток, сила тяги якоря превышает силу сопротивления пружины 9, контактные пластины замыкают свои цепи, и двигатель оказывается подключенным к сети.

Катушка 2 включена последовательно с кнопками «Стоп», «Пуск» и контактом 10 теплового реле, который нормально замкнут. При нажатии кнопки «Пуск» цепь оказывается замкнутой, якорь притягивается к сердечнику, контакты замыкаются и двигатель включается. Вспомогательный контакт 8 шунтирует кнопку «Пуск» и поэтому при ее отпускании двигатель продолжает работать.

Нажатие кнопки «Стоп» приводит к отключению двигателя. После отпускания этой кнопки двигатель остается отключенным, так как блок-контакт 8 разомкнулся. Таким образом, магнитный пускатель обеспечивает защиту людей и машины от самозапуска двигателя после перерыва в подаче электроэнергии. Это важно с точки зрения повышения безопасности.

Теперь рассмотрим устройство и работу теплового реле. Его основными элементами являются биметаллическая пластинка 11 и нагревательные элементы 12 и 13. Последние включены в цепи двух фаз обмотки статора двигателя. Верхний слой биметаллической пластинки выполнен из сплава инвар, имеющего малый температурный коэффициент расширения, а нижний слой — из латуни, имеющей значительный температурный коэффициент. Поэтому нагревание биметаллической пластинки приводит к ее изгибу правым концом вверх.

Если двигатель не перегружен и ток статора не превышает номинальной величины, нагревательные элементы 12 и 13 имеют невысокую температуру, тепловая энергия, передаваемая биметаллической пластинке, невелика и ее изгиб незначителен. Так как выделяемая нагревателями тепловая энергия пропорциональна квадрату протекающего по ним тока, то даже небольшая перегрузка двигателя приводит к существенному изгибу биметаллической пластинки. Тогда рычаг 14 под действием пружины 15 поворачивается против часовой стрелки и контакт 10 размыкается. Магнитный пускатель отключает двигатель от сети. После остывания нагревателей и биметаллической пластинки тепловое реле можно вернуть в исходное состояние нажатием кнопки возврата 16.

Рис.1.1. Устройство магнитного пускателя с тепловым реле

Рассмотрим наиболее характерные схемы управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором при помощи магнитных пускателей и реле.

Принципиальная электрическая схема показывает, каким образом нужно соединить между собой цепи электрических машин, аппаратов, приборов, и других элементов, чтобы получить требуемый алгоритм (закон) управления. Сами элементы изображают на схемах в виде условных графических обозначений в соответствии с действующими стандартами. Рядом с условным графическим обозначением помещается буквенно-цифровое обозначение. На принципиальных электрических схемах элементы одного и того же аппарата, машины или устройства можно располагать в различных местах схемы без учета их действительного конструктивного размещения.

Контакты всех аппаратов изображаются на схемах в «нормальном» положении, когда к ним не приложены электромагнитные и механические воздействия (например, кнопки или путевые выключатели не нажаты). Контакты могут быть замыкающими цепь (замыкающие контакты), или размыкающими цепь (размыкающие контакты).

В схемах часто используются реле времени, имеющие контакты, которые замыкаются или размыкаются с выдержкой времени. Условные графические обозначения контактов реле, а также обозначения других элементов контактных аппаратов управления даны в [1].

На рис. 1.2а представлена простейшая схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором при помощи магнитного пускателя. Эта схема полностью соответствует схеме на рис. 1.1, но выполнена при помощи условных графических обозначений. На рис. 1.2б показана схема для управления двигателем с трех постов. Кнопки «Пуск» включены параллельно, кнопки «Стоп» — последовательно.

В состав электропривода входит силовая часть и схема управления. Силовая часть содержит электродвигатель М, рубильник SA, провода, соединяющие двигатель с трехфазной сетью. В силовую цепь включены главные контакты КМ магнитного пускателя, предохранители с плавкими вставками FU и нагревательные элементы теплового реле К1. Цепь управления подсоединена на фазное напряжение между фазой С и нулевым проводом N. В ее состав входит обмотка магнитного пускателя КМ и его блок-контакт КМ, кнопки с сомовозвратом «Пуск» SB2, «Стоп» SB1и контакт К1 теплового реле.

Для пуска привода включают рубильник SA. При этом напряжение подается на схему управления и силовую часть. Так как главные контакты магнитного пускателя КМ в исходном положении разомкнуты, то двигатель при этом не подключен к сети. Для запуска двигателя нажимают кнопку «Пуск ».

При этом «собирается» цепь питания обмотки магнитного пускателя и КМ срабатывает. Главные контакты магнитного пускателя подключают двигатель к сети и он начинает вращаться. Блок-контакт магнитного пускателя шунтирует кнопку «Пуск» и ее можно отпустить. Для останова привода нажимают кнопку «Стоп». При этом размыкается цепь управления, обмотка магнитного пускателя обесточивается, его контакты возвращаются в исходное состояние и цепь питания двигателя отключается от сети.

Схема предусматривает защиту привода:

Схема предусматривает защиту привода:

• от коротких замыканий с помощью плавких вставок FU,

• от перегрузки с использованием теплового реле К1,

• от значительного снижения напряжения – магнитный пускатель КМ при уменьшении напряжения срабатывает и размыкает главные контакты,

• от повторного самопроизвольного запуска (после отключения питания) – схему может повторно включить только оператор, нажав кнопку «Пуск».

Рис. 1.2 Простейшая нереверсивная схема управления асинхронным двигателем при помощи магнитного пускателя: а – при управлении с одного поста, б – при управлении с трех постов.

На рис. 1.3 приведена схема с дополнительной кнопкой «Толчок», применяемая на некоторых полиграфических машинах. Команда «Толчок» используется при наладочных операциях, установке и при правке печатных форм. При нажатии кнопки «Толчок» (SВ3) промежуточное реле К2 не включается, и поэтому кнопка не шунтируется. Отпускание этой кнопки приводит к отключению пускателя КМ и остановке двигателя. Реле К2 включается при команде «Пуск». Один контакт шунтирует кнопку «Пуск» и ее можно отпустить. Другой контакт К2 включает пускатель КМ, и двигатель будет работать до нажатия кнопки «Стоп».

На рис. 1.4 дана схема, позволяющая реверсировать двигатель (изменять направление его вращения). Для этого имеются два магнитных пускателя — КМ1 и КМ2. Когда включен КМ1, чередование фаз на статоре двигателя — А, В, С, а когда включен КМ2, чередование фаз — С, В, А. Благодаря этому, изменяется направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора двигателя.

Схема не допускает одновременного включения пускателя КМ1 и КМ2, что было бы равносильно короткому замыканию в сети. Для этого в цепи катушки КМ1 имеется размыкающий контакт КМ2, а в цепи катушки КМ2 — размыкающий контакт КМ1. Схема позволяет реверсировать двигатель не только после предварительной команды «Стоп», но и без нее. Кнопки SВ2 («Вперед») и SВ3 («Назад») имеют по две цепи. При нажатии на кнопку одна цепь размыкается, а затем другая цепь замыкается. Так, при нажатии SВ2 вначале отключается катушка пускателя КМ2, а затем включается катушка пускателя КМ1. При нажатии SВ3 вначале отключается катушка пускателя КМ1, а затем включается катушка пускателя КМ2.

Рис. 1.3 Схема с дополнительной кнопкой «Толчок»

Рис. 1.4 Реверсивная схема управления электроприводом

На рис. 1.5 приведена схема, в которой для быстрой остановки привода и машины используется режим динамического торможения, предусматривающий подачу в обмотки статора постоянного тока после отключения этих обмоток от сети переменного тока. В схеме для этой цели имеются понижающий трансформатор Т и выпрямитель V1 на диодах. Кроме того, дополнительными элементами в схеме являются контактор КМ2 и реле времени КТ.

Рис.1.5 Схема электропривода с динамическим торможением

В исходное состояние после включения автомата SF контакторы КМ2 и КТ отключены, и пуск производится как обычно, нажатием кнопки SВ2. Нажатие двухцепной кнопки SВ1(«Стоп») приводит к отключению катушки КМ1. Главные контакты КМ1 отключают двигатель от сети, а блок-контакт КМ2 шунтирует кнопку «Стоп», и ее можно отпустить. Главные контакты КМ2 подключают выпрямитель V1 к обмоткам статора двигателя, и последний переходит в режим динамического торможения. Одновременно реле КТ ведет отсчет времени и через заранее рассчитанное время, достаточное для полной остановки машины, отключает катушки КМ2 и КТ. Статор двигателя отключается от выпрямителя V1, и схема приходит в исходное состояние.

3. Домашняя теоретическая подготовка

Принцип действия, устройство контактных электрических аппаратов и простейших схем управления приводом [1], c. 202-211.

4. Задание к экспериментальной части работы

4.1 Изучить конструкцию аппаратов ручного управления: рубильников, пакетных выключателей, командоконтроллеров, кнопок управления, автоматических выключателей.

4.2 Изучить конструкцию аппаратов автоматического управления: контактора, магнитного пускателя, теплового реле, промежуточного реле, реле времени.

4.3 Далее студенты вычерчивают схемы управления, подлежащие испытанию, а затем преподаватель поясняет работу этих схем и производит опрос студентов.

4.4 Испытание схем управления электроприводов, представленных на рис.1.2а, 1.3, 1.4, 1.5.

5. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований

Отчет по работе должен содержать:

5.1. Схемы, прошедшие испытания.

5.2. Типы использованных аппаратов управления.

Рекомендуемая литература:

1. Бутырин П.А., Толчеев О.В., Шакирзянов Ф.Н. ,Электротехника. Учебник. НПО, - М.: ИЦ "Академия", 2012 4-е изд.

1.Новиков П. Н., Кауфман В. Я. И др. Задачник по электротехнике. Учебник НПО. "Академия", 2006г.

1. Шишмарев В.Ю. Средства измеренений. Учебник .ИЦ "Академия", 2006.

2. Башарин С.А. Теоретические основы электротехники. Теория электрических цепей и электромагнитного поля. М.ЗАО "КЖИ "За рулем". М.: ИЦ "Академия",2004.

3. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод. - М.: ИЦ "Академия", 2004.

4. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники Издат. центр "Академия", 2004

5. Москаленко В.В. Электрический привод: Учебник (1-е изд.) 2007г