Реферат Курсовая Конспект
ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА - раздел Философия, Міністерство Освіти І Науки, Мол...
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,
МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
Національний авіаційний університет
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА ТА
ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА
Лабораторний практикум для студентів напряму підготовки 6.050202 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегоровані
технології»
ВСТУП
Лабораторні роботи підготовлено згідно з робочою навчальною програмою дисципліни „Електротехніка та електромеханіка” для студентів напряму підготовки 6.050202 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегоровані технології».
Мета лабораторних робіт – закріплення теоретичних знань студентів, вдосконалення навичок дослідження фізичних процесів, що супроводжують електричне та електромеханічне перетворення енергії.
Роботи виконуються у три етапи. На першому підготовчому етапі, який передує роботі в лабораторії, студент повинен ознайомитись з метою роботи; за допомогою літератури вивчити теоретичні аспекти роботи; відповісти на частину контрольних запитань; підготувати протокол лабораторної роботи, в якому вказати мету роботи, головні етапи завдання, таблицю для запису результатів дослідження.
На другому етапі, безпосередньо в лабораторії, необхідно зібрати схему розрахункової моделі, або скласти програму для розрахунків. Протягом досліджень, занотовуючи отримані результати, необхідно одночасно аналізувати їх з метою запобігання похибок, які можуть виникнути за рахунок недосконалості моделі або помилок у програмі.
На завершальному етапі роботи необхідно провести обчислення, накреслити графіки та діаграми, порівняти результати дослідів з теоретичними розрахунками і зробити висновки відносно досліджених процесів, занотувати їх у звіт роботи. Дати відповідь на контрольні питання і захистити роботу перед викладачем.
До виконання лабораторної роботи допускаються лише підготовлені студенти, які виконали перший етап запланованої роботи і мають повністю оформлену попередню роботу.
Лабораторна робота 1
ДОСЛІДЖЕННЯ НЕРОЗГАЛУЖЕНОГО КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ
Мета:дослідити коло однофазного змінного струму при послідовному з’єднанні споживачів з різним характером опорів. Побудувати векторну діаграму напруг.
Завдання
Лабораторна робота виконується на стенді «Електротехніка та основи електроніки».
1. Задати величину напруги живлення електричного кола, зібравши схему на рис. 1.3.
2. Дослідити електричне коло при послідовному з’єднанні активного та індуктивного опорів (рис. 1.4).
3. Дослідити електричне коло при послідовному з’єднанні активного індуктивного та ємнісного опорів (рис. 1.5).
4. Розрахувати величину активного та індуктивного опорів та коефіцієнт потужності для схем на рис. 1.4 та 1.5.
5. Побудувати векторні діаграми напруг для схем на рис. 1.4 та 1.5.
6. Зробити висновки по роботі та отриманим результатам.
Контрольні питання
1. Як визначити величину реактивного опору котушки L?
2. Як визначити величину реактивного опору ємності С?
3. Як визначити величину комплексного опору при послідовному з’єднанні R, L і С?
4. Визначіь величину струму при послідовному з’єднанні активного опору R, котушки L і ємності С.
Лабораторна робота 2
Дослідження електричних кіл методом рівнянь Кірхгофа
Мета:дослідження електричних кіл методом рівнянь Кірхгофа; визначення струмів в електричних колах методом рівнянь Кірхгофа; побудова векторних діаграм струмів.
Завдання
1. Для заданої схеми (варіант І – рис. 2.2; варіант ІІ – рис. 2.3) скласти комплексну схему заміщення.
2. За допомогою математичного пакета MathCAD розрахувати електричне коло. Знайти струми у вітках схеми, напруги на елементах, початкові фази струмів і напруг.
3. Побудувати залежність І1 = f (R1), при R1 від 0,1 до 10 заданого значення.
4. Побудувати векторну діаграму струмів, для вузла 2 за результатами розрахунків у п.1.
5. Зробити висновки по роботі та отриманим результатам.
Приклад виконання лабораторної роботи
Вихідні дані: задано електричне коло (рис. 2.4)
1. Складаємо комплексну схему заміщення (рис. 2.5).
Рис. 2.4 Рис. 2.5 |
2. Оскільки схема містить 4 вузли та 6 віток складаємо 3 рівняння за першим законом та 3 рівняння за другим законом Кірхгофа.
Для вузлів 1, 2 і 3, згідно з першим законом Кірхгофа:
1 вузол: ;
2 вузол: ;
3 вузол: .
Для контурів І, ІІ і ІІІ, умовно-додатні напрями яких показані на рис. 2.5, згідно з другим законом Кірхгофа можна записати:
І контур: ;
ІІ контур: ;
ІІІ контур: .
За допомогою математичного пакета MathCAD проведемо необхідні розрахунки.
Задаємо початкові значення та розраховуємо величини струмів у вітках:
Розраховуємо напруги на елементах, початкові фази струмів і напруг.
Для побудови залежностей І1 = f (R1) необхідно розв’язати систему рівнянь за першим і другим законами Кірхгофа відносно заданого параметра:
Побудуємо векторну діаграму струмів для вузла 2 (рис. 2.6) у відповідності до наведеного рівняння за першим законом Кірхгофа:
.
Рис. 2.6
Контрольні питання
1. В чому полягає перший закон Кірхгофа?
2. Сформулюйте другий закон Кірхгофа.
3. Як визначити необхідну кількість рівнянь для заданої схеми, які складаються за кожним із законів Кірхгофа?
4. Складіть систему рівнянь для схеми іншого варіанта.
Лабораторна робота 3
дослідження електричних кіл методом
контурних струмів
Мета: дослідити електричне коло методом контурних струмів; визначити параметри електричного кола (струм, напругу) методом контурних струмів; побудувати векторні діаграми струмів і напруг.
Приклад виконання лабораторної роботи
Задано електричне коло (рис. 3.3).
1. Складаємо комплексну схему заміщення (рис. 3.4), на якій задаємося умовно додатними напрямами струмів, вибираємо незалежні контури та напрями проходження контурних струмів.
Складаємо систему рівнянь за методом контурних струмів:
де , , ;
, , ;
,,.
Рис. 3.3 Рис. 3.4 |
Використовуючи MathCAD, розраховуємо контурні струми аналогічно лабораторній роботі 2.
Знаходимо струми у вітках схеми, напруги на елементах схеми, початкові фази струму та напруг.
Результат розрахунків перевіряємо за балансом потужностей.
Потужність, що споживається на елементах схеми:
Потужність, що віддається джерелами ЕРС:
Якщо Sp=Su, Pp=Pu, Qp=Qu, то розрахунки виконано вірно.
За результатами розрахунків будуємо векторні діаграми напруг для І-го контуру (рис. 3.5) (відповідно до другого закону Кірхгофа ) і струмів для 2-го вузла (рис. 3.6) (згідно з першим законом Кірхгофа: ).
Рис. 3.5 Рис. 3.6 |
Контрольні питання
1. Що таке контурний струм?
2. Поясніть, що таке власні та спільні опори контурів?
3. Що таке контурна ЕРС?
4. Складіть рівняння за методом контурних струмів для іншого варіанта.
Лабораторна робота 4
дослідження електричних кіл методом
вузлових потенціалів
Мета: дослідження електричних кіл методом вузлових потенціалів; визначення параметрів електричних кіл (струм, напруга); побудова векторних діаграм струмів і напруг.
Завдання
1. Для заданої схеми (рис. 4.3 – І варіант та рис. 4.4 – ІІ варіант) скласти комплексну схему заміщення та систему рівнянь для розрахунку за методом вузлових потенціалів.
2. Записати вирази для визначення власних і загальних провідностей, вузлових струмів та струмів у вітках заданої електричної схеми.
3. За допомогою пакета MathCAD розрахувати складену систему рівнянь. Знайти вузлові потенціали, струми у вітках схеми, напруги на елементах схеми, початкові фази струму та напруг. Результат розрахунків перевірити методом балансу потужностей.
4. Записати вирази для миттєвих значень струмів у всіх вітках і визначених потенціалів.
5. Побудувати векторну діаграму напруг одного з контурів.
6. Побудувати векторну діаграму струмів для базисного вузла.
7. Зробити висновки по роботі та отриманим результатам.
Приклад виконання лабораторної роботи
Задано електричну схему (рис. 4.5).
Складаємо комплексну схему заміщення (рис. 4.6), на якій задаємося умовно додатними напрямами струмів.
Як базисний приймаємо 4-й вузол, таким чином .
Система рівнянь для визначення вузлових потенціалів, за умови, що , має вигляд:
Рис. 4.5 Рис. 4.6 |
Власні провідності визначимо за формулами:
; ;
.
Взаємні провідності:
; ; .
Вузлові струми:
; ; .
Струми у вітках електричної схеми знайдемо за законом Ома для ділянки кола:
; ; ; ;
; ; ; ; .
За допомогою математичного пакета MathCAD виконуємо необхідні розрахунки і побудуємо векторні діаграми аналогічно попереднім роботам.
Контрольні питання
1. Що таке власна провідність вузла?
2. Що таке взаємна провідність?
3. Як визначити величини вузлових струмів?
4. Складіть систему рівнянь за методом вузлових потенціалів і запишіть вирази для струмів у вітках електричного кола іншого варіанта.
Лабораторна робота 5
визначення параметрів електричних кіл
методом перетворень
Мета:вивчення методу перетворень елементів електричних кіл; визначення параметрів електричних кіл методом перетворень.
Завдання
Лабораторна робота виконується на стенді «Електротехніка та основи електроніки».
1. Задати величину напруги живлення електричного кола, зібравши схему на рис. 5.6.
2. Скласти схему, наведену на рис. 5.7 та дослідити параметри електричного кола.
3. Розрахувати основні параметри схеми (струми в вітках, напруги на окремих елементах схеми, еквівалентний опір).
4. Розрахувати еквівалентний опір схеми методом еквівалентних перетворень.
5. Зробити висновки по роботі та отриманим результатам.
Контрольні питання
1. За яких умов перетворення схеми будуть еквівалентними?
2. Чому дорівнює еквівалентний опір двох паралельно з’єднаних віток?
3. Наведіть формули перетворення «зірка»–«трикутник» і «трикутник»– «зірка».
Лабораторна робота № 6
дослідження резонансних явищ в колах змінного струму
Мета:проведення досліджень явищ резонансу (струмів і напруг) в електричних колах. Визначення параметрів резонансу. Побудова амплітудно-частотної характеристики.
Завдання
1. Для схеми на рис. 6.1. знайти резонансну частоту. Побудувати залежність .
2. Знайти струми у вітках схеми при резонансній частоті та побудувати векторну діаграму струмів.
3. Для схеми на рис. 6.2 знайти резонансну частоту, характеристичний опір та добротність. Побудувати залежність .
4. Знайти напруги на елементах схеми при резонансній частоті та побудувати векторну діаграму напруг.
5. Змінюючи ємність конденсатора С, побудувати залежність резонансної частоти від ємності конденсатора (для схеми на рис. 6.2) .
6. Зробити висновки по роботі та отриманим результатам.
Вихідні дані
І варіант:
рис. 6.1: R1=10 Ом; R2=10 Ом; L=0,02 Гн; С=16 мкФ; В;
рис. 6.2: R=20 Ом; L=0,01 Гн; С =16 мкФ; В.
ІІ варіант:
рис. 6.1: R1=16 Ом; R2=16 Ом; L=0,01 Гн; С=25 мкФ; В;
рис. 6.2: R=15 Ом; L=0,02 Гн; С =20 мкФ; В.
Контрольні питання
1. Що є умовою резонансу струмів?
2. Що є умовою резонансу напруг?
3. Що характеризує добротність?
4. Як визначити резонансну частоту?
5. Чому дорівнює вхідний опір кола при резонансі напруг?
6. Як співвідносяться між собою струми в паралельних вітках при резонансі струмів?
Лабораторна робота 7
дослідження електричних явищ в трифазних
колах змінного струму типу «зірка–зірка»
з нульовим проводом
Мета:дослідження трифазних електричних кіл «зірка–зірка» з нульовим проводом при несиметричному навантаженні та зміні опору нульового проводу; визначення параметрів електричних кіл (фазних струмів і напруг, напруги зміщення нульової точки); побудова векторних діаграм струмів і напруг.
Завдання
Лабораторна робота виконується на стенді «Електротехніка та основи електроніки».
1. Дослідити трифазне коло «зірка–зірка» з нейтральним проводом при симетричному навантаженні.
2. Дослідити трифазне коло «зірка–зірка» з нейтральним проводом при рівномірному навантаженні.
3. Дослідити трифазне коло «зірка–зірка» без нейтрального проводу при рівномірному навантаженні.
4. Розрахувати фазні струми та споживану потужність
6. Зробити висновки по роботі та отриманим результатам.
Контрольні питання
1. В чому полягає роль нульового проводу?
2. Як співвідносяться між собою фазні та лінійні струми і напруги при з’єднанні «зірка–зірка»?
3. Як розраховуються активна, реактивна та повна потужності в трифазному електричному колі при з’єднанні «зірка–зірка»?
Лабораторна робота 8
дослідження електричних явищ в трифазних
колах змінного струму типу
«трикутник–трикутник»
Мета:дослідження трифазних електричних кіл «трикутник–трикутник» при несиметричному навантаженні; визначення параметрів електричних кіл (фазних струмів і напруг); побудова векторних діаграм струмів і напруг.
Теоретичні положення
Схему на рис. 8.1 називають «трикутник – трикутник». При Z0=0 (нехтування опором лінійних проводів) розрахунок таких кіл зводиться до розрахунку трьох одноконтурних кіл, так як потенціали однойменних вузлів генератора та навантаження однакові [1–3]. Лінійні струми визначають за першим законом Кірхофа, відповідно для вузлів А¢, В¢, С¢.
Розрахунок та дослідження трифазних електричних кіл значно ускладнюється при врахуванні опору лінійних проводів Z0¹0, в такому випадку, необхідно складати систему рівнянь за одним із методів розрахунку електричних кіл (метод рівнянь Кірхгофа, метод контурних струмів, метод вузлових потенціалів та ін.).
Рис. 8.1 |
Завдання
1. Для заданої схеми (рис. 8.1) знайти струми у всіх вітках схеми, вважаючи Z0=0.
2. Побудувати векторну діаграму струмів.
3. Для заданої схеми (рис. 8.1) скласти систему рівнянь за запропонованим методом, якщо Z0¹0.
4. Знайти струми у всіх вітках схеми та напруги на всіх елементах, вважаючи Z0¹0. Результати розрахунків перевірити за методом балансу потужностей.
5. Змінюючи опір лінійного проводу від Z0 до 10Z0, побудувати графіки залежності напруг на навантаженні: UAB = f(Z0), UBC = f(Z0), UCA = f(Z0).
6. Зробити висновки по роботі та отриманим результатам.
Контрольні питання
1. Як співвідносяться між собою фазні та лінійні струми і напруги при з’єднанні трикутником?
2. Поясніть, як здійснюється перехід від векторів ЕРС, з’єднаних трикутником, до векторів ЕРС, з’єднаних зіркою?
3. В чому полягає відмінність при розрахунках електричних кіл за схемою «трикутник–трикутник», якщо Z0=0 і Z0¹0?
3. Як розраховуються активна, реактивна та повна потужності в трифазному електричному колі при з’єднанні «трикутник–трикутник»?
Лабораторна робота № 9
ДОСЛІДЖЕННЯ НЕЛІНІЙНИХ КІЛ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
Мета:дослідження розгалужених нелінійних кіл постійного струму; визначення параметрів нелінійних кіл (струмів і напруг).
Вихідні дані
І варіант:
U = 200 В;
R1 = 300 Ом
R2 = 200 Ом.
ІІ варіант:
U = 100 В;
R1 = 100 Ом;
R2 = 150 Ом.
Контрольні питання
1. Що таке нелінійне електричне коло? Наведіть приклади нелінійних елементів.
2. Як здійснюється розрахунок електричних кіл з послідовним та паралельним з’єднанням нелінійних елементів?
3. Поясніть, як здійснюється розрахунок розгалужених нелінійних електричних кіл.
Лабораторна робота 10
ДОСЛІДЖЕННЯ МАГНІТНИХ КІЛ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
Мета:навчитись розраховувати нерозгалужені магнітні кола постійного струму.
Контрольні питання
1. Сформулюйте основні закони магнітних кіл.
2. Як здійснюється розв’язання прямої задачі при розрахунку нерозгалужених магнітних кіл?
3. Як здійснюється розв’язання зворотної задачі при розрахунку нерозгалужених магнітних кіл?
Лабораторна робота 11
Дослідження однофазного трансформатора
Мета:дослідження однофазного трансформатора, навантаженого активним опором; визначення параметрів схеми заміщення за допомогою дослідів холостого ходу і короткого замикання; зняття навантажувальних і робочих характеристик трансформатора.
Завдання
1. Визначити параметри схеми заміщення за допомогою дослідів холостого ходу і короткого замикання.
2. Зняти навантажувальну і робочі характеристики трансформатора.
3. Побудувати характеристики трансформатора: навантажувальну і робочі .
4. Зробити висновки по роботі.
Вихідні дані
Тип трансформатора для кожного варіанта задає викладач. Паспортні дані трансформаторів наведені в табл. 11.1 або [7].
U1 = 660 В, U2 = 400 В.
Контрольні питання
1. Які втрати визначають під час дослідження холостого ходу?
2. Які втрати визначають при дослідженні короткого замикання?
3. За яких умов виконують дослідження короткого замикання?
Рис. 11.5
Рис. 11.6
4. Що таке трансформатор?
5. Поясніть принцип дії трансформатора.
Лабораторна робота 12
Дослідження трифазної асинхронної машини
Мета:|ціль| дослідження трифазної асинхронної машини; зняття механічної і робочих характеристик асинхронної машини.
Завдання
1. Зняти і побудувати механічну характеристику машини в рушійному і генераторному режимах w=f(M).
2. Зняти і побудувати робочі характеристики машини в рушійному режимі (w, М, І1, h, cosj)=f(Р2).
3. Зняти механічні характеристики трифазної асинхронної машини з фазним ротором при зміні величини додаткового активного опору в колі ротора від 0 до 5Rs.
4. Побудувати механічні характеристики w = f(M) при всіх значеннях величини додаткового активного опору в роторному колі.
5. Зробити висновки по роботі та отриманим результатам.
Контрольні питання
1. Що таке ковзання?
2. Які є режими роботи асинхронної машини?
3. Як залежить момент асинхронної машини від величини напруги живлення?
4. Що таке моментна характеристика асинхронної машини і які точки її характеризують?
5. Як впливає величина додаткового активного опору в колі ротора асинхронної машини на вигляд механічних характеристик?
Лабораторна робота 13
ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРА
ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
|із|
Мета: дослідження генератора постійного струму з незалежним збудженням, зняття зовнішньої, регулювальної і навантажувальної характеристик.|ціль|
Завдання
Параметри машини для виконання роботи задаються викладачем, або вибираються із довідникової літератури [8]:
генератор постійного струму незалежного збудження П-42У – Р2ном=3,2 кВт; Uном=230 В; nном=1450 об/хв; hном=77,5%.
1. Розрахувати і побудувати зовнішню характеристику генератора U=f(Iн).
2. Розрахувати і побудувати регулювальну характеристику генератора Із=f(І).
3. Розрахувати і побудувати навантажувальну характеристику генератора U=f(Із).
4. Зробити висновки по роботі і отриманих результатах.
Контрольні питання
1. Які ви знаєте типи збудження генераторів постійного струму?
2. Що таке характеристика холостого ходу генератора постійного струму і за яких умов вона знімається?
3. Що таке зовнішня характеристика генератора і за яких умов вона знімається?
4. Що таке регулювальна характеристика генератора і за яких умов вона знімається?
5. Що таке навантажувальна характеристика генератора і за яких умов вона знімається?
Лабораторна робота 14
Дослідження машини постійного струму
з незалежним збудженням
Мета:дослідження машини постійного струму|току| в режимах двигуна і генератора; зняття механічної і розрахунок робочих характеристик машини в рушійному і генераторному режимах; зняття регулювальних характеристик під час зміни напруги|напруження| якоря.
Контрольні питання
1. Які є типи збудження машин постійного струму?
2. Як визначаються ЕРС і момент машини постійного струму?
3. Як впливає зміна величини напруги на якорі на вигляд механічної характеристики машини постійного струму?
4. Як впливає зміна величини опору кола якоря на вигляд механічної характеристики машини постійного струму?
5. Як впливає зміна величини магнітного потоку на вигляд механічної характеристики машини постійного струму?
Лабораторна робота 15
Дослідження машини постійного струму
з послідовним збудженням
Мета:дослідження машини постійного струму|току| з|із| послідовним збудженням при роботі в режимі двигуна; зняття механічних і розрахунок робочих характеристик машини.
Завдання
Параметри машини для виконання роботи задаються викладачем або вибираються із довідникової літератури [8].
1. Зняти механічну характеристику машини в режимі двигуна.
2. Зняти механічні характеристики при різних напругах живлення кола якоря.
3. Зняти механічні характеристики при різних величинах опору в колі якоря.
4. Побудувати механічні характеристики за пп. 1–3 w = f(M).
5. Зробити висновки по роботі і отриманих результатах.
– Конец работы –
Используемые теги: Електромеханіка0.041
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов