МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
КРАСНОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К
ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО
ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
2012
ПРЕДИСЛОВИЕ
В современных условиях инженер любого профиля не может активно
содействовать совершенствованию технологических процессов без достаточно
глубоких знаний основ электротехники и промышленной электроники. В связи
с этим, в учебных программах для средних профессионально- технических
учебных заведений предусмотрен курс электротехники, при изучении
которого значительное внимание уделено лабораторным работам, которые
помогают учащимся лучше усвоить пройденный материал, связать теорию с
практикой, осуществить межпредметные связи и закрепить полученные
знания.
Особое место в подготовке квалифицированных рабочих занимает
изучение электротехники. Студенты на этих занятиях приобретают
определенный
комплекс
практических
навыков
в
эксплуатации
электротехнического оборудования, сборке электрических схем, включению
различных электроизмерительных приборов и аппаратов и управлению их
работой. Выполняя лабораторные работы по теоретическим основам
электротехнике, студенты имеют возможность в полной мере применить и те
знания, которые получены при изучении других предметов. Наряду с этим в
ходе выполнения лабораторных работ у студентов накапливается
определенный опыт экспериментирования.
ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Подготовка к лабораторным работам. Лабораторные работы в группах
проводятся в соответствии с расписанием учебных занятий в колледже в
течении определенного времени. Поэтому для выполнения лабораторных
работ студент должен руководствоваться следующими положениями:
1. Предварительно ознакомиться с графиком выполнения лабораторных
работ;
2. Внимательно
ознакомиться
с
описанием
соответствующей
лабораторной работы и установить, в чем состоит основная цель и
задача этой работы;
3. По лекционному курсу и соответствующим литературным источникам
изучить теоретическую часть, относящуюся к данной лабораторной
работе;
4. До проведения лабораторной работы подготовить в рабочей тетради
соответствующие схемы, миллиметровку для построения графиков,
таблицы наблюдений и расчетные формулы;
5. Неподготовленные к работе студенты к выполнению лабораторной
работы не допускаются.
Выполнение лабораторных работ. Успешное выполнение лабораторных
работ может быть достигнуто в том случае, если экспериментатор отчетливо
представляет себе цель эксперимента и ожидаемые результаты, поэтому
важным условием обстоятельности проводимых исследований является
тщательная подготовка к лабораторной работе. При этом необходимо
соблюдение следующих требований.
1. Перед сборкой электрической цепи студенты должны предварительно
ознакомиться с электрическим оборудованием и его номинальными
данными (значение тока, напряжения и мощности, на которые
рассчитаны соответствующие электротехнические устройства),
а
также
с измерительными приборами, предназначенными для
проведения соответствующей лабораторной работы.
2. Сборку электрической цепи необходимо производить в точном
соответствии с заданием. целесообразно сначала соединить все
элементы цепи, включаемые последовательно, а затем – параллельно.
Электрические цепи, включаемые параллельно, рекомендуется
соединять проводами другого цвета.
3. После окончания сборки электрическая цепь должна быть предъявлена
для проверки. Включать цепь под напряжением можно только с
разрешения преподавателя или дежурного лаборанта.
4. Запись показаний всех приборов в процессе выполнения лабораторной
работы следует производить по возможности одновременно и быстро.
5. Результаты измерений заносятся студентом в свою рабочую тетрадь.
6. После выполнения отдельного этапа лабораторной работы результаты
опыта вместе с простейшими контрольными расчетами предъявляются
для проверки преподавателю до разборки электрической цепи.
7. Разбирая электрическую цепь, а также переходить к сборке новой
можно только по разрешению преподавателя.
8. После окончания работы в лаборатории рабочее место должно быть
приведено в порядок.
9. В течение всего времени занятий в лаборатории студенты обязаны
находиться на своих рабочих местах. Выходить из помещения
лаборатории во время занятий можно только с разрешением
преподавателя.
Оформление отчета по лабораторным работам. Составление отчета о
проведенных исследованиях является важнейшим этапом выполнения
лабораторной работы. По каждой выполненной работе в рабочей тетради
составляют отчет, руководствуясь следующими положениями:
1. Указать название и порядковый номер лабораторной работы, а так же
краткое сформулировать цель работы;
2. Указать тип и номинальные данные испытуемых электрических машин
и аппаратов, а так же типы, номера, пределы измерений, класс
точности и системы измерительных приборов, используемых при
выполнении лабораторной работы ( например: амперметр типа
М42100, №01985, магнитоэлектрической системы, 30 делен., предел
измерений 3А, кл. 1,5);
3. Схемы и графики вычертить с соблюдением принятых стандартных
условий обозначений;
4. Графические зависимости дать в прямоугольной системе координат в
масштабе, с равномерными шкалами; произвольный перенос начала
координат не допускается; на графиках необходимо наносить
экспериментальные точки;
5. Отчет по каждой лабораторной работе должен содержать основные
выводы. В заголовке отчета указывают номер работы и ее полное
наименование. При составлении отчета нужно кратко описать цель
работы, ее содержание, указать использованные аппаратуру и
оборудование, приложить вычерченные на миллиметровке или
клетчатой бумаге электрические схемы, таблицы и графики в
соответствии с указаниями, помещенными в описании каждой работы
в разделе «Содержание отчета».
При выполнении лабораторной работы необходимо строго следовать
правилам техники безопасности. При работе с проволочными резисторами и
амперметрами студенты должны следить, чтобы сила протекающего тока не
превышала допустимого значения.
Тахометры, секундомеры, гальванометры и другую специальную
аппаратуру каждая бригада получает у преподавателя и, окончив работу, сдает
обратно. О порче прибора студенты должны сообщить преподавателю.
ЦЕЛИ УРОКА
При выполнении данной лабораторной работы должны научиться:
- использовать измерительный прибор в качестве вольтметра для
измерения напряжения в электрических цепях;
- использовать измерительный прибор в качестве амперметра для
измерения тока в цепи.
- использовать измерительный прибор как омметр для измерения
сопротивления.
- прогнозировать направление тока исходя из полярности напряжения,
измеренной с помощью измерительного прибора.
.
ТЕОРИЯ
Прежде чем начать данный эксперимент, вам следует выучить единицы
измерения электрического напряжения, тока и сопротивления. Также Вы
должны уметь правильно выбирать режим измерительного прибора, который
необходим для измерения каждой из этих величин.
Чтобы освежить свои знания, вы можете обратиться к теоретическому
руководству. Чтобы сделать это, нажмите кнопку с изображением книг на
правой стороне экрана. Откроется краткий теоретический обзор.
Чтобы вернуться к данному курсу, нажмите на кнопку с изображением
двери на панели кнопок, расположенную внизу экрана теоретического
руководства.
Измерение тока выполнить непросто. Поскольку электрический ток
создается электронами, текущими по проводу, мы должны прервать путь хода
тока таким образом, чтобы ток мог проходить через измерительный прибор.
Это обычно означает, что мы должны разъединить цепь и вставить
измерительный прибор в полученный разрыв цепи.
Осторожно: Используя прибор для измерения тока, вы должны быть
внимательны и никогда не подключать МУЛЬТИМЕТР параллельно цепи (как
в случае с вольтметром). Такое подключение может привести к поломке
прибора.
ОБОРУДОВАНИЕ
Для выполнения эксперимента необходимо следующее оборудование:
 Лабораторная установка PU-2000
 Печатная плата EB-101
 Цифровой мультиметр DMM
 Набор соединительных кабелей DL-2 или DL-20
ПОРЯДОК РАБОТЫ
1. Поместите печатную плату EB-101 в направляющие, расположенные на
PU-2000, и вставьте ее в разъем.
2. Теперь с помощью двух рычагов, являющихся деталями разъема,
отсоедините EB-101. Повторите операцию подключения и отключения
несколько раз, чтобы быть уверенным, что вы знаете, как это делается.
Подключите EB-101 к PU-2000.
3. Измерьте напряжение на источнике тока.
Определите местоположение источника питания PS-1, и поверните
ручку контроля выходного напряжения до конца влево. В данном
эксперименте источник питания PS-1 будет использоваться для подачи
напряжения. Следует устанавливать низкий уровень выходного напряжение,
прежде чем производить какие-либо подключения к экспериментальной цепи.
Изучите цепь, показанную на рисунке 1.
Рисунок 1 – Электрическая цепь
Подсоедините источник питания PS-1 к лампе 1 как показано на рисунке
2, используя для этого соединительный провод.
Рисунок 2 – Схема соединения источника питания с лампой
Измените выходное напряжение
PS-1, вращая ручку контроля
выходного напряжения до упора вправо. Обратите внимание как изменяется
яркость лампы.
Установите измерительный прибор в позицию DC VOLTS. Выберите
режим измерения до 20В. Если ваш прибор не имеет режима измерения до
20В, установите наиболее близкий режим.
Определите, какой из измерительных проводов положительный.
Положительный провод обычно КРАСНОГО цвета, а отрицательный обычно
ЧЕРНОГО.
Обратите внимание, как подключить Измерительный прибор (Рисунок
3)
Рисунок 3 – Схема подключения вольтметра
Подсоедините измерительный прибор как показано ниже. Обратите
внимание, что для измерения подаваемого на лампу напряжения прибор
подключен параллельно лампе.
Рисунок 4 – Схема подключения вольтметра на используемой плате
Поверните ручку контроля выходного напряжения PS-1 полностью
вправо (максимальное напряжение). Измерьте напряжение, подаваемое на
лампу.
Уменьшите яркость лампы, повернув ручку контроля выходного
напряжения PS-1 в его центральное положение (примерно 6 В). Измерьте
напряжение на лампе.
Уменьшите напряжение источника энергии до нуля, повернув ручку
контроля выходного напряжения до конца влево. Измерьте падение
напряжение на лампе
Отсоедините измерительный прибор.
Запишите измеренные данные в таблицу
Таблица 1 – Измерение напряжения источника тока
№ п/п
Измеряемая величина
1
Максимальное напряжение, В
2
Среднее напряжение, В
3
Минимальное напряжение, В
Показания вольтметра, В
При измерении напряжения, Вы всегда подсоединяете вольтметр к двум
точкам, так как напряжение есть разница потенциалов между двумя точками.
Измерение напряжение выполняется относительно легко, так как
измерительный прибор не является частью цепи.
4. Приступите к измерению тока
Для имитации применения амперметра и проверки ваших способностей
решения задач, нажмите кнопку запуска приложения, расположенную в
нижнем правом углу экрана. Чтобы вернуться назад, закройте приложение,
выбрав File/Exit из меню приложения.
После того, как вы выполните предложенное упражнение, вы можете,
по Вашему желанию, добавить компоненты и измерительные приборы и
проверить, как изменятся характеристики цепи.
Установите измерительный прибор в режим измерения постоянного
тока DC до 200 мA (миллиампер). Если ваш прибор не имеет такого режима,
выберите наиболее близкий диапазон.
Изучите цепь на рисунке 5:
Рисунок 5 – Схема подключения амперметра
Включите измерительный прибор в цепь EB-101 как показано на
следующем экране.
Обратите внимание, что измерительный прибор подсоединен так, чтобы
весь ток, текущий через лампу, проходил также и через него.
Убедитесь, что положительный проб измерительного прибора,
подсоединен к лампе, см. рисунок 6, а отрицательный проб подсоединен к
отрицательному контакту PS-1.
Перед Вами последовательное подключение измерительного прибора.
Мы будем называть его последовательной цепью.
Рисунок 6 – Схема подключения амперметра на используемой плате
Поверните ручку контроля выходного напряжения PS-1 направо до
упора (максимальное напряжение).
С помощью измерительного прибора измерьте ток, проходящий через
лампу 1.
Уменьшите выходное напряжение в PS-1, переместив ручку контроля
выходного напряжения в среднее положение. Измерьте ток лампы.
Уменьшите напряжение источника энергии до наименьшей величины,
измерьте ток лампы
Измеренные величины запишите в таблицу 2
Таблица 2 - Измерение тока на лампе L1
№
Измеряемая величина
п/п
Максимальный ток, А
Ток
в
среднем
контроллера, А
3
Минимальный ток, А
1
2
Показания
амперметра, А
положении
Всегда помните, что Вы измеряете напряжение между двумя точками
цепи, и Вы измеряете ток при последовательном соединении с цепью.
Обратите внимание, что когда у измерителя тока положительный проб
был подключен к точке с положительным напряжением, измеренный ток был
положительным, а когда отрицательный проб был подключен к точке с
положительным напряжением, Амперметр показывал отрицательный ток.
Теперь Вы научитесь измерять сопротивление с помощью
измерительного прибора.
Внимание: Измеряя сопротивление какого-либо элемента, Вы должны
быть уверены, что на данный элемент не подается напряжение и через него не
протекает ток.
Если данные условия не соблюдаются, вы получите неверное значение
сопротивления, а цепь может быть повреждена.
Отсоедините измерительный прибор от цепи измерения тока.
Убедитесь, что ручка управления PS-1 повернута в положение самого низкого
напряжения (против часовой стрелки до упора).
5. Приступите к измерению сопротивления
Установите измерительный прибор в режим измерения сопротивления
до 200 Ом, если прибор имеет такой режим, или в режим ближайший к 200
Ом.
Изучите схему для "измерения сопротивления", показанную ниже.
Рисунок 7 – Схема подключения омметра
1. Для измерения сопротивления лампы подключите измерительный
прибор так, как показано на следующем экране.
Обратите внимание, что вы подключаете измерительный прибор параллельно
элементу, сопротивление которого Вы желаете измерить.
Рисунок 8 – Схема подключения омметра к лампе 1 на используемой плате
Измерьте сопротивление лампы 1 как показано на рисунке 8
Теперь измерьте сопротивление лампы 2, как показано на рисунке 9
Рисунок 9 – Схема подключения омметра к лампе 2 на используемой плате
Таблица 3 - Измерение сопротивления ламп
№ п/п
Измеряемая величина
1
Сопротивление лампы 1, Ом
2
Сопротивление лампы 2, Ом
Показания омметра, Ом
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет по лабораторной работе должен содержать следующее:
1) Номер и название лабораторной работы
2) Цель работы
3) Используемое оборудование
4) Рисунки 3, 5, 7
5) Заполненные таблицы 1-3
6) Вывод
7) Ответы на контрольные вопросы (вопрос с правильным вариантом
ответа)
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Увеличивается ли яркость ламы при увеличении подаваемого
напряжения?
 Да
 Нет
2. Увеличится ли яркость лампы при увеличении значения подаваемого
тока?
 Да
 Нет
3. Какие единицы измерения Вы использовали для измерения тока в ходе
экспериментов?
 Вольты
 Амперы
 Миллиамперы
 Омы
 Ничего из вышеперечисленного
4. Какое утверждение, из приведенных ниже, верно?
 Для определения направления тока необходимо подключить
положительный проб измерительного прибора к положительному контакту
источника питания.
 Если подключить положительный проб измерительного прибора к
отрицательному контакту источника питания, то показания прибора будут
отрицательными.
 Ток течет по цепи, а напряжение формируется между двумя точками
цепи.
 Все вышеперечисленное.
5. Почему легче измерить напряжение чем ток?
 Вольтметры более распространены чем амперметры.
 Нет необходимости обесточивать цепь при измерении напряжения.
 Нет
необходимости
разрывать
цепь
для
подключения
измерительного прибора.
 Вольтметры имеют меньше режимов измерения.
Цель лабораторной работы:
- Доказать закон Ома с помощью эксперимента.
- Определить значение сопротивлений, используя измеренные значения
тока и напряжения.
- Определить значение тока в цепи, используя номинальное значение
сопротивления резистора, в соответствии с его цветовым кодом, и значение
измеренного напряжения.
- Определить напряжение на участке цепи, используя номинальное
значение сопротивления резистора, в соответствии с его цветовым кодом, и
значение измеренного тока.
ТЕОРИЯ
Закон Ома утверждает, что падение напряжения на резисторе равно
произведению его сопротивления и тока, протекающего через него.
Используя данное утверждение, можно записать три важных уравнения,
которые Вы можете использовать для вычисления любого из трех параметров:
напряжения, тока или сопротивления.
Рассмотрим эти уравнения:
I
, где:
U
R
U = падение напряжения на резисторе, В
I = ток, текущий через резистор, A
R = значение сопротивления резистора, Ом
ОБОРУДОВАНИЕ
Для выполнения эксперимента необходимо следующее оборудование:
-
Лабораторный стенд PU-2000
Печатная плата EB-101
Один или два цифровых мультиметра
Набор соединительных кабелей DL-2 или DL-20
ПОРЯДОК РАБОТЫ
1. Поместите EB-101 в две направляющие, расположенные на PU-2000 и
вставьте EB-101 в разъем.
2. На EB-101 найдите цепь, содержащую PS-1 и R1, как показано на
рисунке ниже:
3. Установите минимальное выходное напряжение на PS-1, затем
соедините R1 и измерительный прибор с источником питания, в соответствии
со схемой ниже.
4. Подготовьте измерительный прибор для измерения постоянного
напряжения величиной до 10V. Установите значение выходного напряжения
на 0. Это первое значение в следующей таблице.
5. Отключите измерительный прибор и установите на нем режим
измерения тока до 20 mA. Удалите перемычку, подключенную к R1.
Подключите измерительный прибор для измерения тока, протекающего через
R1, как показано на следующей иллюстрации:
Примечание: если у Вас есть два измерительных прибора можно
использовать один измерительный прибор для измерения падения напряжения
на R1, а другой в качестве амперметра.
Напряжение (V)
ТОК в R1 (мA)
ТОК в R2 (мA)
ТОК в R3 (мA)
0
2
4
6
8
10
Заполните таблицу.
6. Повторите операцию: установите напряжение PS-1 в соответствии с
величиной, указанной в таблице, измерьте силу тока в цепи R1 и внесите
полученное значение в таблицу.
7. Выставите напряжение заново и измерьте силу тока в цепи R2.
8. Выставите напряжение заново и измерьте силу тока в цепи R3.
9. Выполняя пункты 4-7, Вы изменяли напряжение и измеряли силу тока в
цепи каждого резистора.
Используя результаты таблицы, нарисуйте график зависимости силы тока
(вертикальная ось) от напряжения (горизонтальная ось). Покажите все три
группы результатов в одной и той же системе координат и пометьте их как R1,
R2 и R3.
10. Используя формулу (1) и значение номинального сопротивления
резистора (в соответствии с его цветным кодом), подсчитайте значение тока в
цепи каждого резистора при падении напряжения 5 В и отметьте полученные
результаты на графике знаком "X".
11. Установите Измерительный прибор в режим измерения тока до 20 мА.
12. Соберите цепь, показанную ниже. Обратите внимание,
измерительный прибор подсоединен для измерения силы тока в цепи R1.
что
13. Установите такое значение выходного напряжения, чтобы сила тока
была равна 0 мA, что является первым значением в следующей таблице.
14. Отключите измерительный прибор и установите его в режим измерения
постоянного напряжения до 20V. Подключите его для измерения падения
напряжения на R1. Вставьте перемычку для соединения R1 с PS-1. Измерьте
падение напряжения на R1. Занесите измеренное значение в следующую
таблицу.
Примечание: Если у Вас есть два
измерительных прибора, Вы можете
использовать один для измерения силы тока,
другой для измерения напряжения.
а
Сила тока
R1 или R2
0 мA
0.2 мA
0.4 мA
0.6 мA
0.8 мA
1.0 мA
Напряжение
R1 [В]
Напряжение
R2 [В]
Внесите в таблицу значение напряжения, которое вы получили при силе
тока 0 мА.
Установите новое значение силы тока в соответствии с таблицей. Измерьте
падение напряжение на резисторе.
15. Повторите данную серию измерений, используя R2 вместо R1.
16. Рассмотрим цепь.
17. Установите выходное напряжение, равное 10В. Измерьте значение
напряжения с помощью измерительного прибора.
Не забудьте изменить режим прибора с режима измерения тока на
режим измерения напряжения, и правильно выполнить соединения.
18. Используйте прибор в режиме измерения тока до 20 мA в цепях R1, R2
и R3. Соедините цепь в соответствии с рисунком. Убедитесь, что прибор
правильно подключен для измерения силы тока.
19. Измерьте силу тока и внесите результат в тетрадь.
Сила тока через R1 = _______ (мA)
Сила тока через R2 = _______ (мA)
Сила тока через R3 = _______ (мA)
20. Выполняя пункты 5-7, Вы изменяли силу тока и падение напряжения на
каждом резисторе.
Используя результаты, занесенные в таблицу, нарисуйте график
зависимости падения напряжения от силы тока и пометьте его как Рис. 8. На
данном графике выделите результаты измерения для двух резисторов, и
отметьте их как R1 и R2.
Используя формулу (1) вычислите падение напряжения на каждом
резисторе при силе тока в 0.5 мA и отметьте эти точки на графике значком
"X".
21. В пункте 11, мы изменяли сопротивление и измеряли силу тока при
фиксированном напряжении. Используя результаты этих измерений,
постройте график зависимости силы тока от сопротивления.
С помощью формулы (1) вычислите значение сопротивления, при котором
сила тока равна 5 мA (напряжение 10 В), и отметьте эту точку на графике
значком "X".
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Падение напряжения на резисторе прямо пропорционально:
 Допуску резистора.
 Силе тока через резистор.
 Произведению сопротивления резистора и силы тока.
2. В пункте 9 урока № 7 вы построили график зависимости I от U для
резистора. Какое из последующих выражений описывает зависимость I от U?
 Зависимость прямо пропорциональна R.
 Зависимость обратно пропорциональна R.
 Зависимость не пропорциональна R.
3. Увеличение сопротивления при неизменном напряжении ведет к:
 Увеличению силы тока через резистор.
 Уменьшению силы тока через резистор.
 Сила тока постоянна.
4. Если вы можете измерить напряжение и силу тока для резистора,
сколько измерений вам потребуется для определения его сопротивления?
 Одно для напряжения и одно для силы тока.
 Два для каждого.
 Три для каждого.
 Необходимо выполнить эксперимент, чтобы дать правильный
ответ.
5. Если измеренное падение напряжения составляет 2.4 V на резисторе 4.7
KΩ, значит сила тока равна:




2 mA
5 mA
0.5 A
0.51 mA