Материал: mulp (1)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИДО
_______________ С.И. Качин
«____»_____________2012 г.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ. ЧАСТЬ 1, 2
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов ИДО, обучающихся по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника»
Составители
В.А. Колчанова, Е.О. Кулешова
Издательство Томского политехнического университета
2012
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ
УДК 621.3.11(075.8)
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов ИДО, обучающихся по напр. 140400 «Электроэнергетика и электротехника» / сост. В.А. Колчанова, Е.О. Кулешова; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 128 с.
Методические указания к выполнению лабораторных работ рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры электрических сетей и электротехники 14 июня 2012 г., протокол № 4.
Зав. кафедрой ЭСиЭ доцент, кандидат техн. наук _________________ В.И. Полищук
Аннотация
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2» предназначены для студентов ИДО, обучающихся по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника». Лабораторные работы выполняются в двух семестрах.
.
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ
Оглавление
Введение.............................................................................................................................................. |
4 |
Краткая инструкция по сборке схем................................................................................................. |
4 |
Лабораторная работа № 1. Исследование линейной разветвленной цепи постоянного тока.. 8 |
|
Лабораторная работа № 2. Исследование активного двухполюсника ..................................... |
13 |
Лабораторная работа № 3. Конденсатор и катушка индуктивности в цепи синусоидального |
|
тока..................................................................................................................................................... |
18 |
Лабораторная работа № 4. Исследование цепей с индуктивно связанными элементами...... |
25 |
Лабораторная работа № 5. Исследование воздушного трансформатора................................. |
32 |
Лабораторная работа № 6. Исследование резонанса напряжений ........................................... |
37 |
Лабораторная работа № 7. Исследование резонанса токов....................................................... |
41 |
Лабораторная работа № 8. Исследование трехфазной цепи, соединенной звездой ............... |
45 |
Лабораторная работа № 9. Исследование трехфазной цепи, соединенной треугольником... |
51 |
Лабораторная работа № 10. Электрические цепи с источником несинусоидального |
|
напряжения........................................................................................................................................ |
56 |
Лабораторная работа № 11. Исследование переходных процессов в цепях первого порядка |
|
............................................................................................................................................................ |
61 |
Лабораторная работа № 12. Изучение обобщенных законов коммутации.............................. |
73 |
Лабораторная работа № 13. Апериодический процесс в цепи второго порядка..................... |
77 |
Лабораторная работа № 14. Колебательный переходный процесс в цепи второго порядка . 81 |
|
Лабораторная работа № 15. Нелинейный резистивный элемент в цепи источником |
|
гармонического напряжения ........................................................................................................... |
86 |
Лабораторная работа № 16. Катушка с ферромагнитным сердечником в цепи источника |
|
гармонического напряжения ........................................................................................................... |
91 |
Лабораторная работа № 17. Электрические цепи с вентилями ................................................ |
96 |
Лабораторная работа № 18. Интегрирующий операционный усилитель.............................. |
108 |
Лабораторная работа № 19. Дифференцирующий операционный усилитель ...................... |
114 |
Лабораторная работа № 20. Исследование цепей с распределенными параметрами........... |
119 |
Литература ...................................................................................................................................... |
127 |
3
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ
Введение
Данное руководство написано на базе «Руководства к лабораторным работам по теоретическим основам электротехники», которое разработано на кафедре ЭСиЭ ТПУ и посвящено исследованию установившихся режимов и переходных процессов в линейных электрических цепях, установившихся режимов нелинейных цепей, цепей с сосредоточенными параметрами на их физических моделях. В нем содержатся методические указания по моделированию физических лабораторных работ в программной среде Electronics Workbench (далее EWB).
Параметры схем выбираются по последним цифрам зачетной книжки студента (последней цифре шифра соответствует номер столбца таблицы вариантов параметров).
Если одной из целей работы является обучение студента экспериментальному определению параметров конкретных двухполюсников или четырехполюсников, то предусматривается включение в схему соответствующих блоков, которые могут быть вызваны из файла, указанного в программе работы.
Схемы лабораторных работ размещены на сайте кафедры. http://portal.tpu.ru/SHARED/k/KOLCHANOVA/Educational_job/Tab1
/LW.rar
Прежде, чем приступить к работе, студент должен изучить соответствующий теоретический материал по учебнику, рекомендованному преподавателем [1–7], а также раздел «Пояснения к работе», чтобы ответить на вопросы в разделе «Подготовка к работе».
Разумеется, необходимо иметь определенные навыки работы в программной среде EWB. Для этого с помощью компьютера следует изучить ее особенности, например, по практикуму на Electronics Workbench под ред. П.И. Панфилова [8]. Некоторые из этих особенностей, наиболее часто встречающиеся при выполнении лабораторных работ, и рекомендации по сборке схем лабораторных работ по теоретическим основам электротехники описаны ниже.
Краткая инструкция по сборке схем
Экспериментальное исследование электрических цепей с помощью программы EWB подобно исследованию их физических моделей на лабораторном столе. Роль последнего играет рабочее поле в окне программы EWB. Вычислительный эксперимент, как и реальный, прово-
4
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ
дится с обычной последовательностью операций: сборка схемы электрической цепи, установка параметров ее пассивных и активных элементов, подключение измерительных приборов и их настройка, запуск моделирования. Результаты измерений считываются с панелей приборов: амперметра, вольтметра, ваттметра, фазометра или в виде осциллограмм.
Рабочее окно программы EWB версий 5.0 и выше начинается с командной строки, содержащей разделы File (работа с файлами), Edit (редактирование схемы), Circuit (преобразование и оформление схемы), Analysis (параметры моделирования), Window (упорядочивание информации в окне программы), Help (сведения о программе, командах и компонентах). Средняя строка окна дублирует основные команды первой строки (на ее кнопках изображены вполне понятные символы - пиктограммы). Нижняя строка меню представляет собой библиотеку компонентов электрических цепей и содержит, в частности, разделы, широко используемые при сборке схем лабораторных работ по ТОЭ. Ниже они перечисляются слева направо.
1. Поле вспомогательных компонентов Favorites находится у левого края нижней строки и предназначено для хранения блоков (подсхем), являющихся частью общей схемы.
В первую очередь это двухполюсники и четырехполюсники, параметры которых подлежат определению в данной лабораторной работе.
Для извлечения блока нужно открыть раздел (один щелчок левой кнопкой мыши, когда курсор находится на пиктограмме раздела). При этом выпадает меню подсхем Subcircuit. Затем следует установить курсор на изображение нужного блока, нажать левую кнопку мыши и, удерживая ее, вывести блок на рабочее
поле. Точно также извлекаются и другие компоненты из соответствующих полей.
В нескольких работах используется блок wattmeter, который предназначен для измерения активной мощности в цепях синусоидального тока. К выходным зажимам блока подключается вольтметр, показания которого в вольтах равны активной мощности цепи в ваттах. Для пра-
вильного измерения активной мощности этот вольтметр должен работать в режиме DC.
2. Поле источников сигналов Sources включает как идеальные источники постоянных и синусоидальных напряжений и токов, так и некоторые специальные источники. Сюда же помещен и компонент «за-
5