Зміст

1. Методичні вказівки щодо виконання дослідницької частини лабораторних робіт з дисципліни «Електротехніка» на основі використання віртуальної лабораторії Electronics Workbench 

Лабораторна робота № 1. Ознайомлення зі структурою програми Electronics Workbench, з окремими елементами і приладами для вимірювання електричних величин

Лабораторна робота № 2. Вимірювання сили струму, опору і напруги на різних ділянках електричного ланцюга 

Лабораторна робота № З. Складання електричної схеми та її дослідження з визначенням метрологічних характеристик роботи і потужності електричного струму 

Лабораторна робота № 4. Дослідження впливу вхідного опору вольтметра і амперметра на похибку вимірювання

Додаток 2. Деякі графічні позначення електричних апаратів та їхніх частин

Список рекомендованої літератури 

 

 

Додаток 1

Методичні вказівки щодо виконання дослідницької частини лабораторних робіт з дисципліни «Електротехніка» на основі використання віртуальної лабораторії Electronics Workbench

При вивченні курсу «Електротехніка» в професійно-технічних закладах електротехнічного спрямування передбачено проведення лабораторно-практичних занять із використанням відповідного електричного устаткування. На жаль, не всі електротехнічні лабораторії оснащені електричними приладами в достатній кількості. Проте є й інші складнощі, наприклад неможливість проведення експерименту в реальному часі через тривалість виконання, складність математичного обчислення результатів тощо. Щоб поліпшити ефективність навчання, пропонується використовувати програму Electronics Workbench, яка надає широкі можливості варіювання параметрів експериментального процесу, що просто неможливо зробити в реальному житті.

Віртуальні експерименти значно прискорюють процес засвоєння матеріалу, що вивчається.

Комп'ютер можна розглядати як універсальний лабораторний стенд.

Але слід усвідомлювати, що віртуальні лабораторні роботи є своєрідною аналогією, але не заміною лабораторного устаткування навчальних предметних кабінетів, тобто фізична і віртуальна лабораторії повинні співіснувати разом і доповнювати одна одну.

Сама програма Electronics Workbench доволі проста. Обсяг пам'яті, що займає програма, близько 50 Мб. Ініціалізація не передбачена. Вільний доступ до програми в інтернеті. Освоєння техніки виконання експериментів займає 1,5-2 години.

 

Лабораторна робота № 1

Ознайомлення зі структурою програми Electronics Workbench, з окремими елементами і приладами для вимірювання електричних величин

Мета роботи: ознайомитися зі структурою програми Electronics Workbench; зібрати простий електричний ланцюг в електронній системі моделювання Electronics Workbench і перевірити її роботу на працездатність.

Віртуальні компоненти: джерело постійного струму, лампа розжарювання, ключ, сполучні дроти.

Хід роботи:

1. Запустіть програму Electronics Workbench.

На рисунку 1 зображено вигляд «монтажного стола» віртуальних компонентів схеми, а на рисунку 2 - схема, що досліджується.

2. На панелі компонентів знайдіть умовні позначення джерела постійного струму, ключа, лампи розжарювання і розмістіть їх на робочому полі програми.

3. За допомогою миші з'єднайте компоненти проводами.

4. До мінусового проводу (можна і до плюсового) джерела струму підключіть компонент «Заземлення».

5. Увімкніть живлення схеми.

6. Замкніть ключ і спостерігайте загоряння лампи.

На підставі отриманих даних зробіть висновки.

Контрольні запитання

1. З яких елементів складається електричний ланцюг?

2. Яку роль відіграє джерело живлення в електричному ланцюзі?

3. Яку роль відіграє ключ?

4. Що відбудеться, якщо поміняти полярність джерела струму?

5. Що відбудеться, якщо збільшити напругу джерела струму?

6. Що відбудеться, якщо замінити лампу розжарювання на 5 V? на ЗО V?

 

Лабораторна робота № 2

Вимірювання сили струму, опору і напруги на різних ділянках електричного ланцюга

Мета роботи: навчитися вимірювати електричні параметри в електричному ланцюзі.

Віртуальні компоненти: джерело постійного струму, ключ, лампа розжарювання, амперметр, вольтметр, мультиметр, сполучні дроти.

Хід роботи:

1. Запустіть програму Electronics Workbench.

2. На панелі компонентів знайдіть умовні позначення джерела струму, ключа, лампи розжарювання, амперметра, вольтметра, мультиметра і розмістіть їх на робочому полі відповідно до заданої схеми дослідження.

3. За допомогою миші з'єднайте компоненти ланцюга проводами.

4. Замкніть ключ і спостерігайте за показаннями приладів.

Примітка. Вимірюйте опір мультиметром без увімкнення джерела напруги. На підставі отриманих даних зробіть висновки.

Контрольні запитання

1. Як підключається амперметр в електричний ланцюг?

2. Як підключається вольтметр в електричний ланцюг?

3. Як підключається мультиметр в електричний ланцюг?

4. Яке значення сили струму зафіксував амперметр?

Б. Яке значення сили струму покаже другий амперметр, підключений до ланцюга?

6. Що відбудеться, якщо включити амперметр в електричний ланцюг без навантаження?

7. Що відбудеться, якщо амперметр включити в ланцюг паралельно?

8. Які джерела виробляють змінний струм?

9. Який струм у нашій розетці?

 

Лабораторна робота № З

Складання електричної схеми та її дослідження з визначенням метрологічних характеристик роботи і потужності електричного струму

Мета роботи: визначити роботу і потужність струму заданої електричної схеми та оцінити можливі похибки їх вимірювання.

Віртуальні компоненти: джерело постійного струму, ключ, лампа розжарювання, резистори, конденсатор, вольтметр, амперметр, заземлення, сполучні проводи.

Хід роботи:

1. Запустіть програму Electronics Workbench.

2. На панелі компонентів знайдіть умовні позначення джерела струму, ключа, лампи розжарювання, конденсатора, вольтметра, амперметра, осцилографа і розмістіть їх на робочій панелі програми.

3. З'єднайте компоненти за допомогою миші проводами, як показано на рисунку.

4. Увімкніть живлення схеми.

5. Замкніть ключ і виконайте вимірювання.

6. Результати вимірювань занесіть у таблицю.

7. Розрахуйте роботу струму за ЗО хв.

8. Розрахуйте потужність струму.

9. Наведіть метрологічні характеристики вимірювальних параметрів.

На підставі отриманих даних зробіть висновки.

Контрольні запитання

1. Що являє собою графік залежності потужності від величини струму в електричному колі?

2. Як в електричному колі зміна величини напруги впливає на роботу і потужність?

3. Чи зміняться електричні параметри в колі, якщо поміняти полярність джерела живлення?

 

Лабораторна робота № 4

Дослідження впливу вхідного опору вольтметра і амперметра на похибку вимірювання

Мета роботи: навчитися складати електронні вимірювальні схеми за допомогою комп'ютерної програми Electronics Workbench, проводити вимірювання електричних параметрів і оцінювати методичні похибки вимірювання, зумовлені вхідним опором вольтметра (амперметра).

Віртуальні компоненти: джерело постійного струму, ключ, резистор, вольтметр, амперметр, заземлення, сполучні проводи.

Хід роботи:

1. Запустіть програму Electronics Workbench.

2. На панелі компонентів знайдіть умовні позначення джерела струму, ключа, вольтметра, амперметра і розмістіть їх на робочій панелі програми.

3. З'єднайте компоненти за допомогою миші проводами, як показано на рисунку.

4. Увімкніть живлення схеми.

5. Замкніть ключ і виконайте вимірювання.

6. Дослідіть вплив вхідного опору вольтметра (амперметра) на похибку вимірювання напруги (сили струму).

7. Здійсніть експериментальний розрахунок вхідного опору вольтметра (амперметра).

Зберіть схему згідно з рис. 1. Значення напруги джерела Е_дж = 12 V, опір резистора - 1 кОм. Змінюйте внутрішній опір вольтметра Ry від 1 Ом до 10 МОм. Одержані результати вимірювання напруги U_v запишіть у таблицю 1. Для кожного значення U_v розрахуйте відносну похибку вимірювання б_и, зумовлену вхідним опором вольтметра, за формулою:

Таблиця 1. Експериментальні і розрахункові дані

Зберіть схему згідно з рис. 2. Сила струму джерела Ід* = 1 А, опір резистора - 15 Ом. Зменшуйте внутрішній опір амперметра R_A від 100 Ом до 1 мОм. Одержані результати вимірювання сили струму І_А запишіть у таблицю 2. Для кожного значення струму І_А розрахуйте відносну похибку вимірювання δ,, зумовлену вхідним опором амперметра:

і побудуйте графік

Таблиця 2. Експериментальні і розрахункові дані

Зробіть висновки про бажані вхідні опори вольтметрів (амперметрів).

Контрольні запитання

1. Опишіть види похибок залежно від джерела виникнення, закономірності прояву та способи числового виразу.

2. Розрахуйте залежність методичної похибки вимірювання від вхідного опору вольтметра.

3. Розрахуйте залежність методичної похибки вимірювання від вхідного опору амперметра.

4. Опишіть структурну схему вольтметра.

Оформлення лабораторних робіт

Кожну виконану роботу студент повинен оформити у вигляді звіту.

Звіт містить:

- титульний аркуш;

- мету роботи;

- основні теоретичні положення;

- короткі відомості про експеримент;

- принципову схему досліджуваного ланцюга;

- розрахункові формули й обчислення;

- результати дослідження (таблиці, графіки, розрахункові числові значення параметрів або режимів).

Можна також включити у файл звіту загальний вигляд екрану ПЕОМ після виконання аналізу і відображення результатів на екранах вимірювальних приладів. Для цього натисненням клавіші Print Screen екран ПЕОМ копіюється в буфер, з якого потім здійснюється його вставка в текстовий файл звіту за допомогою панелі інструментів редактора Microsoft Word.

Під час здачі звіту студент повинен відповісти на запропоновані запитання.

 

 

 

Список рекомендованої літератури

 

 

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020