What are the main hazards of electrical current passing through the human body?

Even small currents can cause serious injury or death. Ten milliamps induces muscle contractions and loss of control, while 10 microamps through the heart causes ventricular fibrillation. High voltage and current can cause muscular spasms, burns, and cardiac arrest. Bodily contact with electricity requires immediate medical attention and careful prevention.

What personal protective equipment and clothing should you wear when working with electrical equipment?

Wear long pants, closed-toe shoes, and appropriate personal protective equipment when handling electrical apparatus. Avoid loose clothing and remove dangling or metal accessories that could accidentally contact electricity. These precautions prevent accidental electrical contact and significantly reduce shock hazards during laboratory experiments and equipment operation.

What are the differences between single-phase and three-phase AC power in laboratory settings?

Single-phase AC power from wall outlets delivers 120 volts with one hot line and one neutral line. Three-phase power delivers higher voltages—208, 230, or 480 volts—via three hot lines that are 120 degrees out of phase. Three-phase power provides greater power capacity but requires special training and safety precautions for handling.

How does a DC power supply differ from a function generator in laboratory applications?

A DC power supply provides constant voltage or current to operate equipment, with adjustable output typically ranging 0 to 36 volts. A function generator produces time-varying signals like sinusoidal, triangular, sawtooth, and square waves with adjustable amplitude, frequency, and DC offset. Function generators excite circuits, while DC supplies power them.

Why is proper grounding of equipment critical for electrical safety?

Proper grounding ensures the equipment chassis is at earth-ground potential, which prevents electrical shock. When using an oscilloscope grounded probe, connect the ground lead only to points in the circuit that are also grounded. Touching the ground lead to any other point causes a short-circuit to ground and creates a hazard.

What precautions should you take before modifying an electrical circuit setup?

Before changing a setup, turn off or unplug all power sources used in the experiment. Assume any exposed metal carries live electricity unless verified otherwise. For experiments with accessible DC power greater than 50 volts, ensure at least two trained people are present to respond to emergencies.

How do you properly measure voltage using a multimeter in a DC circuit?

Insert the red probe into the V Ohms contact and the black probe into the COM contact. Touch the red probe to the positive terminal and the black probe to the negative terminal of the power supply. The multimeter displays the voltage between these terminals, providing accurate measurement of electrical potential difference in circuits.

احتياطات السلامة الكهربائية والمعدات الأساسية

0 مشاهدة09:36 دقيقة

احتياطات السلامة

1. الطاقة الكهربائية والإعداد التجريبي

تجنب الأسلاك والكابلات والتوصيلات المفكوكة.
افترض أن أي معدن مكشوف يعيش بالكهرباء ما لم يتم التحقق من خلاف ذلك.
تعرف على جميع أزرار التشغيل / الإيقاف على المعدات وقواطع الدائرة ومفاتيح فصل المقعد.
قم بإجراء تغييرات على الإعداد التجريبي فقط عند إيقاف تشغيل طاقة الدائرة وقراءة جميع مصادر الطاقة للجهد الصفري والتيار الصفري ، حسب الاقتضاء.
استخدم أسلاك ذات طول مناسب لتطبيقاتها المناسبة. يمكن أن تتسبب الأسلاك أو التوصيلات الطويلة في حدوث فوضى على المقعد ، ويمكن أن تكون الأسلاك أو التوصيلات القصيرة جدا ضيقة جدا ويمكن فصلها بسهولة.
افصل المعدات والتوصيلات ذات الطاقة العالية عن المعدات ذات الطاقة المنخفضة ، مثل المتحكمات الدقيقة ، لتجنب كل من التداخل والتوصيلات الكهربائية بين الأجهزة الإلكترونية الحساسة والأجهزة ذات الطاقة العالية.
تأكد من أن جميع مصادر طاقة التيار المستمر ومصادر التيار المتردد ومصادر الطاقة الأخرى تبدأ من خرج تيار صفري وصفر أو وفقا للتوجيهات في التجربة. يمكن البدء من جهد غير صفري في بعض التطبيقات حيث يجب أن يكون لمصدر الجهد حالة أولية محددة.
قم بإيقاف تشغيل جميع المعدات قبل مغادرة المختبر بمجرد انتهاء التجربة.
لا تسمح لمستخدم واحد بإجراء تجربة بمفرده. تأكد من قيام مستخدمين على الأقل بإجراء تجربة عند تشغيل أكثر من 50 فولت تيار مستمر ومكيف ثلاثي الطور.

2. بيئة العمل

التعرف على المخارج في المختبر.
تجنب بيئة العمل المزدحمة.
جهز قلم وآلة حاسبة ودفتر ملاحظات مختبر ووصف تجربة جاهزا وجاهزا.
تبرد بشكل مناسب وتسمية المعدات الدافئة (بسبب تبديد الحرارة).

3. الملابس والمتطلبات الشخصية

قم بإزالة المجوهرات أو الساعات المعدنية أو غيرها من الملحقات المعدنية أثناء إجراء أي تجربة ، لأنها يمكن أن تكون خطيرة بالقرب من آلات الدوران والتوصيلات الكهربائية.
لا ترتدي ملابس فضفاضة أو شورت أو تنانير قصيرة لأنها تعرض الجلد للتوصيلات الكهربائية وآلات الدوران.
لا ترتدي قلادات معلقة ونظارات وربطات عنق وغيرها من الملحقات ، حيث يميل المستخدمون إلى الاقتراب من الآلات الدوارة والتوصيلات الكهربائية. أيضا ، تجنب تعليق النظارات حول الرقبة ، والتي يمكن الإمساك بها بسهولة عن طريق الآلات الدوارة.
اربط الشعر الطويل بمؤخرة الرأس.
ارتد نظارات واقية في جميع الأوقات أثناء التجربة. ارتد معدات الحماية الشخصية الأخرى (PPE) كما هو مطلوب بموجب قواعد ولوائح السلامة المحلية. على سبيل المثال ، تشمل معدات الوقاية الشخصية الشائعة المعاطف المقاومة للحريق ، والقفازات العازلة عالية الجهد (التي يتم ارتداؤها عند التعامل مع الأسلاك أو الكابلات الحية) ، وسدادات الأذن (المستخدمة عند تشغيل الآلات الصاخبة).

المعدات الأساسية: عرض توضيحي ونظرة عامة على المعدات الإلكترونية والقياس

4. مولد الوظيفة

قم بتشغيل مولد الوظائف (الشكل 1). توفر مولدات الوظائف إشارات تيار متردد دورية بأشكال مختلفة. هذه الأشكال هي بشكل أساسي الجيبية ، والمثلث ، وسن المنشار ، والمربع.
قم بإعداد مولد الوظائف لإنتاج خرج جيبي يبلغ ذروة 10 فولت بتردد 400 هرتز وإزاحة صفر تيار مستمر.
قم بتوصيل موصل BNC إلى التمساح ب BNC المرتبط بمنفذ إخراج مولد الوظيفة.
اضبط التردد والذروة، أو من الذروة إلى الذروة، لهذه الإشارات إذا رغبت في ذلك.
في الإشارات المثلثة وأسنان المنشار ، اضبط المنحدر والشكل. تحتوي أشكال الموجة المربعة على دورة عمل قابلة للتعديل ، والتي يتم تعريفها على أنها نسبة الفترة التي يكون فيها شكل الموجة المربعة موجبا أو "مرتفعا" مقابل سالبا أو صفرا أو "منخفضا".
لاحظ أن بعض مولدات الوظائف توفر ضوضاء غير دورية وإشارات عشوائية ، ولكنها لا تستخدم بشكل شائع في تطبيقات إلكترونيات الطاقة والآلات الكهربائية.

الشكل 1: لقطة مقربة لشاشة مولد الوظائف ولوحة التحكم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

5. مصدر طاقة التيار المستمر

قم بتشغيل مصدر طاقة التيار المستمر (الشكل 2). تعمل إمدادات التيار المستمر منخفضة الطاقة في وضعين رئيسيين - إما مصادر الجهد أو مصادر التيار.
راقب قراءات الجهد والتيار.
اضبط جهد خرج مصدر طاقة التيار المستمر على 10 فولت عن طريق ضبط مقبض جهد الإخراج. يعد العمل كمصدر للجهد هو الأكثر شيوعا ، حيث يوفر الإمداد الجهد المنخفض DC ؛ تتراوح عادة بين 0 و 36 فولت. في عملية المصدر الحالي ، تكون هذه الإمدادات "محدودة التيار" حيث يتم ضبط الحد الأقصى لتيارها على القيمة المطلوبة ، ويتم ضبط جهدها تلقائيا لتوفير الحد الأقصى للتيار المطلوب. وبالتالي توفر حدود التيار والجهد مرونة تشغيلية بالإضافة إلى هوامش الأمان عند تشغيل مصدر طاقة التيار المستمر.
اضغط على الزر "الحالي" لعرض الحد الحالي وضبط المقبض الحالي لضبط الحد الأقصى للتيار. قم بتعيين الحد الحالي للعرض.
لاحظ أن معظم مصادر طاقة التيار المستمر أحادية الإخراج لها ثلاث أطراف تسمى "+" و "-" وأرضية. في العديد من التطبيقات ، يتم ربط "-" والأرض لتوفير بيئة ضوضاء أكثر استقرارا وتقليل الضوضاء عند تزويد دائرة خارجية بالطاقة. ومع ذلك ، تتطلب بعض الحالات أن يطفو "-" من الأرض لعزل الدائرة الكهربائية أو الجهاز قيد الاختبار عن أرض الإمداد.

الشكل 2: وحدة إمداد الطاقة بالتيار المستمر. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

6. راسم الذبذبات

قم بتشغيل راسم الذبذبات (الشكل 3). تعرض راسمات الذبذبات ، أو النطاقات ، أشكال موجات الجهد والتيار على الشاشة ، مما يوفر مجموعة واسعة من القياسات الأساسية.
قم بتوصيل مسبار عادي (الشكل 4) بالقناة 1 ومسبار تفاضلي بالقناة 2. تتصل مجسات راسم الذبذبات بموصلات BNC على واجهة النطاق ، وتعرض كل قناة شكل موجة واحد. يأتي كل نطاق مع مجموعة متنوعة من القنوات. الأكثر شيوعا هي النطاقات ذات القنوات الثنائية والأربع ، ولكن يمكن أن تحتوي النطاقات الأحدث على ثماني قنوات.
قم بإزالة أي إزاحة على القناة 2.
1. تستخدم مجسات راسم الذبذبات في أغلب الأحيان مع الآلات الكهربائية وتجارب إلكترونيات الطاقة. تشمل الأنواع الرئيسية للمجسات المسبار المؤرض التقليدي ، ومسبار الجهد التفاضلي (الشكل 5) ، والمسبار الحالي (الشكل 6).
2. استخدم مجسات مؤرضة تقليدية عند قياس الجهد عبر نقطتين في دائرة أو جهاز ، حيث ترتبط إحدى النقاط بالأرض الأرضية. عادة ما يكون الجزء المؤرض من النطاق عبارة عن مشبك تمساح ، وسلك الاختبار الآخر عبارة عن خطاف يرتبط بسهولة بالدوائر والمكونات الكهربائية.
  1. لا تستخدم أبدا هذه المجسات ذات التوصيلات غير الراسخة ، حيث ستحدث دائرة كهربائية قصيرة على الأرض ، مما يتسبب في خطر على المستخدم والشرر وتلف المجسات. عادة ، يتم تصنيف هذه المجسات إلى عدة مئات من الفولت.
3. استخدم مجسات الجهد التفاضلي لتوفير العزل بين الأرض الأرضية ونقطتي الاختبار ، والتي يتم قياس الجهد عبرها. هذه المجسات ضرورية عندما لا يتم تأريض أي من النقطتين (على سبيل المثال عند القياس عبر مرحلتين من ثلاث مراحل في مصدر جهد ثلاثي الطور). هذه المجسات أغلى ثمنا وتتطلب ضبط الإزاحة يدويا أو تلقائيا قبل كل استخدام ، كشكل من أشكال المعايرة الأساسية. إنها أقل قوة للضوضاء بسبب عدم وجود تأريض على خيوط اختبار المسبار. عادة ما تصل معدلات الجهد في المختبرات التعليمية إلى 1000 فولت
لقياس التيار في السلك ، ضع السلك في نافذة المسبار الحالي وتأكد من قفل السلك داخل فتحة المسبار. اضبط تحجيم المسبار (على سبيل المثال 100 مللي فولت / أمبير) على حاوية المسبار ولاحظ المقياس. يتم عرض القياسات الحالية كقياسات للجهد.
1. يمر سلك يحمل تيار التيار المتردد أو التيار المستمر عبر القلب ، مما يولد مجالا مغناطيسيا ، مما يؤدي إلى الجهد على السلك الملفوف حول القلب. يعطي هذا قياس جهد يتناسب مع التيار في السلك ، ويمكن قياس التيار باستخدام هذا المسبار. عادة ما تكون أغلى من مجسات الجهد التفاضلي ويمكن أن تصل إلى 100 أمبير في المختبرات التعليمية. يستبدلها العديد من المعلمين والباحثين بمقاومات استشعار ذات مقاومة منخفضة جدا ولكنها دقيقة. تمرر مقاومات الاستشعار تيارا يتناسب مع الجهد عبر أطرافها ، ووفقا لقانون أوم ، فإن قياس الجهد مع معرفة المقاومة الدقيقة يعطي تقريبا دقيقا للتيار.
قم بتوصيل أطراف المسبار العادية بجانب التمساح من إخراج مولد الوظيفة.
قم بتشغيل إخراج مولد الوظائف.
اضبط مقياس المحور الزمني باستخدام مقبض "sec/div" الموجود على النطاق لتكبير وتصغير شكل موجة القناة 1 المعروضة. قد يكون لكل نطاق نهج مختلف لضبط العرض ، ولكن جميع النطاقات الشائعة لها قسمان رئيسيان لتعيينهما. على المحور x (المحور الزمني) ، تشبه التقسيمات فترة زمنية معينة ويمكن أن تختلف من μs-per-sect إلى عدة ثوان لكل قسمة.
اضبط المحور y للقناة 1 باستخدام مقبض القناة 1. استخدم مقبض "volts / div" لضبط الأقسام على المحور y تظهر قراءات فولت. يحتوي كل شكل موجي على مقبض تحجيم فريد من نوعه للمحور Y.
اضغط على زر ميزة "القياس" في النطاق لقياس التردد من الذروة إلى الذروة لشكل الموجة المعروض على القناة 1. يمكن استخدام هذا أيضا لإيجاد قياسات المتوسط ، جذر متوسط المربع (RMS) ، وفترة الإشارة.
اضغط على "الرياضيات" لاستخدام الوظائف الرياضية ؛ مثل الجمع أو الطرح أو المزيد من الوظائف المتقدمة باستخدام أكثر من شكل موجة واحد معروض على النطاق. على سبيل المثال ، من المفيد إظهار ناتج الجهد والتيار اللحظي من أجل رؤية الطاقة اللحظية.
قم بالتشغيل يدويا عن طريق ضبط مقبض "المشغل" ، أو تلقائيا بالضغط على "ضبط المستوى على 50٪". حدد قناة النطاق التي يتم تشغيل جميع شاشات الشكل الموجي منها. باستخدام مستوى الزناد المناسب ، يتم التخلص من الارتعاش في أشكال الموجة المعروضة ؛ لذلك تبدو جميع الأشكال الموجية ثابتة ونظيفة.
اضغط على "المؤشر" لقياس المسافة بين نقطتين إما على المحور الزمني أو المحور y.
اضغط على أزرار "CH1" أو "CH2" أو أزرار القناة الأخرى ، وحدد المرشح الرقمي المناسب للتخلص من الضوضاء من شاشة شكل الموجة. ترددات زاوية مرشح التمرير المنخفض محددة مسبقا وقد تختلف في نطاقات مختلفة.
اضبط إخراج مولد الوظيفة حتى يتم تحقيق السعة والتردد المطلوبين.
قم بإيقاف تشغيل مولد الوظائف وافصل مسبار النطاق.
قم بإيقاف تشغيل راسم الذبذبات.

الشكل 3: وحدة راسم الذبذبات. تظهر الصورة المقربة الشاشة ولوحة التحكم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: مسبار تقليدي مؤرض. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: مسبار الجهد التفاضلي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: منظر جانبي للمسبار الحالي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

7. مقياس متعدد

قم بتشغيل جهاز القياس المتعدد (الشكل 7) وتأكد من أن نهاياته في موضع اتصال قياس الجهد. تقيس أجهزة القياس المتعددة ، سواء كانت محمولة باليد أو أعلى مقاعد البدلاء ، متوسط قيمة جهد التيار المستمر أو التيار المستمر ، أو قيمة RMS لجهد أو تيار تيار متردد. قم بمراجعة التوصيلات بعناية لقياس الجهد أو التيار قبل تشغيل الدائرة ، حيث تعد هذه التوصيلات مصدرا شائعا للخطأ عند إجراء تجربة.
قم بتشغيل خرج مصدر طاقة التيار المستمر بدون أسلاك موز موضوعة في منافذ الإخراج الخاصة به.
استخدم جهاز القياس المتعدد للقياس عبر منفذي الإخراج (+ أحمر و - أسود). لتحسين دقة القياس ، اضبط نطاق الإشارة يدويا حتى 10 فولت أو 1000 فولت.
1. يجب أن يقرأ جهاز القياس المتعدد 10 فولت
2. لاحظ أن أجهزة القياس المتعددة تتضمن ميزات قياس أخرى ، مثل المقاومة بين نقطتين واتجاه تدفق التيار (رمز الصمام الثنائي) ، وهو أمر مفيد في تصحيح أخطاء الثنائيات والترانزستورات.
استخدم عدادات الطاقة الرقمية لقياس متوسط الطاقة. تشبه عدادات الطاقة الرقمية أجهزة القياس المتعددة ولكنها تستخدم قياسات الجهد والتيار المتزامنة لقياس متوسط الطاقة. يمكن للعدادات المتقدمة قياس عامل الطاقة والطاقة التفاعلية والقوة الظاهرة.
قم بتوصيل خيوط جهد عبر (بالتوازي مع) النقطتين اللتين يجب قياس الجهد فيهما.
قم بتوصيل خيوط حالية على التوالي بالسلك أو المكون.
الطاقة المعروضة هي متوسط الناتج اللحظي للجهد والتيار.

الشكل 7: متعدد. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

8. مزود الطاقة

بصرف النظر عن مصدر التيار المستمر منخفض الطاقة المستخدم في هذا الإجراء ، هناك أنواع أخرى من مصادر الطاقة بما في ذلك منفذ ثلاثي الطور (الشكل 8) ، ومحول تلقائي متغير ثلاثي الأطوار (الشكل 9) ، ومصدر تيار مستمر عالي الطاقة.
يوفر المخرج ثلاثي الطور جهدا ثلاثي الأطوار ، عادة عند 208 فولت أو 230 فولت أو 408 فولت في معظم مختبرات الهندسة الكهربائية. هذه الفولتية متساوية في التردد والسعة ، وهي 120 ^درجة خارج الطور عن بعضها البعض. يتطلب التعامل مع المنافذ ثلاثية الطور تدريبا خاصا واحتياطات السلامة.
1. في الولايات المتحدة ، 208 فولت و 230 فولت و 480 فولت هي مستويات جهد ثلاثية الطور شائعة في بيئة مختبرية تعليمية تتعامل مع إلكترونيات الطاقة والآلات الكهربائية.
المحول التلقائي المتغير ثلاثي الأطوار (VARIAC) هو محول معزول يوفر مصدر تيار متردد متغير ثلاثي الأطوار من مخرج ثلاثي الطور.
اضبط المقبض الموجود على VARIAC حيث يمكن أن يتراوح خرج VARIAC بين 0٪ و 100٪ من جهد الإدخال المقدم.
يوفر مصدر التيار المستمر عالي الطاقة جهدا أعلى للتيار المستمر. يمكن أن توفر معظم مصادر التيار المستمر منخفضة الطاقة ما يصل إلى 36 فولت وأقل من 10 أمبير.
1. في بيئة المختبر التعليمي ، يوفر مصدر التيار المستمر عالي الطاقة جهد تيار مستمر يصل عادة إلى 400 فولت. إنها شائعة في تطبيقات إلكترونيات الطاقة لأنها تحاكي حزم البطاريات الكبيرة في السيارات الكهربائية والهجينة ، والجهد المنزلي المصحح ، والسيناريوهات الأخرى. كما أنها شائعة في تطبيقات الآلات الكهربائية DC وآلات التيار المتردد القائمة على العاكس.

الشكل 8: منفذ ثلاثي الطور. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 9: منظر علوي لمحول متغير ثلاثي الأطوار (VARIAC). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

المصدر: علي بزي ، قسم الهندسة الكهربائية ، جامعة كونيتيكت ، ستورز ، كونيتيكت

تتضمن تجارب الآلات الكهربائية وإلكترونيات الطاقة التيارات الكهربائية والف…