Precauzioni di sicurezza
1. Energia elettrica e configurazione sperimentale
2. Ambiente di lavoro
3. Abbigliamento e requisiti personali
Attrezzature di base: dimostrazione e panoramica delle apparecchiature elettroniche e di misurazione
4. Generatore di funzioni

Figura 1: Primo piano dello schermo del generatore di funzioni e del pannello di controllo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
5. Alimentazione CC

Figura 2: Alimentatore CC. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
6. Oscilloscopio

Figura 3: Unità oscilloscopio. Close up mostra lo schermo e il pannello di controllo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Una sonda convenzionale con messa a terra. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Sonda di tensione differenziale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Vista laterale della sonda corrente. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
7. Multimetro

Figura 7: Multimetro. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
8. Alimentazione

Figura 8: Uscita trifase. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 9: Vista dall'alto di un trasformatore variabile trifase (VARIAC). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Fonte: Ali Bazzi, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Università del Connecticut, Storrs, CT.
Le macchine elettriche e gli esperimenti di elettronica di potenza coinvolgono correnti elettriche, tensioni, potenza e quantità di energia che dovrebbero essere gestite con estrema diligenza e cura. Questi possono includere tensione CA trifase (208 V, 230 V o 480 V), tensioni CC fino a 250 V e correnti che possono raggiungere 10 A. L'elettrocuzione si verifica quando viene stabilito un percorso elettrico attraverso il corpo con correnti molto basse che possono danneggiare organi vitali, come il cuore di una persona, e possono causare morte immediata. Tutti gli esperimenti devono essere eseguiti in presenza di personale addestrato a gestire l'elettricità a questi livelli di tensione e corrente. In caso di emergenza, evacuare il laboratorio attraverso una qualsiasi delle uscite e comporre il 911.
Precauzioni di sicurezza
1. Energia elettrica e configurazione sperimentale
2. Ambiente di lavoro
3. Abbigliamento e requisiti personali
Attrezzature di base: dimostrazione e panoramica delle apparecchiature elettroniche e di misurazione
4. Generatore di funzioni

Figura 1: Primo piano dello schermo del generatore di funzioni e del pannello di controllo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
5. Alimentazione CC

Figura 2: Alimentatore CC. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
6. Oscilloscopio

Figura 3: Unità oscilloscopio. Close up mostra lo schermo e il pannello di controllo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Una sonda convenzionale con messa a terra. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Sonda di tensione differenziale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Vista laterale della sonda corrente. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
7. Multimetro

Figura 7: Multimetro. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
8. Alimentazione

Figura 8: Uscita trifase. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 9: Vista dall'alto di un trasformatore variabile trifase (VARIAC). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
L'energia elettrica che alimenta macchine, strumenti e altri apparati sperimentali deve essere maneggiata con cura e attenzione. Il contatto corporeo con l'alta tensione e corrente può causare spasmi muscolari, ustioni, arresto cardiaco e persino la morte. Anche piccole quantità di corrente che passano attraverso il corpo possono causare folgorazione. 10 milliampere possono indurre contrazioni muscolari, perdita di controllo muscolare e incapacità di lasciarsi andare. 10 microampere attraverso il cuore possono causare fibrillazione ventricolare. Gli esperimenti di laboratorio in genere utilizzano apparecchiature conformi agli standard di sicurezza internazionali. L'etichetta UL di Underwriters Laboratory, ad esempio, certifica che le apparecchiature soddisfano questi standard, il che impedisce determinati tipi di esposizione pericolosa. Tuttavia, gli ingressi e le uscite elettriche o le apparecchiature personalizzate rappresentano ancora un pericolo. Questo video presenterà le precauzioni di sicurezza elettrica e introdurrà le apparecchiature elettriche comuni utilizzate in molti tipi di esperimenti di laboratorio.
Quando si utilizzano apparecchiature elettriche, indossare pantaloni lunghi, scarpe chiuse e dispositivi di protezione individuale adeguati. Evitare indumenti larghi e rimuovere eventuali accessori penzolanti o metallici che possono entrare accidentalmente in contatto con l'elettricità. Negli Stati Uniti, l'alimentazione CA monofase da una presa a muro è di 120 Volt. Le prese per l'alimentazione CA trifase possono fornire fino a 480 volt e oltre 10 ampere. Quindi le fonti di energia devono essere gestite con rispetto. Un ambiente di laboratorio pulito è importante per mitigare i rischi. Evitare fili, cavi e connessioni allentati o sfilacciati. Sapere come spegnere tutte le apparecchiature, gli alimentatori e gli interruttori automatici. Assicurarsi che almeno due persone lavorino su un esperimento con alimentazione CC accessibile superiore a 50 volt. Utilizzare le stesse precauzioni con l'alimentazione di rete CA monofase o trifase. Supponiamo che qualsiasi metallo esposto trasporti elettricità sotto tensione a meno che non sia verificato. Prima di modificare una configurazione, spegnere o scollegare le fonti di alimentazione utilizzate nell'esperimento. Una corretta messa a terra dell'apparecchiatura garantisce che il telaio sia al potenziale di terra-terra, il che previene scosse elettriche. Collegare sempre l'apparecchiatura alle prese CA con il cavo di alimentazione previsto. Le apparecchiature più calde del previsto sono sia un pericolo che un sintomo di un problema che dovrebbe essere affrontato. Infine, spegni tutte le apparecchiature al termine di un esperimento e spegni le apparecchiature inutilizzate prima di lasciare il laboratorio. Ora che sono state presentate le precauzioni di sicurezza di base, il funzionamento di alcune apparecchiature elettriche comuni sarà dimostrato in laboratorio.
Un generatore di funzioni produce segnali per altre apparecchiature che necessitano di un'eccitazione o di una tensione di azionamento. Le uscite periodiche più comuni sono le onde sinusoidali, triangolari, a dente di sega e quadre, che possono essere regolate in ampiezza, frequenza e offset CC. L'uscita del generatore di funzioni è collegata al circuito o all'apparecchiatura tramite cavi. In genere viene utilizzato un connettore BNC a un'estremità e clip a coccodrillo all'altra estremità per un facile collegamento a un circuito. Un alimentatore CC fornisce tensione o corrente per far funzionare altre apparecchiature elettriche. L'uscita regolabile di un tipico alimentatore da laboratorio a bassa tensione è compresa tra 0 e 36 volt. La maggior parte degli alimentatori CC a uscita singola ha tre terminali: più, meno e terra. Il terminale positivo è collegato all'ingresso di tensione più elevato dell'apparecchiatura a valle. Il terminale negativo è collegato all'ingresso di tensione inferiore. L'uscita è la tensione o la corrente tra i terminali più e meno, che sono isolati elettricamente da terra. Il terminale di terra è un riferimento terra-terra fisso che è zero volt.
Altre fonti di alimentazione comuni includono l'alimentazione CA monofase da una presa a muro standard o l'alimentazione CA trifase. L'alimentazione monofase ha una linea calda e una linea neutra per il trasporto di corrente ed eroga 120 volt. L'alimentazione trifase fornisce tensioni più elevate tramite tre linee calde, con tensione CA su ciascuna linea uguale in frequenza e grandezza e 120 gradi sfasata l'una dall'altra. Il risultato può fornire 208, 230 e 480 volt, con una potenza corrispondentemente maggiore. La gestione dell'alimentazione trifase richiede una formazione speciale e precauzioni di sicurezza.
Successivamente, un autotrasformatore variabile, noto anche come Variac, viene utilizzato per aumentare o diminuire la tensione CA. Ciò è utile in applicazioni che richiedono tensioni non standard o in cui la tensione deve essere variata. Una manopola varia la tensione di uscita tra zero e il 100% del suo valore massimo. Si noti che il Variac non fornisce isolamento elettrico, quindi evitare di toccare l'uscita con qualsiasi impostazione.
Un oscilloscopio visualizza le tensioni dei segnali variabili nel tempo e viene utilizzato per studiare il comportamento dei circuiti. Gli oscilloscopi possono avere più canali, ciascuno dei quali visualizza una singola forma d'onda. I due tipi principali di sonde utilizzate con questo strumento sono la sonda convenzionale con messa a terra e la sonda differenziale.
Qui una normale sonda con messa a terra è collegata al canale uno. La sonda con messa a terra è solitamente classificata per tollerare diverse centinaia di volt e misura la tensione tra la punta della sonda e il suo cavo di terra. Il cavo di terra è legato alla messa a terra sul telaio dell'oscilloscopio. È importante collegare il cavo di terra solo a un punto del circuito che sia anche collegato a terra. Toccare un cavo di terra in qualsiasi altro punto causerà un cortocircuito a terra. Ora collegare il canale uno dell'oscilloscopio all'uscita del generatore di funzioni, quindi accenderlo. Regolare la scala temporale dell'oscilloscopio con la manopola dei secondi per divisione e regolare la scala della tensione con la manopola dei volt per divisione. Il livello di trigger è la tensione che un segnale attraversa per causare la sincronizzazione dell'oscilloscopio. Un'attivazione corretta riduce al minimo il rumore sul display. Regolare la manopola del grilletto per impostare manualmente il livello di trigger oppure premere il livello impostato su 50% per impostarlo automaticamente.
Infine, il multimetro è uno strumento portatile versatile o da banco per misurare tensione, corrente, resistenza e altre grandezze elettriche. Per misurare la tensione, inserire la sonda rossa nel contatto etichettato V Ohms e la sonda nera nel contatto etichettato COM per comune. Accendere l'alimentatore CC e impostarlo su un'uscita di 20 volt. Misurare tra i due terminali di uscita toccando la sonda rossa con il terminale più e la sonda nera con il terminale meno. Il multimetro legge 20 volt.
Molti esperimenti richiedono la misurazione di grandezze elettriche e utilizzano strumenti di base per fornire questi dati. Lo studio dei ponti liquidi dielettrici polari richiede un campo elettrico ad alta intensità tra due becher di fluido. I bicchieri sono inizialmente a contatto, e poi vengono lentamente separati per formare il ponte. In questa applicazione, un alimentatore CC ad alta tensione genera 1.500 volt, il che richiede grande attenzione per una manipolazione sicura. Per sviluppare modi per controllare la migrazione delle cellule staminali neurali per i trattamenti terapeutici, i ricercatori hanno studiato il loro movimento sotto l'influenza di un campo elettrico. Una camera sperimentale utilizzava un alimentatore CC per generare il campo elettrico controllato richiesto. Un amperometro misurava la corrente e un multimetro misurava la tensione attraverso la camera di prova, che veniva utilizzata per calcolare l'intensità del campo elettrico.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla sicurezza elettrica e alle apparecchiature elettroniche di base. Ora dovresti capire come lavorare in sicurezza con l'elettricità e come utilizzare alcune apparecchiature di test elettrici di base. Grazie per l'attenzione!
La sicurezza è la pratica più importante in un laboratorio di ingegneria elettrica. Le apparecchiature di misurazione elettrica e di potenza sono comuni in molte industrie pesanti (lavorazione dei metalli, cellulosa e carta, ecc.), Automobilistico, navale, aerospaziale, militare e altri. Varie marche e modelli di diverse attrezzature e strumenti descritti nel video possono avere etichette, pulsanti e manopole diversi, ma i concetti generali sono ancora applicabili.
In un ambiente di laboratori...
Chapters in this video
0:06
Overview
1:18
Safety Principles
3:14
Basic Electrical Equipment
8:14
Applications
9:16
Summary
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