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.

Środki ostrożności dotyczące bezpieczeństwa elektrycznego i podstawowe wyposażenie

0 wyświetleń09:36 min

Środki ostrożności

1. Energia elektryczna i konfiguracja eksperymentalna

Unikaj luźnych przewodów, kabli i połączeń.
Załóżmy, że każdy odsłonięty metal jest pod napięciem elektrycznym, chyba że zweryfikowano inaczej.
Zapoznaj się ze wszystkimi przyciskami ON/OFF na sprzęcie, wyłącznikami automatycznymi i rozłącznikami ławki.
Wprowadzaj zmiany w konfiguracji eksperymentalnej tylko wtedy, gdy zasilanie obwodu jest wyłączone, a wszystkie źródła zasilania odczytują zero voltage i zerowy prąd, w zależności od przypadku.
Używaj przewodów o odpowiedniej długości do ich odpowiednich zastosowań. Długie przewody lub połączenia mogą powodować bałagan na stole, a bardzo krótkie przewody lub połączenia mogą być zbyt ciasne i można je łatwo rozłączyć.
Oddziel urządzenia i połączenia o większej mocy od urządzeń o mniejszej mocy, takich jak mikrokontrolery, aby uniknąć zarówno zakłóceń, jak i połączeń elektrycznych między wrażliwymi urządzeniami elektronicznymi a urządzeniami o większej mocy.
Upewnij się, że wszystkie zasilacze prądu stałego, źródła prądu przemiennego i inne źródła zasilania zaczynają się od zerowego napięcia i zerowego prądu wyjściowego lub zgodnie z zaleceniami w eksperymencie. Rozpoczęcie od napięcia niezerowego jest możliwe w niektórych zastosowaniach, w których źródło napięcia powinno mieć określony stan początkowy.
Wyłącz cały sprzęt przed wyjściem z laboratorium po zakończeniu eksperymentu.
Nie zezwalaj pojedynczemu użytkownikowi na samodzielne przeprowadzenie eksperymentu. Upewnij się, że co najmniej dwóch użytkowników przeprowadza eksperyment podczas pracy przy napięciu większym niż 50 V DC i trójfazowym prądzie przemiennym.

2. Środowisko pracy

Zapoznaj się z wyjściami w laboratorium.
Unikaj zagraconego środowiska pracy.
Przygotuj i przygotuj długopis, kalkulator, zeszyt laboratoryjny i opis eksperymentu.
Odpowiednio schłodzić i oznaczyć ciepły (ze względu na rozpraszanie ciepła) sprzęt.

3. Ubiór i wymagania osobiste

Podczas wykonywania eksperymentu należy zdejmować biżuterię, metalowe zegarki lub inne metalowe akcesoria, ponieważ mogą one być niebezpieczne w pobliżu maszyn obrotowych i połączeń elektrycznych.
Nie noś luźnej odzieży, szortów ani krótkich spódniczek, ponieważ narażają one skórę na połączenia elektryczne i maszyny obrotowe.
Nie noś wiszących naszyjników, okularów, krawatów i innych akcesoriów, ponieważ użytkownicy mają tendencję do zbliżania się do obracających się maszyn i połączeń elektrycznych. Unikaj również wieszania okularów na szyi, które mogą być łatwo chwycone przez obracające się maszyny.
Przywiąż długie włosy do tyłu głowy.
Przez cały czas trwania eksperymentu należy nosić okulary ochronne. Nosić inne środki ochrony osobistej (PPE) zgodnie z lokalnymi przepisami i regulacjami bezpieczeństwa. Na przykład typowe środki ochrony osobistej obejmują powłoki ognioodporne, rękawice izolacyjne wysokiego napięcia (noszone podczas pracy z przewodami lub kablami pod napięciem) oraz zatyczki do uszu (używane podczas obsługi głośnych maszyn).

Wyposażenie podstawowe: demonstracja i przegląd sprzętu elektronicznego i pomiarowego

4. Generator funkcji

Włączyć generator funkcyjny (rys. 1). Generatory funkcyjne dostarczają okresowe sygnały prądu przemiennego o różnych kształtach. Kształty te są głównie sinusoidalne, trójkątne, piłokształtne i kwadratowe.
Skonfiguruj generator funkcyjny tak, aby wytwarzał sinusoidalne wyjście szczytowe 10 V przy częstotliwości 400 Hz i zerowym przesunięciu prądu stałego.
Podłącz złącze BNC-aligator z BNC podłączonym do portu wyjściowego generatora funkcyjnego.
W razie potrzeby dostosuj częstotliwość i szczyt lub szczyt między szczytami tych sygnałów.
W przypadku sygnałów trójkątnych i piłokształtnych dostosuj nachylenie i kształt. Przebiegi prostokątne mają regulowany cykl pracy, który definiuje się jako proporcję okresu, w którym przebieg prostokątny jest dodatni lub "wysoki" w porównaniu z ujemnym, zerowym lub "niskim".
Należy pamiętać, że niektóre generatory funkcyjne zapewniają nieokresowe szumy i sygnały losowe, ale nie są one powszechnie stosowane w energoelektronice i maszynach elektrycznych.

Rysunek 1: Zbliżenie ekranu generatora funkcji i panelu sterowania. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

5. Zasilacz prądu stałego

Włącz zasilanie prądem stałym (rys. 2). Zasilacze prądu stałego małej mocy działają w dwóch głównych trybach - albo źródła napięcia, albo źródła prądu.
Obserwuj voltage odczyty i prąd.
Ustaw napięcie wyjściowe zasilacza prądu stałego na 10 V, regulując napięcie wyjściowe pokrętło. Praca jako źródło napięcia jest najbardziej powszechna, gdzie zasilacz zapewnia niskie napięcie DC; zwykle w zakresie od 0 do 36 V. W trybie zasilania źródłem prądu zasilacze te są "ograniczone prądem", gdzie ich maksymalny prąd jest ustawiony na żądaną wartość, a ich napięcie jest automatycznie dostosowywane, aby zapewnić żądany prąd maksymalny. Limity prądu i napięcia zapewniają w ten sposób elastyczność operacyjną, a także marginesy bezpieczeństwa podczas pracy z zasilaczem prądu stałego.
Naciśnij przycisk "Prąd", aby wyświetlić limit prądu i wyreguluj pokrętło prądu, aby dostosować maksymalny limit prądu. Ustaw limit prądu zasilania.
Należy pamiętać, że większość jednowyjściowych zasilaczy prądu stałego ma trzy zaciski oznaczone jako "+", "-" i masa. W wielu zastosowaniach "-" i uziemienie są powiązane, aby zapewnić bardziej stabilne i zmniejszone środowisko hałasu podczas zasilania obwodu zewnętrznego. Jednak niektóre przypadki wymagają, aby "-" unosiło się nad ziemią w celu odizolowania badanego obwodu elektrycznego lub aparatury od uziemienia zasilania.

Ilustracja 2: zasilacz prądu stałego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

6. Oscyloskop

Włącz oscyloskop (rys. 3). Oscyloskopy lub oscyloskopy wyświetlają przebiegi napięcia i prądu na ekranie, który zapewnia szeroki zakres niezbędnych pomiarów.
Podłącz zwykłą sondę (rys. 4) do kanału 1, a sondę różnicową do kanału 2. Sondy oscyloskopowe łączą się ze złączami BNC na interfejsie oscyloskopu, a każdy kanał wyświetla pojedynczy przebieg. Każdy oscyloskop jest wyposażony w różne kanały. Najczęściej spotykane są oscyloskopy dwu- i czterokanałowe, ale nowsze oscyloskopy mogą mieć osiem kanałów.
Usuń wszelkie przesunięcia na kanale 2.
1. Sondy oscyloskopowe są najczęściej używane przy maszynach elektrycznych i eksperymentach energoelektronicznych. Główne typy sond to konwencjonalna sonda z uziemieniem, sonda różnicowego napięcia (rys. 5) i sonda prądowa (rys. 6).
2. Używaj konwencjonalnych sond z uziemieniem do pomiaru napięcia w dwóch punktach w obwodzie lub aparacie, gdzie jeden z punktów jest podłączony do uziemienia. Zazwyczaj uziemioną częścią lunety jest zacisk krokodylkowy, a drugi przewód pomiarowy to haczyk, który łatwo łączy się z obwodami i elementami elektrycznymi.
  1. Nigdy nie używaj tych sond z nieuziemionymi połączeniami, ponieważ może dojść do zwarcia do uziemienia, powodując ryzyko dla użytkownika, iskry i uszkodzenie sond. Zwykle sondy te są oceniane na kilkaset woltów.
3. Użyj sond różnicowo-napięciowych, aby zapewnić izolację między uziemieniem a obydwoma punktami testowymi, w których mierzone jest napięcie. Sondy te są niezbędne, gdy żaden z punktów nie jest uziemiony (np. podczas pomiaru w dwóch lub trzech fazach w trójfazowym źródle napięcia). Takie sondy są droższe i wymagają ręcznej lub automatycznej regulacji przesunięcia przed każdym użyciem, jako forma podstawowej kalibracji. Są mniej odporne na zakłócenia ze względu na brak uziemienia przewodów pomiarowych sondy. Ich napięcie znamionowe w laboratoriach edukacyjnych zwykle osiąga 1000 V.
Aby zmierzyć prąd w przewodzie, umieść przewód w okienku sondy prądowej i upewnij się, że przewód jest zablokowany w otworze sondy. Wyreguluj skalę sondy (np. 100 mV/A) na obudowie sondy i zanotuj skalę. Pomiary prądu są wyświetlane jako pomiary napięcia.
1. Drut przewodzący prąd przemienny lub stały przechodzi przez rdzeń, generując pole magnetyczne, które indukuje napięcie na uzwojeniu drutu owiniętym wokół rdzenia. Daje to pomiar napięcia proporcjonalny do prądu w przewodzie, a prąd można zmierzyć za pomocą tej sondy. Są one zazwyczaj nawet droższe niż sondy różnicowego napięcia i mogą osiągać do 100 A w laboratoriach edukacyjnych. Wielu nauczycieli i badaczy zastępuje je rezystorami czujnikowymi, które mają bardzo niską, ale dokładną rezystancję. Rezystory czujnikowe przepuszczają prąd proporcjonalny do napięcia na swoich zaciskach, a zgodnie z prawem Ohma pomiar napięcia przy jednoczesnej znajomości dokładnej rezystancji daje dokładne przybliżenie prądu.
Podłącz zwykłe zaciski sondy do strony aligatora wyjścia generatora funkcyjnego.
Włącz wyjście generatora funkcji.
Dostosuj skalę osi czasu za pomocą pokrętła "sec/div" na lunecie, aby powiększać i pomniejszać wyświetlany przebieg kanału 1. Każdy zakres może mieć inne podejście do dostosowywania wyświetlania, ale wszystkie popularne lunety mają dwa główne podziały do ustawienia. Na osi x (oś czasu) podziałki przypominają pewien okres czasu i mogą wahać się od μs na działkę do kilku sekund na działkę.
Wyreguluj oś y kanału 1 za pomocą pokrętła kanału 1. Użyj pokrętła "volts/div", aby wyregulować, które podziały na osi y pokazują odczyty woltów. Każdy przebieg ma unikalne pokrętło skalowania osi y.
Naciśnij przycisk funkcji "pomiar" na lunecie, aby zmierzyć częstotliwość i szczyt do szczytu wyświetlanego kształtu fali na kanale 1. Można to również wykorzystać do znalezienia pomiarów średniej, średniej kwadratowej (RMS) i okresu sygnału.
Naciśnij "matematyka", aby użyć funkcji matematycznych; takie jak dodawanie, odejmowanie lub bardziej zaawansowane funkcje wykorzystujące więcej niż jeden przebieg wyświetlany na oscylonie. Na przykład przydatne jest pokazanie iloczynu chwilowego napięcia i prądu, aby zobaczyć chwilową moc.
Spust ręczny, regulując pokrętło "spust" lub automatycznie, naciskając "Ustaw poziom na 50%". Wybierz kanał oscyloskopu, z którego wyzwalane są wszystkie wyświetlane przebiegi. Dzięki zastosowaniu odpowiedniego poziomu wyzwalania eliminowany jest jitter w wyświetlanych przebiegach; Dzięki temu wszystkie przebiegi wyglądają na nieruchome i czyste.
Naciśnij "kursor", aby zmierzyć odległość między dwoma punktami na osi czasu lub osi y.
Naciśnij przyciski "CH1", "CH2" lub inne kanały i wybierz odpowiedni filtr cyfrowy, aby wyeliminować szumy z wyświetlacza przebiegu. Częstotliwości narożne filtra dolnoprzepustowego są wstępnie ustawione i mogą się różnić w różnych zakresach.
Dostosuj wyjście generatora funkcyjnego, aż do osiągnięcia żądanej amplitudy i częstotliwości.
Wyłącz generator funkcyjny i odłącz sondę oscyloskopu.
Wyłącz oscyloskop.

Rysunek 3: Zespół oscyloskopu. Zbliżenie pokazuje ekran i panel sterowania. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: konwencjonalna sonda z uziemieniem. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Ilustracja 5: sonda napięcia różnicowego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Widok z boku obecnej sondy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

7. Multimetr

Włącz multimetr (rys. 7) i upewnij się, że jego zakończenia znajdują się w pozycji połączenia pomiaru napięcia. Multimetry, zarówno ręczne, jak i stacjonarne, mierzą średnią wartość napięcia lub prądu stałego lub wartość skuteczną napięcia lub prądu przemiennego. Ostrożnie popraw połączenia, aby zmierzyć napięcie lub prąd przed włączeniem obwodu, ponieważ te połączenia są częstym źródłem błędów podczas wykonywania eksperymentu.
Włącz wyjście zasilania prądem stałym bez przewodów bananowych umieszczonych w portach wyjściowych.
Użyj multimetru, aby dokonać pomiaru na dwóch portach wyjściowych (+ czerwony i - czarny). Aby zwiększyć rozdzielczość pomiaru, ręcznie dostosuj zakres sygnału do 10 V lub 1000 V.
1. Multimetr powinien wskazywać 10 V.
2. Należy pamiętać, że multimetry zawierają inne funkcje pomiarowe, takie jak rezystancja między dwoma punktami i kierunek przepływu prądu (symbol diody), co jest przydatne w debugowaniu diod i tranzystorów.
Użyj cyfrowych mierników mocy, aby zmierzyć średnią moc. Cyfrowe mierniki mocy są podobne do multimetrów, ale wykorzystują współbieżne pomiary napięcia i prądu do pomiaru średniej mocy. Zaawansowane mierniki mogą mierzyć współczynnik mocy, moc bierną i moc pozorną.
Podłącz dwa przewody napięcia w poprzek (równolegle z) dwoma punktami, w których należy zmierzyć napięcie.
Połącz szeregowo dwa przewody prądowe z przewodem lub komponentem.
Wyświetlana moc jest średnią chwilowego iloczynu napięcia i prądu.

Rysunek 7: Multimetr. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

8. Zasilanie

Oprócz zasilacza prądu stałego małej mocy stosowanego w tej procedurze, istnieją inne rodzaje zasilaczy, w tym gniazdko trójfazowe (rys. 8), trójfazowy autotransformator zmienny (rys. 9) i zasilacz prądu stałego o większej mocy.
Gniazdko trójfazowe zapewnia napięcie trójfazowe, zwykle 208 V, 230 V lub 408 V w większości laboratoriów elektrotechnicznych. Napięcia te są równe pod względem częstotliwości i amplitudy, a ich odległość wynosi 120^° faz od siebie. Obsługa gniazd trójfazowych wymaga specjalnego przeszkolenia i środków ostrożności.
1. W Stanach Zjednoczonych 208 V, 230 V i 480 V są powszechnymi trójfazowymi poziomami napięcia w środowisku laboratoriów edukacyjnych, które zajmują się energoelektroniką i maszynami elektrycznymi.
Trójfazowy autotransformator zmienny (VARIAC) jest izolowanym transformatorem, który zapewnia zmienne trójfazowe źródło prądu przemiennego z gniazdka trójfazowego.
Wyreguluj pokrętło na VARIAC, gdzie wyjście VARIAC może zmieniać się w zakresie od 0% do 100% podanego napięcia wejściowego.
Zasilacz prądu stałego o większej mocy zapewnia wyższe napięcie prądu stałego. Większość zasilaczy prądu stałego o małej mocy może dostarczać do 36 V i mniej niż 10 A. Zasilacze prądu stałego o dużej mocy mogą dostarczać setki woltów i amperów.
1. W środowisku laboratorium edukacyjnego zasilacz prądu stałego o dużej mocy zapewnia napięcie prądu stałego, zwykle do 400 V. Są one powszechne w zastosowaniach energoelektronicznych, ponieważ emulują duże akumulatory w pojazdach elektrycznych i hybrydowych, prostowane napięcie domowe i inne scenariusze. Są one również powszechne w zastosowaniach w maszynach elektrycznych prądu stałego i maszynach prądu przemiennego opartych na falownikach.

Rysunek 8: Gniazdko trójfazowe. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.