Меры электробезопасности и основное оборудование

Меры предосторожности

1. Электроэнергия и экспериментальная установка

1. Избегайте ослабления проводов, кабелей и соединений.
2. Предполагайте, что любой открытый металл находится под напряжением, если не подтверждено иное.
3. Ознакомьтесь со всеми кнопками включения/выключения на оборудовании, автоматических выключателях и разъединителях настольного станка.
4. Вносите изменения в экспериментальную установку только в том случае, если питание цепи отключено и все источники питания считывают нулевое напряжение и нулевой ток, в зависимости от обстоятельств.
5. Используйте провода подходящей длины для их подходящего применения. Длинные провода или соединения могут привести к беспорядку на скамейке, а очень короткие провода или соединения могут быть слишком тугими и могут быть легко отсоединены.
6. Отделяйте оборудование повышенной мощности и соединения от оборудования меньшей мощности, такого как микроконтроллеры, чтобы избежать помех и электрических соединений между чувствительными электронными устройствами и устройствами более высокой мощности.
7. Убедитесь, что все источники питания постоянного тока, источники переменного тока и другие источники питания начинаются с нулевого напряжения и нулевого тока на выходе или в соответствии с указаниями эксперимента. Запуск от ненулевого напряжения возможен в определенных приложениях, где источник напряжения должен иметь определенное начальное состояние.
8. Выключите все оборудование перед тем, как покинуть лабораторию после завершения эксперимента.
9. Не позволяйте одному пользователю проводить эксперимент в одиночку. Убедитесь, что по крайней мере два пользователя проводят эксперимент при работе с напряжением более 50 В постоянного тока и трехфазным переменным током.

2. Рабочая среда

1. Ознакомиться с выходами можно в лаборатории.
2. Избегайте загромождения рабочей среды.
3. Подготовьте ручку, калькулятор, лабораторную тетрадь и описание эксперимента.
4. Соответствующим образом охлаждайте и маркируйте теплое (из-за рассеивания тепла) оборудование.

3. Одежда и личные требования

1. Снимайте украшения, металлические часы или другие металлические аксессуары во время проведения любого эксперимента, так как они могут быть опасны в непосредственной близости от вращающихся механизмов и электрических соединений.
2. Не надевайте свободную одежду, шорты или короткие юбки, так как они подвергают кожу воздействию электрических соединений и вращающихся механизмов.
3. Не надевайте подвесные ожерелья, очки, галстуки и другие аксессуары, так как пользователи, как правило, приближаются к вращающимся механизмам и электрическим соединениям. Кроме того, избегайте подвешивания очков на шею, за которые можно легко ухватиться, вращая механизмы.
4. Завяжите длинные волосы на затылке.
5. Надевайте защитные очки на протяжении всего эксперимента. Носите другие средства индивидуальной защиты (СИЗ) в соответствии с местными правилами и нормами безопасности. Например, к обычным СИЗ относятся огнезащитные халаты, высоковольтные изолирующие перчатки (надеваемые при работе с проводами или кабелями под напряжением) и беруши (используемые при работе с громким оборудованием).

Базовое оборудование: демонстрация и обзор электронного и измерительного оборудования

4. Генератор функций

1. Включите генератор функций (рис. 1). Функциональные генераторы обеспечивают периодические сигналы переменного тока различной формы. Эти формы в основном бывают синусоидальными, треугольными, пилообразными и квадратными.
2. Настройте генератор функций для получения синусоидального выходного напряжения 10 В пикового напряжения с частотой 400 Гц и нулевым смещением постоянного тока.
3. Подсоедините разъем BNC к крокодиле с BNC, подключенным к выходному порту генератора функций.
4. При необходимости отрегулируйте частоту и пик или размах этих сигналов.
5. По треугольным и пилообразным сигналам отрегулируйте наклон и форму. Прямоугольные осциллограммы имеют регулируемый коэффициент заполнения, который определяется как доля периода, в течение которого квадратная форма сигнала является положительной или «высокой» по отношению к отрицательной, нулевой или «низкой» форме.
6. Обратите внимание, что некоторые генераторы функций обеспечивают непериодический шум и случайные сигналы, но они обычно не используются в силовой электронике и электрических машинах.

Рисунок 1: Крупный план экрана генератора функций и панели управления. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

5. Источник питания постоянного тока

1. Включите блок питания постоянного тока (рис. 2). Маломощные источники постоянного тока работают в двух основных режимах - либо от источников напряжения, либо от источников тока.
2. Следите за показаниями напряжения и тока.
3. Установите выходное напряжение источника постоянного тока на 10 В, отрегулировав ручку выходного напряжения. Наиболее распространены работы в качестве источника напряжения, где питание обеспечивает низкое напряжение постоянного тока; обычно в диапазоне от 0 до 36 В. При работе с источником тока эти источники питания имеют «ограничение по току», когда их максимальный ток устанавливается на желаемое значение, а их напряжение автоматически регулируется для обеспечения желаемого максимального тока. Таким образом, ограничения по току и напряжению обеспечивают эксплуатационную гибкость, а также запас прочности при работе с источником питания постоянного тока.
4. Нажмите кнопку "Current", чтобы отобразить ограничение по току, и отрегулируйте ручку тока для регулировки максимального ограничения тока. Установите текущий лимит запаса.
5. Обратите внимание, что большинство источников питания постоянного тока с одним выходом имеют три клеммы, обозначенные как «+», «-», и заземление. Во многих приложениях «-» и заземление связаны для обеспечения более стабильной и сниженной шумовой среды при подаче питания во внешнюю цепь. Однако в некоторых случаях требуется, чтобы знак «-» находился в воздухе от земли, чтобы изолировать электрическую цепь или прибор от испытуемого заземления.

Рисунок 2: Блок питания постоянного тока. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

6. Осциллограф

1. Включите осциллограф (рис. 3). Осциллографы, или осциллографы, отображают осциллограммы напряжения и тока на экране, который обеспечивает широкий спектр необходимых измерений.
2. Подключите обычный щуп (рис. 4) к каналу 1 и дифференциальный пробник к каналу 2. Пробники осциллографа подключаются к разъемам BNC на интерфейсе осциллографа, и каждый канал отображает одну форму сигнала. Каждый осциллограф поставляется с различными каналами. Наиболее распространенными являются двух- и четырехканальные осциллографы, но более новые осциллографы могут иметь восемь каналов.
3. Удалите смещение на канале 2.
   1. Пробники осциллографов чаще всего используются в электрических машинах и экспериментах с силовой электроникой. К основным типам пробников относятся обычный заземленный пробник, дифференциальный пробник напряжения (рис. 5) и пробник тока (рис. 6).
   2. Используйте обычные заземленные щупы при измерении напряжения в двух точках цепи или прибора, где одна из точек привязана к заземлению. Как правило, заземленная часть прицела представляет собой зажим типа «крокодил», а другой измерительный провод представляет собой крючок, который легко привязывается к цепям и электрическим компонентам.
      1. Никогда не используйте эти щупы с незаземленными соединениями, так как произойдет короткое замыкание на землю, что может привести к опасности для пользователя, искры и повреждению щупов. Обычно такие пробники рассчитаны на напряжение до нескольких сотен вольт.
   3. Используйте дифференциальные пробники напряжения для обеспечения изоляции между заземлением и обеими контрольными точками, в которых измеряется напряжение. Эти пробники необходимы, когда ни одна из точек не заземлена (например, при измерении двух или трех фаз в трехфазном источнике напряжения). Такие щупы стоят дороже и требуют ручной или автоматической регулировки смещения перед каждым использованием в качестве формы базовой калибровки. Они менее устойчивы к шумам из-за отсутствия заземления на измерительных щупах. Их номинальное напряжение в учебных лабораториях обычно достигает 1000 В.
4. Чтобы измерить ток в проводе, поместите провод в окно токоизмерительного щупа и убедитесь, что провод заблокирован в отверстии щупа. Отрегулируйте масштаб щупа (например, 100 мВ/А) на корпусе щупа и обратите внимание на шкалу. Измерения тока отображаются в виде измерений напряжения.
   1. Провод, по которому проходит переменный или постоянный ток, проходит через сердечник, создавая магнитное поле, которое индуцирует напряжение на обмотке провода, обернутой вокруг сердечника. Это позволяет измерить напряжение, пропорциональное току в проводе, и ток можно измерить с помощью этого пробника. Они, как правило, даже дороже, чем дифференциальные пробники напряжения, и могут работать в диапазоне до 100 А в учебных лабораториях. Многие педагоги и исследователи заменяют их чувствительными резисторами с очень низким, но точным сопротивлением. Чувствительные резисторы пропускают ток пропорционально напряжению через свои клеммы, и по закону Ома, измерение напряжения при знании точного сопротивления дает точное приближение тока.
5. Подсоедините штатные клеммы щупа к стороне типа «крокодил» выхода генератора функций.
6. Включите выход генератора функций.
7. Отрегулируйте масштаб оси времени с помощью ручки "sec/div" на осциллографе для увеличения и уменьшения отображаемой формы волны канала 1. У каждого осциллографа может быть свой подход к настройке отображения, но все распространенные осциллографы имеют два основных деления для настройки. На оси x (ось времени) деления напоминают определенный период времени и могут варьироваться от μs на деление до нескольких секунд на деление.
8. Отрегулируйте ось Y канала 1 с помощью ручки канала 1. С помощью ручки "volts/div" можно отрегулировать, в каких делениях по оси y отображаются показания напряжения. Каждая форма волны имеет уникальный ручок масштабирования по оси Y.
9. Нажмите кнопку функции «Измерить» на осциллографе, чтобы измерить частоту и размах отображаемого сигнала на канале 1. Это также может быть использовано для поиска измерений среднего, среднеквадратичного значения (RMS) и периода сигнала.
10. Нажмите "math" для использования математических функций; Например, сложение, вычитание или более сложные функции с использованием более чем одной формы сигнала, отображаемой на осциллографе. Например, полезно показать произведение мгновенного напряжения и тока, чтобы увидеть мгновенную мощность.
11. Запустите вручную, отрегулировав ручку "trigger", или автоматически, нажав "Set level на 50%." Выберите канал осциллографа, с которого запускаются все дисплеи осциллограммы. При использовании соответствующего уровня запуска устраняется дрожание отображаемых осциллограмм; Таким образом, все формы волны выглядят неподвижно и чисто.
12. Нажмите «курсор», чтобы измерить расстояние между двумя точками по оси времени или оси y.
13. Нажмите кнопки «CH1», «CH2» или другие кнопки канала и выберите соответствующий цифровой фильтр для устранения шума на дисплее осциллограммы. Угловые частоты фильтра нижних частот предустановлены и могут отличаться в разных областях видимости.
14. Регулируйте выходную мощность генератора функций до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые амплитуда и частота.
15. Выключите генератор функций и отсоедините щуп осциллографа.
16. Выключите осциллограф.

Рисунок 3: Блок осциллографа. Крупным планом виден экран и панель управления. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Обычный заземленный зонд. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Иллюстрация 5: Дифференциальный пробник напряжения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6: Вид сбоку на текущий зонд. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

7. Мультиметр

1. Включите мультиметр (рис. 7) и убедитесь, что его концевые муфты находятся в положении подключения для измерения напряжения. Мультиметры, как ручные, так и настольные, измеряют среднее значение постоянного напряжения или тока или среднеквадратичное значение переменного напряжения или тока. Тщательно проверьте соединения, чтобы измерить напряжение или ток перед включением цепи, так как эти соединения являются распространенным источником ошибок при проведении эксперимента.
2. Включите выход источника питания постоянного тока без банановых проводов, размещенных на его выходных портах.
3. Используйте мультиметр для измерения на двух выходных портах (+красный и - черный). Чтобы повысить разрешающую способность измерения, вручную отрегулируйте диапазон сигнала до 10 В или 1000 В.
   1. Мультиметр должен показывать 10 В.
   2. Обратите внимание, что мультиметры включают в себя и другие измерительные функции, такие как сопротивление между двумя точками и направление протекания тока (символ диода), что полезно при отладке диодов и транзисторов.
4. Используйте цифровые измерители мощности для измерения средней мощности. Цифровые измерители мощности похожи на мультиметры, но используют параллельные измерения напряжения и тока для измерения средней мощности. Усовершенствованные измерители могут измерять коэффициент мощности, реактивную мощность и полную мощность.
5. Подсоедините два провода напряжения поперек (параллельно) двум точкам, где должно измеряться напряжение.
6. Подключите два токопровода последовательно к проводу или компоненту.
7. Отображаемая мощность представляет собой среднее арифметическое мгновенного произведения напряжения и тока.

Рисунок 7: Мультиметр. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

8. Источник питания

1. Помимо источника постоянного тока малой мощности, используемого в этой процедуре, существуют и другие типы источников питания, включая трехфазную розетку (рис. 8), трехфазный переменный автотрансформатор (рис. 9) и источник постоянного тока более высокой мощности.
2. Трехфазная розетка обеспечивает трехфазное напряжение, обычно на уровне 208 В, 230 В или 408 В в большинстве электротехнических лабораторий. Эти напряжения равны по частоте и амплитуде и находятся на расстоянии 120^° друг от друга. Работа с трехфазными розетками требует специальной подготовки и мер предосторожности.
   1. В США 208 В, 230 В и 480 В являются распространенными трехфазными уровнями напряжения в учебной лаборатории, которая занимается силовой электроникой и электрическими машинами.
3. Трехфазный переменный автотрансформатор (VARIAC) представляет собой изолированный трансформатор, который обеспечивает переменный трехфазный источник переменного тока от трехфазной розетки.
4. Отрегулируйте ручку на VARIAC, где выходное напряжение VARIAC может варьироваться от 0% до 100% от подаваемого входного напряжения.
5. Источник постоянного тока более высокой мощности обеспечивает более высокое напряжение постоянного тока. Большинство малопотребляющих источников постоянного тока могут обеспечивать напряжение до 36 В и менее 10 А. Высокомощные источники постоянного тока могут обеспечивать напряжение в сотни вольт и ампер.
   1. В учебных лабораторных условиях мощный источник постоянного тока обеспечивает напряжение постоянного тока обычно до 400 В. Они широко распространены в силовой электронике, поскольку эмулируют большие аккумуляторные батареи в электрических и гибридных транспортных средствах, выпрямленное напряжение в доме и другие сценарии. Они также широко используются в электрических машинах постоянного тока и инверторных машинах переменного тока.

Рисунок 8: Трехфазный вывод. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 9: Вид сверху на трехфазный переменный трансформатор (VARIAC). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.