Precauciones de seguridad eléctrica y equipamiento

Electrical Engineering

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Overview

Fuente: Ali Bazzi, Departamento de ingeniería eléctrica, Universidad de Connecticut, Storrs, CT.

Máquinas eléctricas y potencia electrónica experimentos implican corrientes eléctricas, voltajes, corriente y cantidades de energía que deben ser manipuladas con cuidado y diligencia extrema. Estos pueden incluir la tensión de tres fases (208 V, 230 V o 480 V), hasta 250 voltajes de VCC y corrientes que pueden llegar a 10 a. electrocución ocurre cuando se establece una ruta eléctrica a través del cuerpo con corrientes muy bajas que pueden dañar órganos vitales , como una persona de corazón y puede causar muerte inmediata. Todos los experimentos deben realizarse en presencia de personal capacitado para manejar electricidad voltaje y los niveles actuales. En caso de emergencia, evacuar el laboratorio a través de cualquiera de las salidas y marcar el 911.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Ingeniería eléctrica. Precauciones de seguridad eléctrica y equipamiento. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

La sección de "Precauciones" procedimiento cubre las principales pautas y precauciones dirigidas a lograr un laboratorio seguro y el entorno operativo para personas que realizan experimentos. Estas pautas no son incluidas todas las precauciones necesarias, y deben seguirse las normas y reglas de seguridad eléctrica locales.

Experimentos con máquinas eléctricas y electrónica de potencia suelen utiliza equipos comunes para alimentación y para medir magnitudes eléctricas. Sin embargo, circuitos y aparatos de prueba varían para los diferentes experimentos. La sección de "Equipamiento básico" procedimiento proporciona una visión general de equipo pesado utilizado para máquinas más eléctricas y experimentos de electrónica de potencia. Aparatos, circuitos y material específico se introducen en cada experimento, según sea necesario.

Procedure

Precauciones de seguridad

1. electricidad y montaje Experimental

  1. Evitar las conexiones, cables y alambres sueltos.
  2. Asumir cualquier metal expuesto es vivo con electricidad a menos que lo contrario verificado.
  3. Familiarizarse con todos los botones en el equipo, interruptores, ON/OFF y desconecte los interruptores de un banco.
  4. Sólo realizar cambios en la configuración experimental cuando el circuito se apaga y todas las fuentes de energía leer cero voltaje y cero corriente, según corresponda.
  5. Use cables de longitud adecuada para sus aplicaciones apropiadas. Conexiones o cables pueden causar desorden en un banco, y cables muy cortos o conexiones pueden ser demasiado apretadas y pueden ser fácilmente desconectadas.
  6. Separar más alto equipo de energía y conexiones de equipos menores tales como microcontroladores, para evitar interferencias e interconexiones eléctricas entre dispositivos electrónicos sensibles y dispositivos de alimentación superiores.
  7. Asegúrese de Asegúrese de que todas las fuentes de poder DC, fuentes de CA y otras fuentes de poder empiezan de cero voltaje y cero corriente de salida o según lo dirigido en un experimento. A partir de un voltaje distinto de cero es posible en ciertas aplicaciones donde una fuente de tensión debe tener una condición inicial.
  8. Apague todos los equipos antes de salir del laboratorio una vez que concluye un experimento.
  9. No permita que un solo usuario para llevar a cabo un experimento sólo. Asegúrese de que al menos dos usuarios realizan un experimento cuando operan más de 50 V de CC y CA trifásica.

2. ambiente de trabajo

  1. Familiarizarse con las salidas en el laboratorio.
  2. Evitar un ambiente de trabajo desordenadas.
  3. Tener un bolígrafo, calculadora, cuaderno de laboratorio y experimento Descripción preparado y listo.
  4. Enfriar adecuadamente y etiqueta equipo caliente (debido a la disipación de calor).

3. prendas de vestir y Personal requisitos

  1. Quitar las joyas, relojes de metal u otros accesorios metálicos al realizar cualquier experimento, ya que puede ser peligrosos en las cercanías de maquinaria de rotación y las conexiones eléctricas.
  2. No use ropa suelta, pantalones cortos o faldas cortas, pues exponen la piel a las conexiones eléctricas y maquinaria de rotación.
  3. No use collares colgantes, gafas, corbatas y otros accesorios, pues los usuarios tienden a acercarse a la maquinaria y las conexiones eléctricas de rotación. También, evite colgar cristales alrededor del cuello, que puede ser fácilmente agarrado por la maquinaria de rotación.
  4. Amarre el cabello largo en la parte posterior de la cabeza.
  5. Use gafas de seguridad en todo momento durante el experimento. Usar otros equipos de protección personal (EPP) según los requisitos de las normas de seguridad locales y regulaciones. Por ejemplo, EPI común incluye abrigos de ignífugo, guantes aislantes de alta tensión (usados al manipular los cables o los cables) y tapones para los oídos (usados cuando se opera maquinaria ruidosa).

Equipo básico: Demostración y Resumen de electrónica y equipos de medición

4. generador de funciones

  1. Encienda el generador de funciones (Fig. 1). Generadores de funciones proporcionan señales periódicas de AC de diferentes formas. Estas formas son principalmente sinusoidal, triangular, dientes de sierra y cuadrado.
  2. Configurar el generador de funciones para producir una salida sinusoidal de 10 pico de V a una frecuencia de 400 Hz y cero offset de DC.
  3. Conecte un conector BNC-cocodrilo con el BNC atado al puerto de salida del generador de función.
  4. Ajustar la frecuencia y pico o pico a pico, de estas señales, si lo desea.
  5. En la triangular y las señales diente de sierra, ajuste la inclinación y la forma. Formas de onda cuadradas tienen deber ajustable del ciclo, que es definida como la proporción del período durante el cual una onda cuadrada es positivo o "alta" versus negativo, cero o "bajo".
  6. Tenga en cuenta que ciertos generadores de funciones proporcionan señales aleatorias y ruido no periódica, pero éstos no se utilizan comúnmente en aplicaciones de máquinas eléctricas y electrónica de potencia.

Figure 1
Figura 1: primer plano de función generador pantalla y panel de control. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

5. fuente de alimentación

  1. Encienda la fuente de alimentación (Fig. 2). Fuentes de DC de baja potencia funcionan en dos modos principales: fuentes de tensión o fuentes de corriente.
  2. Observar la tensión y las lecturas de corriente.
  3. Ajustar la tensión de salida DC alimentación 10 V ajustando la perilla de tensión de salida. Funcionando como una fuente de tensión es la más común, donde la fuente proporciona bajo voltaje de CC; generalmente comprendidos entre 0 y 36 V. En una operación de la fuente actual, estas fuentes son "actual limitada" donde su corriente máxima se establece en el valor deseado, y su voltaje se ajusta automáticamente para proporcionar la corriente máxima deseada. Límites de corriente y voltaje ofrecen flexibilidad operativa, así como márgenes de seguridad cuando opere un DC fuente de alimentación.
  4. Presione el botón "Actual" para mostrar el límite de corriente y gire el mando actual para ajustar el límite de corriente máxima. Establecer el límite de corriente de la fuente.
  5. Tenga en cuenta que más de una sola salida DC fuentes de alimentación tienen tres terminales rotulados como "+", "-," y de tierra. En muchas aplicaciones, "-" y suelo están ligados para ofrecer un entorno más estable y la reducción de ruido cuando se proporciona energía a un circuito externo. Sin embargo, algunos casos requieren que "-" es flotante de tierra para aislar el circuito eléctrico o aparato bajo prueba de la tierra de la fuente.

Figure 2
Figura 2: fuente de alimentación DC unidad. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

6. el osciloscopio

  1. Encienda el osciloscopio (Fig. 3). Osciloscopios, o ámbitos, Mostrar la tensión y corriente en una pantalla, que ofrece una amplia gama de medidas esenciales.
  2. Conecte una sonda normal (Fig. 4) en el canal 1 y una sonda diferencial en el canal 2. Sondas de osciloscopio conectan a los conectores BNC en la interfaz de alcance, y cada canal muestra una sola forma de onda. Cada ámbito viene con una variedad de canales. Los más comunes son osciloscopios de dos y cuatro canales, pero más nuevos ámbitos pueden tener ocho canales.
  3. Retire cualquier desplazamiento en el canal 2.
    1. Sondas de osciloscopio se utilizan más a menudo con máquinas eléctricas y los experimentos de electrónica de potencia. Los principales tipos de sondas incluyen la sonda convencional de puesta a tierra, la sonda de voltaje diferencial (Fig. 5) y la sonda de corriente (Fig. 6).
    2. Uso convencional a tierra las puntas de prueba al medir el voltaje entre dos puntos de un circuito o aparato, donde uno de los puntos está ligada a la tierra. Por lo general, la parte puesta a tierra del alcance es una pinza de cocodrilo, y el otro cable de prueba es un gancho que ata fácilmente a los circuitos y componentes eléctricos.
      1. Nunca use estas puntas de prueba con las conexiones sin conexión a tierra, como un corto circuito a tierra ocurrirá, causando peligro para el usuario, chispas y daños en las puntas de prueba. Generalmente, estas sondas están clasificadas varios cientos voltios.
    3. Utilizar sondas de tensión diferencial para proporcionar aislamiento entre la tierra y ambos puntos, a través de que se está midiendo el voltaje de prueba. Estas sondas son esenciales cuando ninguno de los puntos están puestos a tierra (p. ej. Cuándo medir a través de dos de las tres fases en una fuente de tensión trifásica). Estas sondas son más caras y requieren ajuste compensación manual o automática antes de cada uso, como una forma de calibración básica. Son menos robustos al ruido debido a la falta de puesta a tierra en las puntas de prueba sonda. Sus rangos de voltaje en laboratorios educativos normalmente llegan a 1000 V.
  4. Para medir corriente en un alambre, colocar el alambre en la ventana de la sonda de corriente y asegúrese de que el alambre quede en el agujero de la sonda. Ajustar la escala de la sonda (por ejemplo, 100 mV / A) en el recinto de la sonda y la nota de la escala. Las mediciones de corriente se muestran como las mediciones de voltaje.
    1. Un cable con corriente AC o DC pasa a través del núcleo, generando un campo magnético, que induce la tensión en la bobina de alambre envuelta alrededor de la base. Esto da una medida de voltaje proporcional a la corriente en el cable y corriente puede medirse con este sondeo. Éstos son típicamente más caros que los sondas de voltaje diferencial y pueden variar hasta 100 A en laboratorios educativos. Muchos educadores e investigadores reemplazarlos con detección de resistencias que tienen una resistencia muy baja pero precisa. Resistencias de detección pasan corriente proporcional a la tensión en sus terminales, y por ley de Ohm, medir el voltaje sabiendo la resistencia exacta da una precisa aproximación de la corriente.
  5. Conecte los terminales de la sonda habitual hacia el cocodrilo de la salida del generador de función.
  6. Gire en la salida del generador de función.
  7. Ajustar la escala del eje de tiempo usando la perilla de "sec/div" sobre el alcance de zoom dentro y fuera de la pantalla de forma de onda de 1 canal. Cada ámbito puede tener un enfoque diferente para ajustar la pantalla, pero todos los ámbitos comunes tienen dos grandes divisiones para establecer. En el eje x (eje de tiempo), las divisiones se asemejan a un cierto período de tiempo y pueden variar de μs por división a varios segundos por división.
  8. Ajustar el eje del canal 1 y usando la perilla del canal 1. Use el botón "volts/div" para ajustar que las divisiones en el eje y mostrar lecturas de voltios. Cada forma de onda tiene una perilla de escala de eje único.
  9. Presione el botón de función de "medida" sobre el alcance para medir la frecuencia y el pico a pico de la curva mostrada en el canal 1. Esto puede usarse también para encontrar las medidas de la media, media cuadrática (RMS) y periodo de una señal.
  10. Prensa "matemáticas" para usar las funciones matemáticas; como adición, sustracción, o funciones más avanzadas, con más de una forma de onda aparecen en el ámbito de aplicación. Por ejemplo, es útil para mostrar el producto de la tensión instantánea y la corriente para ver la potencia instantánea.
  11. Activar manualmente ajustando la perilla "trigger" o automáticamente pulsando "Establecer el nivel de 50%". Seleccione el canal alcance de que toda forma de onda muestra se activa. Utilizando el nivel de activación adecuado, se elimina la variación en las formas de onda mostradas; formas de onda para que todos mirar fija y limpia.
  12. Pulsa el "cursor" para medir la distancia entre dos puntos en el eje y o eje de tiempo.
  13. Presione el "CH1", "CH2", o mostrar otros botones de canal y seleccione el correspondiente filtro digital para eliminar los ruidos de la forma de onda. Filtro de paso bajo esquina frecuencias vienen prefijado y puede diferir en diferentes ámbitos.
  14. Ajustar el generador de funciones hasta que se logran la amplitud deseada y la frecuencia de salida.
  15. El generador de funciones y desconecte la sonda alcance.
  16. Apague el osciloscopio.

Figure 3
Figura 3: unidad de osciloscopio. Cierre muestra pantalla y panel de control. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: una sonda de puesta a tierra convencional. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: sonda de voltaje diferencial. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: vista lateral de la sonda de corriente.  Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

7. multímetro

  1. Encienda el multímetro (Fig. 7) y asegúrese de que sus terminaciones son en la posición de conexión de medición de tensión. Multímetros, ya sea portátil o sobremesa, medir el valor medio de corriente o un voltaje de DC, o el valor RMS de un voltaje o corriente. Revisar cuidadosamente las conexiones para medir el voltaje o la corriente antes de encender un circuito, ya que estas conexiones son una fuente común de error al realizar un experimento.
  2. Activa la salida de suministro de energía DC con ningunos alambres de plátano en sus puertos de salida.
  3. Utilice el multímetro para medir a través de la salida de dos puertos (+ rojo y negro). Para mejorar la resolución de la medición, ajustar manualmente el rango de la señal hasta 10 V ó 1000 V.
    1. El multímetro debe leer 10 V.
    2. Cuenta que los multímetros incluyen otras funciones de medición, como la resistencia entre dos puntos y la dirección del flujo de corriente (símbolo del diodo), que es útil en la depuración de diodos y transistores.
  4. Utilizar medidores de potencia digital para medir la potencia promedio. Medidores de potencia digital son similares a los multímetros pero uso concurrente tensión y medidas de corriente para medir la potencia promedio. Metros avanzados pueden medir factor de potencia, potencia reactiva y potencia aparente.
  5. Conectar dos cables de tensión a través de (en paralelo con) los dos puntos donde debe medirse la tensión.
  6. Conecte dos cables de corriente en serie con el cable o componente.
  7. La potencia mostrada es la media del producto instantáneo de tensión y corriente.

Figure 7
Figura 7: multímetro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

8. fuente de alimentación

  1. Aparte de la fuente de DC de baja potencia utilizada en este procedimiento, existen otros tipos de fuentes de alimentación como una toma de corriente de tres fases (Fig. 8), un autotransformador variable de tres fases (Fig. 9) y una mayor fuente de energía.
  2. El tomacorriente trifásico proporciona voltajes trifásicos, típicamente a 208 V, 230 V o 408 V en más laboratorios de ingeniería eléctrica. Estas tensiones son iguales en amplitud y frecuencia y son 120° fuera de fase entre sí. Enchufes trifasicos la manipulación requiere entrenamiento especial y precauciones de seguridad.
    1. En los Estados Unidos, 208 V, 230 V y 480 V son comunes niveles de voltaje trifásico en un entorno de laboratorio educativo que trata de electrónica de potencia y máquinas eléctricas.
  3. La tres fases auto-transformador variable (VARIAC) es un transformador de aislamiento que proporciona una fuente variable de AC trifásico de la toma de corriente trifásica.
  4. Ajuste la perilla en el VARIAC en la salida del VARIAC puede variar entre 0% y 100% de la tensión de entrada proporcionada.
  5. Una mayor fuente de poder proporciona mayor voltaje DC. Más fuentes de DC de baja potencia pueden proporcionar hasta 36 V y menos de 10 fuentes de A. C.C. de alta potencia pueden proporcionar cientos de voltios y amperios.
    1. En un entorno de laboratorio educativo, una fuente de alta potencia proporciona tensión típicamente hasta 400 V. Son comunes en aplicaciones de electrónica de potencia ya que emulan grandes baterías de vehículos eléctricos y híbridos, rectificado voltaje doméstico y otros escenarios. También son comunes en aplicaciones de la máquina eléctrica DC y máquinas basadas en inversor de AC.

Figure 8
Figura 8: tomacorriente trifásico. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 9
Figura 9: vista de un transformador variable (VARIAC) de tres fases superior. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

La electricidad que alimenta las máquinas, herramientas y otros aparatos experimentales debe ser manejada con cuidado y atención. Contacto corporal con alto voltaje y la corriente puede causar espasmos musculares, quemaduras, paro cardiaco e incluso la muerte. Incluso pequeñas cantidades de corriente pasado a través del cuerpo pueden causar electrocución. 10 miliamperios pueden inducir contracciones musculares, pérdida de control muscular y la incapacidad de dejar ir. 10 microamperios a través del corazón pueden causar fibrilación ventricular. Experimentos de laboratorio generalmente utilizan equipo que cumple con normas internacionales de seguridad. La etiqueta de Underwriters Laboratory UL, por ejemplo, certifica equipos con estas normas, que previene ciertos tipos de exposición peligrosa. Sin embargo, entradas eléctricas y salidas o el equipo modificado para requisitos particulares todavía constituyen un peligro. Este video presentará las precauciones de seguridad eléctrica y equipos eléctricos comunes utilizados en muchos tipos de experimentos de laboratorio.

Cuando use aparatos eléctricos, use pantalones largos, zapatos cerrados y equipos de protección personal. Evite la ropa suelta y retire cualquier accesorio colgando o metal que puede accidentalmente en contacto con electricidad. En los Estados Unidos, monofásico corriente alterna de un enchufe de pared es de 120 voltios. Tomas de alimentación de AC de tres fases pueden proporcionar hasta 480 voltios y 10 amperios. Por lo que las fuentes de energía deben manejarse con respeto. Un entorno de laboratorio limpio es importante para mitigar riesgos. Evitar las conexiones, cables y alambres sueltos o desgastados. Sabe cómo apagar todos los equipos, fuentes de alimentación y disyuntores. Asegúrese de que al menos dos personas trabajan en un experimento que tiene accesible corriente continua mayor a 50 voltios. Tome las mismas precauciones con la corriente de red alterna monofásica o trifásica. Asumir cualquier metal expuesto lleva electricidad directo a menos que la verificada. Antes de cambiar una configuración, apague o desconecte las fuentes de energía utilizadas en el experimento. Puesta a tierra de equipo asegura que el chasis es en el potencial de la tierra, que evita la descarga eléctrica. Siempre conecte equipos a tomas de CA con el cable de alimentación destinado. El equipo que está más caliente de lo esperado es un riesgo y un síntoma de un problema que debe abordarse. Finalmente, apague todo el equipo al terminar un experimento y apague el equipo sin usar antes de abandonar el laboratorio. Ahora que se han presentado medidas básicas de seguridad, se demostrará el funcionamiento de algunos aparatos eléctricos comunes en el laboratorio.

Un generador produce las señales de otros equipos que necesitan una excitación o una tensión de accionamiento. Los más comunes periódicas salidas son sinusoidal, triangular, diente de sierra y ondas cuadradas, que se pueden ajustar en amplitud, frecuencia, y DC offset. La salida del generador de funciones está conectada al circuito o equipo mediante cables. Normalmente se utiliza un conector BNC en un extremo y pinzas de cocodrilo en el otro extremo para una fácil conexión a un circuito. Una fuente de alimentación proporciona una tensión o una corriente para operar otros equipos eléctricos. El ajustable de la salida de un laboratorio típico de bajo voltaje de la fuente oscila entre 0 y 36 voltios. Más de una sola salida DC fuentes de alimentación tienen tres terminales: más, menos y de tierra. El terminal positivo está conectado a la entrada de voltaje más alto del equipo rio abajo. El terminal negativo está conectado a la tensión baja de entrada. La salida es el voltaje o actual entre el más y menos terminales, que están aislados eléctricamente de la tierra. El terminal de tierra es una referencia de tierra fija que es de cero voltios. Otras fuentes comunes de energía incluyen alimentación monofásica de un tomacorriente de pared estándar o alimentación de CA de tres fases. Alimentación monofásica tiene una línea y un neutro para llevar y entrega y 120 voltios. Alimentación trifásica proporciona voltajes más altos a través de tres líneas de caliente, con voltaje de CA en cada línea igual en frecuencia y magnitud y 120 grados fuera de fase uno del otro. El resultado puede suministrar 208, 230 y 480 voltios, con potencia correspondientemente mayor. Manejo de alimentación trifásica requiere entrenamiento especial y precauciones de seguridad. A continuación, un autotransformador variable, también conocido como un Variac, se utiliza para cada paso hacia arriba o hacia abajo del voltaje de CA. Esto es útil en aplicaciones que requieren tensiones no estándar o donde el voltaje debe ser variado. Una perilla varía la tensión de salida entre cero y 100% de su valor máximo. Tenga en cuenta que el Variac no proporcionar aislamiento eléctrico, así que evite tocar la salida en cualquier posición. Un osciloscopio muestra los voltajes de señales variables en el tiempo y se utiliza para estudiar el comportamiento de los circuitos. Los osciloscopios pueden tener múltiples canales, cada uno mostrando una sola forma de onda. Los dos tipos principales de sondas con este instrumento son la sonda convencional de puesta a tierra y la sonda diferencial. Aquí una regular sonda a tierra está conectada al canal uno. La sonda a tierra generalmente está preparada para soportar varios cientos voltios y mide la tensión entre la punta de la sonda y su toma de tierra. El cable de tierra está ligado a la tierra en el chasis del osciloscopio. Es importante conectar el cable de tierra solo a un punto en el circuito que también esté conectado a tierra. Tocar un cable de tierra a cualquier otro punto provocará un cortocircuito a tierra. Ahora Conecte el canal uno del osciloscopio a la salida del generador de funciones, luego encenderlo. Ajustar la escala de tiempo del osciloscopio con los segundos al mando de la división y ajustar la escala de voltaje con los voltios por mando de la división. El nivel de activación es el voltaje que cruza una señal para hacer la sincronización del osciloscopio. Disparo correcto minimiza el ruido en la pantalla. Ajuste el botón del disparador para ajustar manualmente el nivel de activación, o pulse nivel ajustado al 50% para configurar automáticamente. Finalmente, el multímetro es un instrumento versátil de mano o sobremesa, para medir voltaje, corriente, resistencia y otras magnitudes eléctricas. Para medir voltaje, inserte la sonda roja en el contacto con la etiqueta V ohmios y la sonda negra en el contacto con la etiqueta COM común. Encienda la fuente de alimentación y ponerlo a 20 voltios de salida. Medir a través de los terminales de dos salida tocando la punta de prueba roja al borne positivo y la punta de prueba negra al terminal menos. El multímetro Lee 20 voltios.

Muchos experimentos requieren la medición de magnitudes eléctricas y utilizan los instrumentos básicos para proporcionar estos datos. El estudio de puentes líquidos dieléctricos polares requiere un campo eléctrico de alta intensidad entre dos vasos de líquido. Los vasos están inicialmente en contacto y luego lentamente se tiraron aparte para formar el puente. En esta aplicación, una fuente de corriente continua de alto voltaje genera 1.500 voltios, que requiere gran cuidado para una manipulación segura. Desarrollar maneras de controlar la migración de células madre neurales para tratamientos terapéuticos, investigadores estudiaron su movimiento bajo la influencia de un campo eléctrico. Una cámara experimental utiliza una fuente de alimentación para generar el campo eléctrico controlado obligatorio. Un amperímetro mide la corriente y un multimetro mide el voltaje a través de la cámara de prueba, que se utilizó para calcular la intensidad de campo eléctrico.

Sólo ha visto introducción de Zeus a seguridad eléctrica y equipos electrónicos básicos. Ahora deben entender cómo trabajar con seguridad con la electricidad y cómo utilizar algunos equipos de prueba eléctrica básica. ¡Gracias por ver!

Applications and Summary

La seguridad es la práctica más importante en un laboratorio de ingeniería eléctrica. Medidas eléctricas y equipo de energía son comunes en muchas industrias pesadas (procesamiento de metales, pulpa y papel, etc.), automoción, Marina, aeronáutica, militar y otros. Varias marcas y modelos de diferentes equipos y herramientas descritos en el video pueden tener diferentes etiquetas, botones y perillas, pero todavía se aplican los conceptos generales.

En un entorno de laboratorio educativo, los detalles de seguridad y equipo descritos son utilizados en experimentos relacionados con AC/DC, DC/AC y DC/DC AC/AC conversión de potencia, transformadores, motores eléctricos, generadores y motor eléctrico básico unidades de disco.

Precauciones de seguridad

1. electricidad y montaje Experimental

  1. Evitar las conexiones, cables y alambres sueltos.
  2. Asumir cualquier metal expuesto es vivo con electricidad a menos que lo contrario verificado.
  3. Familiarizarse con todos los botones en el equipo, interruptores, ON/OFF y desconecte los interruptores de un banco.
  4. Sólo realizar cambios en la configuración experimental cuando el circuito se apaga y todas las fuentes de energía leer cero voltaje y cero corriente, según corresponda.
  5. Use cables de longitud adecuada para sus aplicaciones apropiadas. Conexiones o cables pueden causar desorden en un banco, y cables muy cortos o conexiones pueden ser demasiado apretadas y pueden ser fácilmente desconectadas.
  6. Separar más alto equipo de energía y conexiones de equipos menores tales como microcontroladores, para evitar interferencias e interconexiones eléctricas entre dispositivos electrónicos sensibles y dispositivos de alimentación superiores.
  7. Asegúrese de Asegúrese de que todas las fuentes de poder DC, fuentes de CA y otras fuentes de poder empiezan de cero voltaje y cero corriente de salida o según lo dirigido en un experimento. A partir de un voltaje distinto de cero es posible en ciertas aplicaciones donde una fuente de tensión debe tener una condición inicial.
  8. Apague todos los equipos antes de salir del laboratorio una vez que concluye un experimento.
  9. No permita que un solo usuario para llevar a cabo un experimento sólo. Asegúrese de que al menos dos usuarios realizan un experimento cuando operan más de 50 V de CC y CA trifásica.

2. ambiente de trabajo

  1. Familiarizarse con las salidas en el laboratorio.
  2. Evitar un ambiente de trabajo desordenadas.
  3. Tener un bolígrafo, calculadora, cuaderno de laboratorio y experimento Descripción preparado y listo.
  4. Enfriar adecuadamente y etiqueta equipo caliente (debido a la disipación de calor).

3. prendas de vestir y Personal requisitos

  1. Quitar las joyas, relojes de metal u otros accesorios metálicos al realizar cualquier experimento, ya que puede ser peligrosos en las cercanías de maquinaria de rotación y las conexiones eléctricas.
  2. No use ropa suelta, pantalones cortos o faldas cortas, pues exponen la piel a las conexiones eléctricas y maquinaria de rotación.
  3. No use collares colgantes, gafas, corbatas y otros accesorios, pues los usuarios tienden a acercarse a la maquinaria y las conexiones eléctricas de rotación. También, evite colgar cristales alrededor del cuello, que puede ser fácilmente agarrado por la maquinaria de rotación.
  4. Amarre el cabello largo en la parte posterior de la cabeza.
  5. Use gafas de seguridad en todo momento durante el experimento. Usar otros equipos de protección personal (EPP) según los requisitos de las normas de seguridad locales y regulaciones. Por ejemplo, EPI común incluye abrigos de ignífugo, guantes aislantes de alta tensión (usados al manipular los cables o los cables) y tapones para los oídos (usados cuando se opera maquinaria ruidosa).

Equipo básico: Demostración y Resumen de electrónica y equipos de medición

4. generador de funciones

  1. Encienda el generador de funciones (Fig. 1). Generadores de funciones proporcionan señales periódicas de AC de diferentes formas. Estas formas son principalmente sinusoidal, triangular, dientes de sierra y cuadrado.
  2. Configurar el generador de funciones para producir una salida sinusoidal de 10 pico de V a una frecuencia de 400 Hz y cero offset de DC.
  3. Conecte un conector BNC-cocodrilo con el BNC atado al puerto de salida del generador de función.
  4. Ajustar la frecuencia y pico o pico a pico, de estas señales, si lo desea.
  5. En la triangular y las señales diente de sierra, ajuste la inclinación y la forma. Formas de onda cuadradas tienen deber ajustable del ciclo, que es definida como la proporción del período durante el cual una onda cuadrada es positivo o "alta" versus negativo, cero o "bajo".
  6. Tenga en cuenta que ciertos generadores de funciones proporcionan señales aleatorias y ruido no periódica, pero éstos no se utilizan comúnmente en aplicaciones de máquinas eléctricas y electrónica de potencia.

Figure 1
Figura 1: primer plano de función generador pantalla y panel de control. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

5. fuente de alimentación

  1. Encienda la fuente de alimentación (Fig. 2). Fuentes de DC de baja potencia funcionan en dos modos principales: fuentes de tensión o fuentes de corriente.
  2. Observar la tensión y las lecturas de corriente.
  3. Ajustar la tensión de salida DC alimentación 10 V ajustando la perilla de tensión de salida. Funcionando como una fuente de tensión es la más común, donde la fuente proporciona bajo voltaje de CC; generalmente comprendidos entre 0 y 36 V. En una operación de la fuente actual, estas fuentes son "actual limitada" donde su corriente máxima se establece en el valor deseado, y su voltaje se ajusta automáticamente para proporcionar la corriente máxima deseada. Límites de corriente y voltaje ofrecen flexibilidad operativa, así como márgenes de seguridad cuando opere un DC fuente de alimentación.
  4. Presione el botón "Actual" para mostrar el límite de corriente y gire el mando actual para ajustar el límite de corriente máxima. Establecer el límite de corriente de la fuente.
  5. Tenga en cuenta que más de una sola salida DC fuentes de alimentación tienen tres terminales rotulados como "+", "-," y de tierra. En muchas aplicaciones, "-" y suelo están ligados para ofrecer un entorno más estable y la reducción de ruido cuando se proporciona energía a un circuito externo. Sin embargo, algunos casos requieren que "-" es flotante de tierra para aislar el circuito eléctrico o aparato bajo prueba de la tierra de la fuente.

Figure 2
Figura 2: fuente de alimentación DC unidad. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

6. el osciloscopio

  1. Encienda el osciloscopio (Fig. 3). Osciloscopios, o ámbitos, Mostrar la tensión y corriente en una pantalla, que ofrece una amplia gama de medidas esenciales.
  2. Conecte una sonda normal (Fig. 4) en el canal 1 y una sonda diferencial en el canal 2. Sondas de osciloscopio conectan a los conectores BNC en la interfaz de alcance, y cada canal muestra una sola forma de onda. Cada ámbito viene con una variedad de canales. Los más comunes son osciloscopios de dos y cuatro canales, pero más nuevos ámbitos pueden tener ocho canales.
  3. Retire cualquier desplazamiento en el canal 2.
    1. Sondas de osciloscopio se utilizan más a menudo con máquinas eléctricas y los experimentos de electrónica de potencia. Los principales tipos de sondas incluyen la sonda convencional de puesta a tierra, la sonda de voltaje diferencial (Fig. 5) y la sonda de corriente (Fig. 6).
    2. Uso convencional a tierra las puntas de prueba al medir el voltaje entre dos puntos de un circuito o aparato, donde uno de los puntos está ligada a la tierra. Por lo general, la parte puesta a tierra del alcance es una pinza de cocodrilo, y el otro cable de prueba es un gancho que ata fácilmente a los circuitos y componentes eléctricos.
      1. Nunca use estas puntas de prueba con las conexiones sin conexión a tierra, como un corto circuito a tierra ocurrirá, causando peligro para el usuario, chispas y daños en las puntas de prueba. Generalmente, estas sondas están clasificadas varios cientos voltios.
    3. Utilizar sondas de tensión diferencial para proporcionar aislamiento entre la tierra y ambos puntos, a través de que se está midiendo el voltaje de prueba. Estas sondas son esenciales cuando ninguno de los puntos están puestos a tierra (p. ej. Cuándo medir a través de dos de las tres fases en una fuente de tensión trifásica). Estas sondas son más caras y requieren ajuste compensación manual o automática antes de cada uso, como una forma de calibración básica. Son menos robustos al ruido debido a la falta de puesta a tierra en las puntas de prueba sonda. Sus rangos de voltaje en laboratorios educativos normalmente llegan a 1000 V.
  4. Para medir corriente en un alambre, colocar el alambre en la ventana de la sonda de corriente y asegúrese de que el alambre quede en el agujero de la sonda. Ajustar la escala de la sonda (por ejemplo, 100 mV / A) en el recinto de la sonda y la nota de la escala. Las mediciones de corriente se muestran como las mediciones de voltaje.
    1. Un cable con corriente AC o DC pasa a través del núcleo, generando un campo magnético, que induce la tensión en la bobina de alambre envuelta alrededor de la base. Esto da una medida de voltaje proporcional a la corriente en el cable y corriente puede medirse con este sondeo. Éstos son típicamente más caros que los sondas de voltaje diferencial y pueden variar hasta 100 A en laboratorios educativos. Muchos educadores e investigadores reemplazarlos con detección de resistencias que tienen una resistencia muy baja pero precisa. Resistencias de detección pasan corriente proporcional a la tensión en sus terminales, y por ley de Ohm, medir el voltaje sabiendo la resistencia exacta da una precisa aproximación de la corriente.
  5. Conecte los terminales de la sonda habitual hacia el cocodrilo de la salida del generador de función.
  6. Gire en la salida del generador de función.
  7. Ajustar la escala del eje de tiempo usando la perilla de "sec/div" sobre el alcance de zoom dentro y fuera de la pantalla de forma de onda de 1 canal. Cada ámbito puede tener un enfoque diferente para ajustar la pantalla, pero todos los ámbitos comunes tienen dos grandes divisiones para establecer. En el eje x (eje de tiempo), las divisiones se asemejan a un cierto período de tiempo y pueden variar de μs por división a varios segundos por división.
  8. Ajustar el eje del canal 1 y usando la perilla del canal 1. Use el botón "volts/div" para ajustar que las divisiones en el eje y mostrar lecturas de voltios. Cada forma de onda tiene una perilla de escala de eje único.
  9. Presione el botón de función de "medida" sobre el alcance para medir la frecuencia y el pico a pico de la curva mostrada en el canal 1. Esto puede usarse también para encontrar las medidas de la media, media cuadrática (RMS) y periodo de una señal.
  10. Prensa "matemáticas" para usar las funciones matemáticas; como adición, sustracción, o funciones más avanzadas, con más de una forma de onda aparecen en el ámbito de aplicación. Por ejemplo, es útil para mostrar el producto de la tensión instantánea y la corriente para ver la potencia instantánea.
  11. Activar manualmente ajustando la perilla "trigger" o automáticamente pulsando "Establecer el nivel de 50%". Seleccione el canal alcance de que toda forma de onda muestra se activa. Utilizando el nivel de activación adecuado, se elimina la variación en las formas de onda mostradas; formas de onda para que todos mirar fija y limpia.
  12. Pulsa el "cursor" para medir la distancia entre dos puntos en el eje y o eje de tiempo.
  13. Presione el "CH1", "CH2", o mostrar otros botones de canal y seleccione el correspondiente filtro digital para eliminar los ruidos de la forma de onda. Filtro de paso bajo esquina frecuencias vienen prefijado y puede diferir en diferentes ámbitos.
  14. Ajustar el generador de funciones hasta que se logran la amplitud deseada y la frecuencia de salida.
  15. El generador de funciones y desconecte la sonda alcance.
  16. Apague el osciloscopio.

Figure 3
Figura 3: unidad de osciloscopio. Cierre muestra pantalla y panel de control. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: una sonda de puesta a tierra convencional. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: sonda de voltaje diferencial. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: vista lateral de la sonda de corriente.  Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

7. multímetro

  1. Encienda el multímetro (Fig. 7) y asegúrese de que sus terminaciones son en la posición de conexión de medición de tensión. Multímetros, ya sea portátil o sobremesa, medir el valor medio de corriente o un voltaje de DC, o el valor RMS de un voltaje o corriente. Revisar cuidadosamente las conexiones para medir el voltaje o la corriente antes de encender un circuito, ya que estas conexiones son una fuente común de error al realizar un experimento.
  2. Activa la salida de suministro de energía DC con ningunos alambres de plátano en sus puertos de salida.
  3. Utilice el multímetro para medir a través de la salida de dos puertos (+ rojo y negro). Para mejorar la resolución de la medición, ajustar manualmente el rango de la señal hasta 10 V ó 1000 V.
    1. El multímetro debe leer 10 V.
    2. Cuenta que los multímetros incluyen otras funciones de medición, como la resistencia entre dos puntos y la dirección del flujo de corriente (símbolo del diodo), que es útil en la depuración de diodos y transistores.
  4. Utilizar medidores de potencia digital para medir la potencia promedio. Medidores de potencia digital son similares a los multímetros pero uso concurrente tensión y medidas de corriente para medir la potencia promedio. Metros avanzados pueden medir factor de potencia, potencia reactiva y potencia aparente.
  5. Conectar dos cables de tensión a través de (en paralelo con) los dos puntos donde debe medirse la tensión.
  6. Conecte dos cables de corriente en serie con el cable o componente.
  7. La potencia mostrada es la media del producto instantáneo de tensión y corriente.

Figure 7
Figura 7: multímetro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

8. fuente de alimentación

  1. Aparte de la fuente de DC de baja potencia utilizada en este procedimiento, existen otros tipos de fuentes de alimentación como una toma de corriente de tres fases (Fig. 8), un autotransformador variable de tres fases (Fig. 9) y una mayor fuente de energía.
  2. El tomacorriente trifásico proporciona voltajes trifásicos, típicamente a 208 V, 230 V o 408 V en más laboratorios de ingeniería eléctrica. Estas tensiones son iguales en amplitud y frecuencia y son 120° fuera de fase entre sí. Enchufes trifasicos la manipulación requiere entrenamiento especial y precauciones de seguridad.
    1. En los Estados Unidos, 208 V, 230 V y 480 V son comunes niveles de voltaje trifásico en un entorno de laboratorio educativo que trata de electrónica de potencia y máquinas eléctricas.
  3. La tres fases auto-transformador variable (VARIAC) es un transformador de aislamiento que proporciona una fuente variable de AC trifásico de la toma de corriente trifásica.
  4. Ajuste la perilla en el VARIAC en la salida del VARIAC puede variar entre 0% y 100% de la tensión de entrada proporcionada.
  5. Una mayor fuente de poder proporciona mayor voltaje DC. Más fuentes de DC de baja potencia pueden proporcionar hasta 36 V y menos de 10 fuentes de A. C.C. de alta potencia pueden proporcionar cientos de voltios y amperios.
    1. En un entorno de laboratorio educativo, una fuente de alta potencia proporciona tensión típicamente hasta 400 V. Son comunes en aplicaciones de electrónica de potencia ya que emulan grandes baterías de vehículos eléctricos y híbridos, rectificado voltaje doméstico y otros escenarios. También son comunes en aplicaciones de la máquina eléctrica DC y máquinas basadas en inversor de AC.

Figure 8
Figura 8: tomacorriente trifásico. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 9
Figura 9: vista de un transformador variable (VARIAC) de tres fases superior. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

La electricidad que alimenta las máquinas, herramientas y otros aparatos experimentales debe ser manejada con cuidado y atención. Contacto corporal con alto voltaje y la corriente puede causar espasmos musculares, quemaduras, paro cardiaco e incluso la muerte. Incluso pequeñas cantidades de corriente pasado a través del cuerpo pueden causar electrocución. 10 miliamperios pueden inducir contracciones musculares, pérdida de control muscular y la incapacidad de dejar ir. 10 microamperios a través del corazón pueden causar fibrilación ventricular. Experimentos de laboratorio generalmente utilizan equipo que cumple con normas internacionales de seguridad. La etiqueta de Underwriters Laboratory UL, por ejemplo, certifica equipos con estas normas, que previene ciertos tipos de exposición peligrosa. Sin embargo, entradas eléctricas y salidas o el equipo modificado para requisitos particulares todavía constituyen un peligro. Este video presentará las precauciones de seguridad eléctrica y equipos eléctricos comunes utilizados en muchos tipos de experimentos de laboratorio.

Cuando use aparatos eléctricos, use pantalones largos, zapatos cerrados y equipos de protección personal. Evite la ropa suelta y retire cualquier accesorio colgando o metal que puede accidentalmente en contacto con electricidad. En los Estados Unidos, monofásico corriente alterna de un enchufe de pared es de 120 voltios. Tomas de alimentación de AC de tres fases pueden proporcionar hasta 480 voltios y 10 amperios. Por lo que las fuentes de energía deben manejarse con respeto. Un entorno de laboratorio limpio es importante para mitigar riesgos. Evitar las conexiones, cables y alambres sueltos o desgastados. Sabe cómo apagar todos los equipos, fuentes de alimentación y disyuntores. Asegúrese de que al menos dos personas trabajan en un experimento que tiene accesible corriente continua mayor a 50 voltios. Tome las mismas precauciones con la corriente de red alterna monofásica o trifásica. Asumir cualquier metal expuesto lleva electricidad directo a menos que la verificada. Antes de cambiar una configuración, apague o desconecte las fuentes de energía utilizadas en el experimento. Puesta a tierra de equipo asegura que el chasis es en el potencial de la tierra, que evita la descarga eléctrica. Siempre conecte equipos a tomas de CA con el cable de alimentación destinado. El equipo que está más caliente de lo esperado es un riesgo y un síntoma de un problema que debe abordarse. Finalmente, apague todo el equipo al terminar un experimento y apague el equipo sin usar antes de abandonar el laboratorio. Ahora que se han presentado medidas básicas de seguridad, se demostrará el funcionamiento de algunos aparatos eléctricos comunes en el laboratorio.

Un generador produce las señales de otros equipos que necesitan una excitación o una tensión de accionamiento. Los más comunes periódicas salidas son sinusoidal, triangular, diente de sierra y ondas cuadradas, que se pueden ajustar en amplitud, frecuencia, y DC offset. La salida del generador de funciones está conectada al circuito o equipo mediante cables. Normalmente se utiliza un conector BNC en un extremo y pinzas de cocodrilo en el otro extremo para una fácil conexión a un circuito. Una fuente de alimentación proporciona una tensión o una corriente para operar otros equipos eléctricos. El ajustable de la salida de un laboratorio típico de bajo voltaje de la fuente oscila entre 0 y 36 voltios. Más de una sola salida DC fuentes de alimentación tienen tres terminales: más, menos y de tierra. El terminal positivo está conectado a la entrada de voltaje más alto del equipo rio abajo. El terminal negativo está conectado a la tensión baja de entrada. La salida es el voltaje o actual entre el más y menos terminales, que están aislados eléctricamente de la tierra. El terminal de tierra es una referencia de tierra fija que es de cero voltios. Otras fuentes comunes de energía incluyen alimentación monofásica de un tomacorriente de pared estándar o alimentación de CA de tres fases. Alimentación monofásica tiene una línea y un neutro para llevar y entrega y 120 voltios. Alimentación trifásica proporciona voltajes más altos a través de tres líneas de caliente, con voltaje de CA en cada línea igual en frecuencia y magnitud y 120 grados fuera de fase uno del otro. El resultado puede suministrar 208, 230 y 480 voltios, con potencia correspondientemente mayor. Manejo de alimentación trifásica requiere entrenamiento especial y precauciones de seguridad. A continuación, un autotransformador variable, también conocido como un Variac, se utiliza para cada paso hacia arriba o hacia abajo del voltaje de CA. Esto es útil en aplicaciones que requieren tensiones no estándar o donde el voltaje debe ser variado. Una perilla varía la tensión de salida entre cero y 100% de su valor máximo. Tenga en cuenta que el Variac no proporcionar aislamiento eléctrico, así que evite tocar la salida en cualquier posición. Un osciloscopio muestra los voltajes de señales variables en el tiempo y se utiliza para estudiar el comportamiento de los circuitos. Los osciloscopios pueden tener múltiples canales, cada uno mostrando una sola forma de onda. Los dos tipos principales de sondas con este instrumento son la sonda convencional de puesta a tierra y la sonda diferencial. Aquí una regular sonda a tierra está conectada al canal uno. La sonda a tierra generalmente está preparada para soportar varios cientos voltios y mide la tensión entre la punta de la sonda y su toma de tierra. El cable de tierra está ligado a la tierra en el chasis del osciloscopio. Es importante conectar el cable de tierra solo a un punto en el circuito que también esté conectado a tierra. Tocar un cable de tierra a cualquier otro punto provocará un cortocircuito a tierra. Ahora Conecte el canal uno del osciloscopio a la salida del generador de funciones, luego encenderlo. Ajustar la escala de tiempo del osciloscopio con los segundos al mando de la división y ajustar la escala de voltaje con los voltios por mando de la división. El nivel de activación es el voltaje que cruza una señal para hacer la sincronización del osciloscopio. Disparo correcto minimiza el ruido en la pantalla. Ajuste el botón del disparador para ajustar manualmente el nivel de activación, o pulse nivel ajustado al 50% para configurar automáticamente. Finalmente, el multímetro es un instrumento versátil de mano o sobremesa, para medir voltaje, corriente, resistencia y otras magnitudes eléctricas. Para medir voltaje, inserte la sonda roja en el contacto con la etiqueta V ohmios y la sonda negra en el contacto con la etiqueta COM común. Encienda la fuente de alimentación y ponerlo a 20 voltios de salida. Medir a través de los terminales de dos salida tocando la punta de prueba roja al borne positivo y la punta de prueba negra al terminal menos. El multímetro Lee 20 voltios.

Muchos experimentos requieren la medición de magnitudes eléctricas y utilizan los instrumentos básicos para proporcionar estos datos. El estudio de puentes líquidos dieléctricos polares requiere un campo eléctrico de alta intensidad entre dos vasos de líquido. Los vasos están inicialmente en contacto y luego lentamente se tiraron aparte para formar el puente. En esta aplicación, una fuente de corriente continua de alto voltaje genera 1.500 voltios, que requiere gran cuidado para una manipulación segura. Desarrollar maneras de controlar la migración de células madre neurales para tratamientos terapéuticos, investigadores estudiaron su movimiento bajo la influencia de un campo eléctrico. Una cámara experimental utiliza una fuente de alimentación para generar el campo eléctrico controlado obligatorio. Un amperímetro mide la corriente y un multimetro mide el voltaje a través de la cámara de prueba, que se utilizó para calcular la intensidad de campo eléctrico.

Sólo ha visto introducción de Zeus a seguridad eléctrica y equipos electrónicos básicos. Ahora deben entender cómo trabajar con seguridad con la electricidad y cómo utilizar algunos equipos de prueba eléctrica básica. ¡Gracias por ver!

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