אמצעי זהירות חשמליים וציוד בסיסי

סעיף "אמצעי זהירות" מכסה את ההנחיות ואמצעי הזהירות העיקריים שנועדו להשיג מעבדה בטוחה וסביבת הפעלה לאנשים המבצעים ניסויים. הנחיות אלה אינן כוללות בשום אופן את כל אמצעי הזהירות הדרושים, ויש לציית לכללי הבטיחות והתקנות המקומיים לבטיחות חשמלית.

ניסויים הכוללים מכונות חשמליות ואלקטרוניקה חשמלית משתמשים בדרך כלל בציוד משותף כדי לספק חשמל ולמדוד כמויות חשמליות. עם זאת, מעגלים ומנגנונים הנבדקים משתנים עבור ניסויים שונים. החלק הפרוצדורלי "ציוד בסיסי" מספק סקירה של ציוד מרכזי המשמש עבור רוב המכונות החשמליות וניסויי אלקטרוניקה כוח. ציוד, מעגלים ומנגנונים ספציפיים מוצגים בכל ניסוי לפי הצורך.

אמצעי זהירות

1. חשמל והגדרת ניסוי

1. הימנע מחוטים רופפים, כבלים וחיבורים.
2. נניח שכל מתכת חשופה חיה עם חשמל אלא אם כן אומת אחרת.
3. הכר את עצמך עם כל לחצני ההפעלה/כיבוי בציוד, במפסקי מעגלים ומתגי ניתוק של ספסל.
4. לבצע שינויים במערך הניסויי רק כאשר כוח המעגל כבוי וכל מקורות הכוח קוראים אפס מתח וזרם אפס, לפי העניין.
5. השתמש בחוטים באורך מתאים עבור היישומים המתאימים שלהם. חוטים ארוכים או חיבורים יכולים לגרום לעומס על ספסל, וחוטים או חיבורים קצרים מאוד יכולים להיות הדוקים מדי ועשויים להיות מנותקים בקלות.
6. הפרד ציוד וחיבורים בהספק גבוה יותר מציוד הספק נמוך יותר, כגון מיקרו-בקרים, כדי למנוע הפרעות וחיבורים חשמליים בין התקנים אלקטרוניים רגישים והתקני הספק גבוה יותר.
7. ודא שכל ספקי הכוח DC, מקורות AC ומקורות חשמל אחרים מתחילים ממתח אפס ופלט זרם אפס או לפי ההוראות בניסוי. החל ממתח שאינו אפס אפשרי ביישומים מסוימים שבהם מקור מתח צריך להיות מצב ראשוני ספציפי.
8. כבה את כל הציוד לפני שאתה עוזב את המעבדה ברגע שהניסוי מסתיים.
9. אל תאפשר למשתמש יחיד לבצע ניסוי לבד. ודא שלפחות שני משתמשים מבצעים ניסוי בעת הפעלת יותר מ- 50 V DC ו- AC תלת פאזי.

2. סביבת עבודה

1. להכיר את עצמך עם היציאות במעבדה.
2. הימנע מסביבת עבודה עמוסה.
3. יש עט, מחשבון, מחברת מעבדה ותיאור ניסוי מוכן ומוכן.
4. קרנן כראוי ותווית ציוד חם (עקב פיזור חום).

3. ביגוד ודרישות אישיות

1. הסר תכשיטים, שעוני מתכת או אביזרי מתכת אחרים בעת ביצוע כל ניסוי, שכן אלה יכולים להיות מסוכנים בקרבת מכונות סיבוב וחיבורים חשמליים.
2. אין ללבוש בגדים רופפים, מכנסיים קצרים או חצאיות קצרות, שכן הם חושפים את העור לחיבורים חשמליים ומכונות סיבוב.
3. אין לתלות שרשראות, משקפיים, עניבות ואביזרים אחרים, שכן משתמשים נוטים להתקרב למכונות מסתובבות וחיבורים חשמליים. כמו כן, להימנע תליית משקפיים סביב הצוואר, אשר ניתן לתפוס בקלות על ידי מכונות מסתובבות.
4. לקשור שיער ארוך לחלק האחורי של הראש.
5. ללבוש משקפי בטיחות בכל עת במהלך הניסוי. ללבוש ציוד מגן אישי אחר (PPE) כנדרש על פי כללי בטיחות ותקנות מקומיים. לדוגמה, PPE נפוץ כולל מעילים מעכבי אש, כפפות בידוד במתח גבוה (שחוקות בעת טיפול בחוטים או בכבלים חיים) ואטמי אוזניים (המשמשים להפעלת מכונות רועשות).

ציוד בסיסי: הדגמה וסקירה כללית של ציוד אלקטרוני ומדידה

4. מחולל פונקציות

1. הפעל את מחולל הפונקציה (איור 1). מחוללי פונקציות מספקים אותות AC תקופתיים של צורות שונות. צורות אלה הן בעיקר סינוסואידיות, משולשות, שן מסור ומרובע.
2. הגדר את מחולל הפונקציה כדי לייצר פלט סינוסואידלי של שיא 10 V בתדר של היסט DC 400 הרץ ואפס.
3. חבר מחבר BNC לתנין כאשר ה- BNC קשור ליציאת הפלט של מחולל הפונקציות.
4. התאם את התדירות והפסגה, או מפסגה לשיא, של אותות אלה אם תרצה.
5. על אותות משולשים ומסור-שן, להתאים את השיפוע והצורה. צורות גל מרובעות יש מחזור חובה מתכוונן, אשר מוגדר כשיעור של התקופה שבה צורת גל מרובע הוא חיובי או "גבוה" לעומת שלילי, אפס, או "נמוך".
6. שים לב כי מחוללי פונקציה מסוימים מספקים רעש לא תקופתי ואותות אקראיים, אך אלה אינם משמשים בדרך כלל ביישומי אלקטרוניקה חשמלית ומכונות חשמליות.

איור 1: תקריב של מסך מחולל פונקציות ולוח הבקרה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

5. ספק כוח DC

1. הפעל את ספק הכוח DC (איור 2). ספקי DC בהספק נמוך פועלים בשני מצבים עיקריים - מקורות מתח או מקורות זרם.
2. שים לב לקריאות המתח והזרם.
3. הגדר את מתח היציאה של ספק הכוח DC ל- 10 V על-ידי התאמת ידית מתח היציאה. הפעלה כמקור מתח היא הנפוצה ביותר, שבו האספקה מספקת DC מתח נמוך; בדרך כלל נע בין 0 ל 36 V. בפעולת מקור נוכחית, חומרים מתכלים אלה "מוגבלים כעת" כאשר הזרם המרבי שלהם מוגדר לערך הרצוי, והמתח שלהם מותאם באופן אוטומטי כדי לספק את הזרם המרבי הרצוי. מגבלות הזרם והמתח מספקות גמישות תפעולית וכן שולי בטיחות בעת הפעלת ספק כוח DC.
4. לחץ על לחצן "נוכחי" כדי להציג את המגבלה הנוכחית ולהתאים את הידית הנוכחית כדי להתאים את המגבלה הנוכחית המרבית. הגדר את המגבלה הנוכחית של האספקה.
5. שים לב שלרוב ספקי הכוח DC בעלי הספק החד-פלט יש שלושה מסופים המסומנים כ-"+", "-" ו-קרקעי. ביישומים רבים, "-" ואדמה קשורים כדי לספק סביבת רעש יציבה ומופחתת יותר בעת אספקת מעגל חיצוני עם כוח. עם זאת, מקרים מסוימים דורשים כי "-" צף מהקרקע כדי לבודד את המעגל החשמלי או המנגנון תחת בדיקה מקרקע האספקה.

איור 2: יחידת ספק כוח DC. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

6. אוסצילוסקופ

1. הפעל את האוסצילוסקופ (איור 3). אוסצילוסקופים, או טווחים, מתח תצוגה וצורה גל הנוכחי על המסך, המספק מגוון רחב של מדידות חיוניות.
2. חבר בדיקה רגילה (איור 4) לערוץ 1 ולגשוש דיפרנציאלי לערוץ 2. בדיקות Oscilloscope מתחברות למחברי BNC בממשק הטווח, וכל ערוץ מציג צורת גל אחת. כל היקף מגיע עם מגוון ערוצים. הנפוצים ביותר הם טווחים של שניים וארבעה ערוצים, אך טווחים חדשים יותר יכולים להיות שמונה ערוצים.
3. הסר כל היסט בערוץ 2.
   1. בדיקות אוסצילוסקופ משמשות לרוב עם מכונות חשמליות וניסויי אלקטרוניקה חשמלית. סוגי הבדיקות העיקריים כוללים את הגשושית מקורקעת קונבנציונלית, את גשושית המתח הדיפרנציאלית (איור 5) ואת הגשושית הנוכחית (איור 6).
   2. השתמש בבדיקות מקורקעות קונבנציונליות בעת מדידת מתח על פני שתי נקודות במעגל או במנגנון, כאשר אחת הנקודות קשורה לקרקע האדמה. בדרך כלל, החלק מקורקע של הטווח הוא קליפ תנין, ואת להוביל הבדיקה האחרת היא וו שקשר בקלות מעגלים ורכיבים חשמליים.
      1. לעולם אל תשתמש בבדיקות אלה עם חיבורים לא מוארקים, שכן יתרחש קצר קרקע, מה שיגרום לסיכון למשתמש, ניצוצות ונזק לבדיקות. בדרך כלל, בדיקות אלה מדורגות לכמה מאות וולט.
   3. השתמש בבדיקות מתח דיפרנציאליות כדי לספק בידוד בין קרקע כדור הארץ לשתי נקודות הבדיקה, שרוחבן נמדד מתח. בדיקות אלה חיוניות כאשר אף אחת מהנקודות אינה מקורקעת (למשל בעת מדידה על פני שניים מתוך שלושה שלבים במקור מתח תלת פאזי). בדיקות כאלה יקרות יותר ודורשות כוונון היסט ידני או אוטומטי לפני כל שימוש, כצורה של כיול בסיסי. הם פחות חזקים לרעש בשל חוסר הארקת מובילי מבחן הבדיקה. דירוגי המתח שלהם במעבדות חינוכיות מגיעים בדרך כלל ל-1000 וולט.
4. כדי למדוד את הזרם בחוט, הנח את החוט בחלון הגשוש הנוכחי והבטח שהחוט נעול בתוך חור הגשוש. התאם את קנה המידה של הבדיקה (למשל 100 mV/A) במארז הבדיקה ושים לב לקנה המידה. מדידות הזרם מוצגות כמדידות מתח.
   1. חוט הנושא זרם AC או DC עובר דרך הליבה, ויוצר שדה מגנטי, אשר גורמת למתח על מתפתל החוט עטוף סביב הליבה. זה נותן מדידת מתח פרופורציונלית לזרם בחוט, וניתן למדוד את הזרם באמצעות בדיקה זו. אלה הם בדרך כלל אפילו יותר יקר מאשר בדיקות מתח דיפרנציאלי יכול לנוע עד 100 A במעבדות חינוכיות. מחנכים וחוקרים רבים מחליפים אותם בנגדים חישה בעלי התנגדות נמוכה מאוד אך מדויקת. נגדים חישה עוברים זרם פרופורציונלי למתח על פני מסופים שלהם, ועל פי החוק של Ohm, מדידת המתח תוך ידיעת ההתנגדות המדויקת נותן קירוב מדויק של הזרם.
5. חבר את מסופי הבדיקה הרגילים לצד התנין של פלט מחולל הפונקציה.
6. הפעל את פלט מחולל הפונקציות.
7. התאם את קנה המידה של ציר הזמן באמצעות ידית "שניות/div" בטווח כדי להגדיל ולהקטין את צורת הגל של ערוץ 1 המוצג. לכל טווח עשויה להיות גישה שונה להתאמת התצוגה, אך לכל הטווחים המשותפים יש שתי חטיבות עיקריות להגדיר. בציר ה-x (ציר הזמן), החלוקות דומות לפרק זמן מסוים ויכולות להשתנות בין μs-per-division למספר שניות לכל חלוקה.
8. כוונן את ציר ה- y של ערוץ 1 באמצעות ידית ערוץ 1. השתמש בלית "וולט/div" כדי להתאים את החלוקות בציר ה-y להראות קריאות וולט. לכל צורת גל יש ידית שינוי קנה מידה ייחודית של ציר y.
9. לחץ על לחצן התכונה "מידה" בטווח כדי למדוד את התדירות ואת שיא לשיא של צורת הגל המוצגת בערוץ 1. זה יכול לשמש גם כדי למצוא את המדידות של הממוצע, ריבוע ממוצע השורש (RMS), ואת התקופה של אות.
10. לחץ על "מתמטיקה" כדי להשתמש בפונקציות מתמטיות; כגון הוספה, חיסור או פונקציות מתקדמות יותר באמצעות יותר מטופס גל אחד המוצג בטווח. לדוגמה, כדאי להציג את המוצר של מתח וזרם מיידי כדי לראות כוח מיידי.
11. הפעל באופן ידני על-ידי התאמת הידית "גורם מפעיל", או באופן אוטומטי על-ידי הקשה על "הגדר רמה ל- 50%". בחר את ערוץ הטווח שממנו מופעלים כל הצגים של צורת הגל. על ידי שימוש ברמת ההדק המתאימה, העצבנות בצפורות הגל המוצגות מבוטלת; כך שכל צורות הגל נראות נייחת ונקיות.
12. הקש על "סמן" כדי למדוד את המרחק בין שתי נקודות בציר הזמן או בציר ה- y.
13. לחץ על כפתורי "CH1", "CH2" או ערוצים אחרים ובחר את המסנן הדיגיטלי המתאים כדי למנוע רעש מהצג צורת הגל. תדרי פינת מסנן עם מעבר נמוך מוגדרים מראש ועשויים להיות שונים בטווחים שונים.
14. התאם את פלט מחולל הפונקציה עד למשרעת ולתדירות הרצויים.
15. כבה את מחולל הפונקציות ותנתק את בדיקת הטווח.
16. כבה את האוסצילוסקופ.

איור 3: יחידת אוסצילוסקופ. תקריב מציג את המסך ואת לוח הבקרה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: גשושית מקורקעת קונבנציונלית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: גשושית מתח דיפרנציאלית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: מבט צדדי של הגשושית הנוכחית.  אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

7. מולטימטר

1. הפעל את המולטימטר (איור 7) וודא כי סיומותיו נמצאות במצב חיבור מדידת המתח. מולטימטרים, בין אם כף יד או ספסל עליון, מודדים את הערך הממוצע של מתח DC או זרם DC, או את ערך ה- RMS של מתח AC או זרם. תקן בקפידה את החיבורים כדי למדוד מתח או זרם לפני הפעלת מעגל, מכיוון שחיבורים אלה הם מקור שגיאה נפוץ בעת ביצוע ניסוי.
2. הפעל את תפוקת ספק הכוח DC ללא חוטי בננה הממוקמים ביציאות הפלט שלו.
3. השתמש בריבוי-מטר כדי למדוד בין שתי יציאות היציאה (+ אדום ושחור). כדי לשפר את רזולוציית המדידה, התאם באופן ידני את טווח האותות עד 10 V או 1000 V.
   1. הרב-מד צריך לקרוא 10 V.
   2. שים לב כי multimeters כוללים תכונות מדידה אחרות, כגון ההתנגדות בין שתי נקודות ואת כיוון הזרימה הנוכחית (סמל דיודה), אשר שימושי באיתור באגים דיודות טרנזיסטורים.
4. השתמש במדי כוח דיגיטליים כדי למדוד את העוצמה הממוצעת. מדי הספק דיגיטליים דומים למונים מרובים אך משתמשים במדידות מתח וזרם בו-זמניות כדי למדוד את העוצמה הממוצעת. מונים מתקדמים יכולים למדוד את גורם הכוח, כוח תגובתי וכוח לכאורה.
5. חבר שתי מוליכי מתח לרוחב (במקביל) לשתי הנקודות שבהן יש למדוד מתח.
6. חבר שתי הפניות נוכחיות בסידרה באמצעות החוט או הרכיב.
7. ההספק המוצג הוא הממוצע של המוצר המיידי של מתח וזרם.

איור 7: מולטימטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

8. ספק כוח

1. מלבד אספקת DC בהספק נמוך המשמש בהליך זה, ישנם סוגים אחרים של ספקי כוח כולל שקע תלת פאזי (איור 8), autotransformer משתנה תלת פאזי (איור 9) ואספקת DC בהספק גבוה יותר.
2. השקע תלת פאזי מספק מתחים תלת פאזיים, בדרך כלל ב 208 V, 230 V, או 408 V ברוב המעבדות הנדסת חשמל. מתחים אלה שווים בתדירות ובמשרעת, והם 120^° את השלב אחד מהשני. טיפול בשקעים תלת פאזיים דורש הכשרה מיוחדת ואמצעי זהירות.
   1. בארה"ב, 208 V, 230 V ו-480 V הן רמות מתח תלת פאזיות נפוצות בסביבת מעבדה חינוכית העוסקת באלקטרוניקה חשמלית ובמכונות חשמליות.
3. שנאי אוטומטי משתנה תלת פאזי (VARIAC) הוא שנאי מבודד המספק מקור AC תלת פאזי משתנה מהשקע תלת פאזי.
4. התאם את הידית ב- VARIAC שבו יציאת VARIAC יכולה להשתנות בין 0% ל- 100% ממתח הכניסה שסופק.
5. אספקת DC בהספק גבוה יותר מספקת מתח DC גבוה יותר. רוב ספקי DC בהספק נמוך יכולים לספק עד 36 וולט ופחות מ-10 A. ספקי DC בהספק גבוה יכולים לספק מאות וולט וגאמפרים.
   1. בסביבת מעבדה חינוכית, אספקת DC בהספק גבוה מספקת מתח DC בדרך כלל עד 400 וולט. הם נפוצים ביישומי אלקטרוניקה חשמלית מכיוון שהם מחקים חבילות סוללות גדולות בכלי רכב חשמליים והיברידיים, מתח ביתי לתקן ותרחישים אחרים. הם נפוצים גם ביישומי מכונה חשמלית DC ומכונות AC מבוססות מהפך.

איור 8: שקע תלת פאזי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 9: תצוגה עליונה של שנאי משתנה תלת פאזי (VARIAC). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

בטיחות היא התרגול החשוב ביותר במעבדה להנדסת חשמל. מדידה חשמלית וציוד חשמל נפוצים בתעשיות כבדות רבות (עיבוד מתכת, עיסת נייר וכו '), כלי רכב, ימיים, תעופה וחלל, צבא, ואחרים. מותגים ומודלים שונים של ציוד וכלים שונים המתוארים בסרטון עשויים להיות בעלי תוויות, כפתורים וכפתורים שונים, אך המושגים הכלליים עדיין חלים.

בסביבת מעבדה חינוכית, פרטי הבטיחות והציוד המתוארים לעיל משמשים בדרך כלל בניסויים הקשורים AC / DC, DC / AC, DC / DC, והמרת חשמל AC / AC, שנאים, מנועים חשמליים וגנרטורים, וכונני מנוע חשמלי בסיסיים.