Precauzioni di sicurezza
1. Energia elettrica e configurazione sperimentale
- Evitare fili, cavi e connessioni allentati.
- Supponiamo che qualsiasi metallo esposto sia in diretta con l'elettricità, se non diversamente verificato.
- Familiarizzare con tutti i pulsanti ON / OFF su apparecchiature, interruttori automatici e interruttori di disconnessione di un banco.
- Apportare modifiche alla configurazione sperimentale solo quando l'alimentazione del circuito è spenta e tutte le fonti di alimentazione leggono tensione zero e corrente zero, a partire dai casi.
- Utilizzare fili di lunghezza adeguata per le loro applicazioni appropriate. Fili o connessioni lunghi possono causare disordine su un banco e fili o connessioni molto corti possono essere troppo stretti e possono essere facilmente scollegati.
- Separare le apparecchiature e le connessioni di potenza superiore dalle apparecchiature di potenza inferiore, come i microcontrollori, per evitare interferenze e interconnessioni elettriche tra dispositivi elettronici sensibili e dispositivi di potenza superiore.
- Assicurarsi che tutti gli alimentatori CC, le sorgenti CA e altre fonti di alimentazione parta da un'uscita a tensione zero e corrente zero o come indicato in un esperimento. Partire da una tensione diversa da zero è possibile in alcune applicazioni in cui una fonte di tensione dovrebbe avere una specifica condizione iniziale.
- Spegnere tutte le apparecchiature prima di lasciare il laboratorio una volta concluso un esperimento.
- Non consentire a un singolo utente di eseguire un esperimento da solo. Assicurarsi che almeno due utenti eseguano un esperimento quando si azionano più di 50 V CC e CA trifase.
2. Ambiente di lavoro
- Familiarizzare con le uscite in laboratorio.
- Evita un ambiente di lavoro disordinato.
- Prepara e prepara una penna, una calcolatrice, un quaderno di laboratorio e una descrizione dell'esperimento.
- Raffreddare in modo appropriato ed etichettare le apparecchiature calde (a causa della dissipazione del calore).
3. Abbigliamento e requisiti personali
- Rimuovere gioielli, orologi in metallo o altri accessori metallici durante l'esecuzione di qualsiasi esperimento, in quanto possono essere pericolosi in prossimità di macchinari di rotazione e collegamenti elettrici.
- Non indossare abiti larghi, pantaloncini o gonne corte, poiché espongono la pelle a collegamenti elettrici e macchinari di rotazione.
- Non indossare collane appese, occhiali, cravatte e altri accessori, poiché gli utenti tendono ad avvicinarsi a macchinari rotanti e collegamenti elettrici. Inoltre, evitare di appendere gli occhiali intorno al collo, che possono essere facilmente afferrati da macchinari rotanti.
- Legare i capelli lunghi alla parte posteriore della testa.
- Indossare occhiali di sicurezza in ogni momento durante l'esperimento. Indossare altri dispositivi di protezione individuale (DPI) come richiesto dalle norme e dai regolamenti di sicurezza locali. Ad esempio, i DPI comuni includono cappotti ignifughi, guanti isolanti ad alta tensione (indossati quando si maneggiano fili o cavi vivi) e tappi per le orecchie (utilizzati quando si azionano macchinari rumorosi).
Attrezzature di base: dimostrazione e panoramica delle apparecchiature elettroniche e di misurazione
4. Generatore di funzioni
- Accendere il generatore di funzioni (Fig. 1). I generatori di funzioni forniscono segnali AC periodici di diverse forme. Queste forme sono principalmente sinusoidali, triangolari, a dente di sega e quadrate.
- Impostare il generatore di funzioni per produrre un'uscita sinusoidale di picco di 10 V a una frequenza di 400 Hz e zero offset DC.
- Collegare un connettore BNC-alligatore con il BNC collegato alla porta di uscita del generatore di funzioni.
- Regolare la frequenza e il picco, o da picco a picco, di questi segnali, se lo si desidera.
- Sui segnali triangolari e a dente di sega, regolare la pendenza e la forma. Le forme d'onda quadrate hanno un ciclo di lavoro regolabile, che è definito come la proporzione del periodo durante il quale una forma d'onda quadra è positiva o "alta" rispetto a negativa, zero o "bassa".
- Si noti che alcuni generatori di funzioni forniscono rumore non periodico e segnali casuali, ma questi non sono comunemente usati nell'elettronica di potenza e nelle applicazioni di macchine elettriche.

Figura 1: Primo piano dello schermo del generatore di funzioni e del pannello di controllo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
5. Alimentazione CC
- Accendere l'alimentatore DC (Fig. 2). Gli alimentatori CC a bassa potenza funzionano in due modalità principali: sorgenti di tensione o fonti di corrente.
- Osservare le letture di tensione e corrente.
- Impostare la tensione di uscita dell'alimentatore CC su 10 V regolando la manopola della tensione di uscita. Funzionare come fonte di tensione è il più comune, dove l'alimentazione fornisce bassa tensione DC; in genere compreso tra 0 e 36 V. In un'operazione di sorgente di corrente, questi alimentatori sono "limitati di corrente" in cui la loro corrente massima è impostata sul valore desiderato e la loro tensione viene regolata automaticamente per fornire la corrente massima desiderata. I limiti di corrente e tensione forniscono quindi flessibilità operativa e margini di sicurezza quando si aziona un alimentatore CC.
- Premere il pulsante "Corrente" per visualizzare il limite di corrente e regolare la manopola corrente per regolare il limite di corrente massimo. Impostare il limite corrente dell'alimentazione.
- Si noti che la maggior parte degli alimentatori CC a uscita singola ha tre terminali etichettati come "+", "-" e terra. In molte applicazioni, "-" e terra sono legati per fornire un ambiente di rumore più stabile e ridotto quando si fornisce alimentazione a un circuito esterno. Tuttavia, alcuni casi richiedono che "-" galleggi da terra per isolare il circuito elettrico o l'apparecchiatura in prova dal terreno di alimentazione.

Figura 2: Alimentatore CC. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
6. Oscilloscopio
- Accendere l'oscilloscopio (Fig. 3). Gli oscilloscopi, o telescopi, visualizzano le forme d'onda di tensione e corrente su uno schermo, che fornisce una vasta gamma di misurazioni essenziali.
- Collegare una sonda normale (Fig. 4) al canale 1 e una sonda differenziale al canale 2. Le sonde dell'oscilloscopio si collegano ai connettori BNC sull'interfaccia dell'ambito e ogni canale visualizza una singola forma d'onda. Ogni ambito viene fornito con una varietà di canali. I più comuni sono gli ambiti a due e quattro canali, ma gli ambiti più recenti possono avere otto canali.
- Rimuovere qualsiasi offset sul canale 2.
- Le sonde per oscilloscopio sono utilizzate più spesso con macchine elettriche ed esperimenti di elettronica di potenza. I principali tipi di sonde includono la sonda convenzionale con messa a terra, la sonda di tensione differenziale (Fig. 5) e la sonda di corrente (Fig. 6).
- Utilizzare sonde convenzionali con messa a terra quando si misura la tensione su due punti di un circuito o di un apparecchio, in cui uno dei punti è legato alla terra terra. In genere, la parte messa a terra dell'oscilloscopio è una clip a coccodrillo e l'altro cavo di prova è un gancio che si lega facilmente a circuiti e componenti elettrici.
- Non utilizzare mai queste sonde con connessioni senza messa a terra, poiché si verificherà un cortocircuito a terra, causando rischi per l'utente, scintille e danni alle sonde. Di solito, queste sonde sono classificate a diverse centinaia di volt.
- Utilizzare sonde di tensione differenziale per fornire isolamento tra la terra terra ed entrambi i punti di prova, attraverso i quali viene misurata la tensione. Queste sonde sono essenziali quando nessuno dei punti è messo a terra (ad esempio quando si misura su due delle tre fasi in una sorgente di tensione trifase). Tali sonde sono più costose e richiedono una regolazione manuale o automatica dell'offset prima di ogni utilizzo, come forma di calibrazione di base. Sono meno robusti al rumore a causa della mancanza di messa a terra sui cavi di prova della sonda. I loro valori nominali di tensione nei laboratori didattici raggiungono in genere i 1000 V.
- Per misurare la corrente in un filo, posizionare il filo nella finestra della sonda corrente e assicurarsi che il filo sia bloccato all'interno del foro della sonda. Regolare il ridimensionamento della sonda (ad esempio 100 mV/A) sull'involucro della sonda e annotare la scala. Le misurazioni di corrente vengono visualizzate come misurazioni di tensione.
- Un filo che trasporta corrente CA o CC passa attraverso il nucleo, generando un campo magnetico, che induce tensione sull'avvolgimento del filo avvolto attorno al nucleo. Questo dà una misura di tensione proporzionale alla corrente nel filo e la corrente può essere misurata usando questa sonda. Questi sono in genere ancora più costosi delle sonde a tensione differenziale e possono variare fino a 100 A nei laboratori didattici. Molti educatori e ricercatori li sostituiscono con resistori di rilevamento che hanno una resistenza molto bassa ma accurata. I resistori di rilevamento passano corrente proporzionale alla tensione attraverso i loro terminali e, secondo la legge di Ohm, misurare la tensione conoscendo la resistenza accurata fornisce un'approssimazione accurata della corrente.
- Collegare i normali terminali della sonda al lato alligatore dell'uscita del generatore di funzioni.
- Accendere l'uscita del generatore di funzioni.
- Regolare la scala dell'asse temporale utilizzando la manopola "sec/div" sull'oscilloscopio per ingrandire e ridurre la forma d'onda del canale 1 visualizzata. Ogni ambito può avere un approccio diverso per regolare la visualizzazione, ma tutti gli ambiti comuni hanno due divisioni principali da impostare. Sull'asse x (asse del tempo), le divisioni assomigliano a un certo periodo di tempo e possono variare da μs per divisione a diversi secondi per divisione.
- Regolare l'asse y del canale 1 utilizzando la manopola del canale 1. Utilizzare la manopola "volt/div" per regolare quali divisioni sull'asse y mostrano le letture volt. Ogni forma d'onda ha una manopola di ridimensionamento dell'asse y unica.
- Premere il pulsante della funzione "misura" sull'oscilloscopio per misurare la frequenza e il picco-picco della forma d'onda visualizzata sul canale 1. Questo può anche essere usato per trovare le misurazioni della media, del quadrato medio della radice (RMS) e del periodo di un segnale.
- Premere "matematica" per utilizzare le funzioni matematiche; ad esempio addizione, sottrazione o funzioni più avanzate che utilizzano più di una forma d'onda visualizzata sull'ambito. Ad esempio, è utile mostrare il prodotto della tensione e della corrente istantanee per vedere la potenza istantanea.
- Attiva manualmente regolando la manopola "trigger" o automaticamente premendo "Imposta livello su 50%". Selezionate il canale dell'ambito da cui vengono attivate tutte le visualizzazioni delle forme d'onda. Utilizzando il livello di trigger appropriato, il jitter nelle forme d'onda visualizzate viene eliminato; quindi tutte le forme d'onda sembrano stazionarie e pulite.
- Premere "cursore" per misurare la distanza tra due punti sull'asse temporale o sull'asse y.
- Premere i pulsanti "CH1", "CH2" o altri canali e selezionare il filtro digitale appropriato per eliminare il rumore dal display della forma d'onda. Le frequenze d'angolo del filtro passa-basso sono preimpostate e possono differire in ambiti diversi.
- Regolare l'uscita del generatore di funzioni fino a raggiungere l'ampiezza e la frequenza desiderate.
- Spegnere il generatore di funzioni e scollegare la sonda dell'oscilloscopio.
- Spegnere l'oscilloscopio.

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

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

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

Figura 6: Vista laterale della sonda corrente. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
7. Multimetro
- Accendere il multimetro (Fig. 7) e assicurarsi che le sue terminazioni siano nella posizione di connessione di misurazione della tensione. I multimetri, siano essi portatili o da banco, misurano il valore medio di una tensione o corrente CC o il valore RMS di una tensione o corrente CA. Rivedere attentamente le connessioni per misurare la tensione o la corrente prima di alimentare un circuito, poiché queste connessioni sono una fonte comune di errore durante l'esecuzione di un esperimento.
- Accendere l'uscita dell'alimentatore CC senza fili a banana posizionati sulle porte di uscita.
- Utilizzare il multimetro per misurare tra le due porte di uscita (+ rosso e - nero). Per migliorare la risoluzione di misurazione, regolare manualmente l'intervallo di segnale fino a 10 V o 1000 V.
- Il multimetro dovrebbe leggere 10 V.
- Si noti che i multimetri includono altre caratteristiche di misurazione, come la resistenza tra due punti e la direzione del flusso di corrente (simbolo del diodo), che è utile nel debug di diodi e transistor.
- Utilizza i misuratori di potenza digitali per misurare la potenza media. I misuratori di potenza digitali sono simili ai multimetri, ma utilizzano misurazioni simultanee di tensione e corrente per misurare la potenza media. I misuratori avanzati possono misurare il fattore di potenza, la potenza reattiva e la potenza apparente.
- Collegare due conduttori di tensione attraverso (in parallelo con) i due punti in cui la tensione deve essere misurata.
- Collegare due conduttori di corrente in serie con il filo o il componente.
- La potenza visualizzata è la media del prodotto istantaneo di tensione e corrente.

Figura 7: Multimetro. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
8. Alimentazione
- Oltre all'alimentazione CC a bassa potenza utilizzata in questa procedura, ci sono altri tipi di alimentatori tra cui una presa trifase (Fig. 8), un autotrasformatore variabile trifase (Fig. 9) e un alimentatore CC di alimentazione superiore.
- La presa trifase fornisce tensioni trifase, in genere a 208 V, 230 V o 408 V nella maggior parte dei laboratori di ingegneria elettrica. Queste tensioni sono uguali in frequenza e ampiezza e sono 120° fuori fase l'una dall'altra. La gestione delle prese trifase richiede una formazione speciale e precauzioni di sicurezza.
- Negli Stati Uniti, 208 V, 230 V e 480 V sono livelli di tensione trifase comuni in un ambiente di laboratorio educativo che si occupa di elettronica di potenza e macchine elettriche.
- L'auto-trasformatore variabile trifase (VARIAC) è un trasformatore isolato che fornisce una sorgente CA trifase variabile dall'uscita trifase.
- Regolare la manopola sul VARIAC dove l'uscita VARIAC può variare tra lo 0% e il 100% della tensione di ingresso fornita.
- Un alimentatore CC di alimentazione più elevata fornisce una tensione CC più elevata. La maggior parte degli alimentatori CC a bassa potenza può fornire fino a 36 V e meno di 10 A. Gli alimentatori CC ad alta potenza possono fornire centinaia di volt e amplificatori.
- In un ambiente di laboratorio educativo, un alimentatore CC ad alta potenza fornisce tensione CC in genere fino a 400 V. Sono comuni nelle applicazioni di elettronica di potenza perché emulano grandi pacchi batteria in veicoli elettrici e ibridi, tensione domestica rettificata e altri scenari. Sono anche comuni nelle applicazioni di macchine elettriche CC e nelle macchine CA basate su inverter.

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

Figura 9: Vista dall'alto di un trasformatore variabile trifase (VARIAC). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.