Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Указания к решению задачи №1

Общие методические указания

Для выполнения домашних контрольных работ необходимо изучить материал по учебнику. Перечень рекомендуемой для изучения литературы приведен ниже.

Литература

1. Попов В.С., Николаев С. А. Общая электротехника с основами электроники. - Москва: "Энергия",1977.

2. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. - Москва: "Высшая школа",1989.

3.Рабинович Э.А. Сборник задач и упражнений по общей электротехнике. - Москва: "Энергия",1978.

4.Основы промышленной электроники / под редакцией профессора Герасимова В.Г.- Москва: "Высшая школа",1978.

5.Электротехнический справочник / под редакцией профессора Герасимова В.Г. - Москва: "Энергоатомиздат",1985.

Учебный материал программы включает в себя следующие темы:

Введение

Раздел 1.Общая электротехника

1.1.Электрическое поле.

1.2.Электрические цепи постоянного тока.

1.3.Электромагнетизм.

1.4.Основные понятия о переменном токе.

1.5.Однофазные электрические цепи.

1.6.Трехфазные электрические цепи.

1.7.Трансформаторы.

1.8.Электрические измерения и приборы.

1.9.Электрические машины постоянного тока.

1.10.Электрические машины переменного тока.

1.11.Электропривод и аппаратура управления.

1.12.Передача и распределение электрической энергии.

Раздел 2. Основы электроники

2.1.Электронные лампы.

2.2.Газоразрядные приборы.

2.3.Полупроводниковые приборы.

2.4.Интегральные микросхемы электроники.

2.5.Фотоэлектронные приборы.

2.6.Электронные выпрямители.

2.7.Электронные усилители.

2.8.Электронные измерительные приборы и электронные генераторы.

2.9.Электронные устройства в автоматических системах.

Учебной программой по дисциплине предусмотрено выполнение одной контрольной работы, состоящей из шести задач по общей электротехнике и одной задачи по основам электроники.

Варианты заданий для каждого учащегося индивидуальны. Номер варианта определяется в зависимости от порядкового номера учащегося по учебному журналу.

Контрольная работа должна быть выполнена в отдельной тетради, желательно в клетку. Условия задач переписываются полностью, оставляют поля шириной 25-30 мм для замечаний рецензента. Формулы и расчеты должны сопровождаться пояснительными записями. Чертежи и схемы выполняются карандашом с соблюдением ГОСТов. Графики и диаграммы вычерчиваются на миллиметровой бумаге с обязательным указанием масштаба.

При возникновении затруднений при выполнении контрольной работы учащийся может обратиться в колледж для получения устной или письменной консультации.

Задача №1

Для цепи постоянного тока со смешанным соединением резисторов определить:

1) эквивалентное сопротивление цепи относительно зажимов АВ;

2) ток в каждом резисторе;

3) напряжение на каждом резисторе;

4) мощность, потребляемую всей цепью;

5) расход электрической энергии цепью за 8 часов работы.

Номер рисунка и величина одного из заданных токов или напряжений приведены в таблице 1.

Индекс тока или напряжения совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток или на котором действует указанное напряжение.

Например, через резистор R₃ проходит ток I₃ и на нём действует напряжение U_3.

Таблица 1

№ варианта	№ рисунка	Задаваемые величины
R_{1, Ом}	R_{2, Ом}	R_{3, Ом}	R_{4, Ом}	R_{5, Ом}	R_{6, Ом}	Дополнительный параметр
								I₁= 12А
								I₂= 15А
								U₂= 30В
								U₅= 24В
							--	I₅= 10А
								U₁= 10В
								I₅= 4,8А
								I₆= 12А
								I₃= 5А
								U₁= 24В
								U₅= 12В
								U₁= 18В
								I₆= 2А
								I₄= 10А
							--	U₁= 40В
								I₁= 3А
								U₂= 30В
								U₂= 45В
								U₄= 32В
								I₄= 4А

Задача №2

Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, ёмкости), включённые последовательно. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка и значение сопротивлений всех элементов, а также один дополнительный параметр заданы в таблице 2.

Начертить схему цепи и определить следующие величины:

1) полное сопротивление цепи Z;

2) напряжение U, приложенное к цепи;

3) ток I;

4) угол сдвига фаз φ (по величине и знаку);

5) активную P, реактивную Q и полную S мощности цепи.

6) Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить её построение.

Таблица 2

Номер вар.	Номер рис.	R₁, Oм	R₂, Oм	X_L1, Oм	X_L2, Oм	X_C1,Oм	X_С₂, Oм	Дополни- тельный параметр
			_ _ _ _ _ - - - - -	_ - -	_ _ _ _ _ _ - - - - - - -	_ _ - -	_ _ _ _ - - - - - - - -	I=4 A P_R1=150 Вт S=180 BA Q_L1=150 вар P=24 Вт Q=-300 вар Q=64 вар P=48 Вт S=800 BA I=2 A P=150 Вт S=80 BA I=3 A Q=-48вар Q_L1=96 вар S=250 BA P_R1=150 Вт Qс₁=-36 вар I=6 A P_R2=56 Вт

Рис.11 Рис.12

Рис.13 Рис.14

Рис.15 Рис.16

Рис.17 Рис.18

Рис.19 Рис.20

Задача №3

Разветвлённая цепь переменного тока состоит из двух параллельных ветвей, содержащих различные элементы (резисторы, индуктивности, ёмкости).

Номер рисунка, значения всех сопротивлений, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 3. Индекс “ 1 ” у дополнительного параметра означает, что он относится к первой ветви, а индекс “ 2 ” - ко второй.

Начертить схему цепи и определить следующие величины:

1) Полные сопротивления Z₁, Z₂ в обеих ветвях.

2) Токи I₁, и I₂ в обеих ветвях;

3) Ток I в неразветвленной части цепи;

4) Напряжение U, приложенное к цепи;

5) Активную Р, реактивную Q и полную S мощности для всей цепи.

Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить её построение.

Таблица 3

№ Вар.	№ Рис.	R₁, Ом	R₂, Ом	X_L₁, Ом	X_L₂, Ом	X_C1, Ом	X_C₂, Ом	Дополнительный параметр
			- - - -	- - - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - - -	I₁=5 A P₂=128 Вт U=8 B I₁=10 A U_R1=144 B I₂=8 A U_L1=48 B Q_C1=-150 вар U=50 B Q_L2=120 вар P₁=200 Вт I₂=5A Q=-45 вар U=40 B P=64 Вт U_R2=48 B I₁=4 A P_R2=256 Вт Q_C2=-200 вар U=60 B

Задача №4

Варианты (1-10)

В трёхфазную четырехпроводную сеть с линейным напряжением U_H включили звездой разные по характеру сопротивления. Определить линейные токи, активную Р, реактивную Q и полную S мощности, потребляемой всей цепью. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и по ней определить числовое значение тока в нулевом проводе.

Таблица 4.

№ Вариантов	№Рисунков	U_H, В	R_A, Ом	X_A, Ом	R_B, Ом	X_B, Ом	R_C, Ом	X_С, Ом
				-			-
			-		-			-
							-
				-			12,7	-
								-
				-			-
			-		-			-

			12,7	-				-
								-

Варианты (11-20)

В трёхфазную четырехпроводную сеть с линейным напряжением U_H включены треугольником разные по характеру сопротивления. Определить фазные и линейные токи, активную Р, реактивную Q и полную S потребляемой для всей цепью. Начертить векторную диаграмму цепи и по ней определить числовые значения линейных токов.

Таблица 5.

№Вариантов	№ Рисунков	U_H, В	R_AВ, Ом	X_AВ, Ом	R_BС, Ом	X_BС, Ом	R_CА, Ом	X_СА, Ом
			-			-	-
			-		-
			-			-
					-
					-			-
			-			-	-
			-		-
			-			-
					-
					-			-

Задача №5

Варианты 1-10

Трёхфазный трансформатор имеет номинальную мощность Sном, номинальные напряжения обмоток (линейные) U1ном и U2ном, номинальные токи I1ном и I2ном и коэффициент трансформации К. В сердечнике трансформатора сечением Q создаётся магнитная индукция Bmax при частоте тока f=50 Гц. Обе обмотки соединены в звезду. Числа витков первичной и вторичной обмоток ω1 и ω2. Э.д.с. в обмотках (фазные величины) составляют Е1ф и Е2ф. По заданным значениям некоторых из этих величин определить остальные, отмеченные в таблице прочерками.

Данные для своего варианта взять из таблицы.

Номер варианта

Sном, кВ∙А

U1ном, кВ

U2ном, кВ

I1ном, А

I2ном, А

Q, м²

Bmax, Тл

ω1

ω2

Е1ф, В

Е2ф, В

−

4∙10ˉ²

1,6

−

2,9∙10ˉ²

1,5

−

3,5∙10ˉ²

1,45

−

3,5∙10ˉ²

−

4∙10ˉ²

−

1,5

−

0,4

60,7

−

1,45

−

20,5

−

0,4

57,8

−

1,6

−

2,9∙10ˉ²

−

0,4

−

1,6

−

Варианты 11-20

Однофазный трансформатор работает в номинальном режиме и имеет следующие характеристики: мощность Sном; токи в обмотках I1ном и I2ном; напряжения U1ном и U2ном. Трансформатор работает на нагрузку с cos φ2=0.8. В сердечнике создаётся магнитный поток Фmax. Частота тока в сети f=50 Гц. Потери в стали составляют Рст, потери в обмотках – Ро.н.

Определить: 1)э.д.с. в обмотках Е1 и Е2; 2) коэффициент трансформации К; 3)числа витков обмоток ω1 и ω2; 4)к.п.д. трансформатора η.

Указания: 1. При определении токов в обмотках принять η=1.0. 2.Поскольку падение напряжения в первичной обмотке мало, принять Е1≈ U1ном; из определения номинального вторичного напряжения следует, что Е2= U2ном.

Данные для своего варианта взять из таблицы.

Номер варианта	Sном, кВ∙А	I1ном, А	I2ном, А	U1ном, В	U2ном, В	Фmax, Вб	Рст, Вт	Ро.н. Вт
		52.63	-	-		0.012
	-	26.3	45.45		-	0.005
		-	4.55		-	0.003
	0.5	1.32	-	-		0.002
	-	22.73	-			0.0025
	-	8.33	227.3	-		0.015
		-			-	0.007
	-			-		0.016
		-			-	0.013
		16.7		-	-	0.017

Задача №6

Варианты 1-10

Для трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором известны номинальные характеристики: мощность Pном; частота вращения n2; к. п. д. hном; коэффициент мощности cosφном; кратность пускового тока Iп/Iном; кратность пускового момента Мп/Мном; способность к перегрузке Мmax/Мном. Номинальное напряжение Uном = 380 В. Частота тока f1 = 50 Гц.

Определить: 1) номинальный Iном и пусковой Iп токи; 2) номинальный Мном, пусковой Мп и максимальный Мmax моменты; 3) синхронную частоту вращения n1;

4) номинальное скольжение sном; 5) частоту тока в роторе f2 при номинальной нагрузке; 6) потребляемую из сети мощность Р1.

Данные для своего варианта взять из таблицы

№ Вар Рном, кВт n2 об/мин ηном cosφном Iп/Iном Мп/Мном Мmax/Мном

1 22 1460 0,89 0,87 7,5 2,0 2,2

2 3,0 1425 0,82 0,84 6,5 1,2 2,2

3 11 2900 0,88 0,9 7,5 1,6 2,2

4 15 975 0,875 0,83 7,0 2,0 2,2

5 75 1480 0,93 0,9 7,5 1,2 2,2

6 1,5 695 0,74 0,65 6,5 1,2 2,0

7 30 1460 0,9 0,87 7,5 2,0 2,2

8 4,0 2880 0,84 0,89 7,5 1,2 2,2

9 45 985 0,915 0,88 6,5 1,2 2,2

10 5,5 2880 0,875 0,92 7,5 1,2 2,2

Варианты 11-20

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором при напряжении Uном потребляет из сети мощность P1 и развивает номинальную мощность Pном (на валу). К. п. д. двигателя hном, коэффициент мощности cosφном. Номинальный ток статора Iном. Синхронная частота вращения n1; частота вращения ротора n2 при номинальном скольжении sном. Полные потери мощности в двигателе åР. Двигатель развивает номинальный момент Мном.

По заданным значениям некоторых из этих величин, приведенным в таблице, определить все остальные, отмеченные в таблице прочерками.

№Варианта	Р1, кВт	Рном, кВт	Uном, В	ηном	cos φном	Iном, А	n1, об/мин	sном, %	n2, об/мин	åР, кВт	Мном, Н•м
		-		0,87	-	23,7	-	-	712,5	-	-
	--	-	-	0,9	0,84	78,2		-		2,5	-
	18,4			-	-		-		-	-
	7,5	-	-	-	0,84	13,6	-	3,33		1,5	-
	--	4,5		0,86	0,82	-			-	-	-
	--	-		0,85	-		-	-		-
		8,5		-	0,84	-		-		-	-
	--			0,86	0,85	-	-	-	-	3,0
	--	-		0,87	0,83		-	-	-	-	18,5
	--	-	-	0,83	0,83		-	-	-	1,5	73,2

Задача №7

Варианты 1-4

Составить схему мостового выпрямителя, использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в таблице 6. Мощность потребителя Pd (Вт) при напряжении питания Ud (В). Пояснить порядок составления схемы для диодов с этими параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 1.

Таблица 1

Номер варианта	Тип диода	Pd, Вт	Ud, В
	Д7Г
	Д224
	Д217
	Д305

Варианты 5-8

Однополупериодный выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Pd (Вт) при напряжении питания Ud (В). Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 6 для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из таблицы 2

Таблица 2

№ Варианта Тип диода Pd, Вт Ud, В

5 Д242Б Д244А Д221 50 10

6 Д209 Д303 Д7Г 100 40

7 Д244Б Д302 Д205 20 80

8 Д214 КД202Н Д215Б 70 100

Варианты 9-12

Двухполупериодный выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Pd (Вт) при напряжении питания Ud (В). Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл.6 для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 3.

Таблица 3.

№ варианта Тип диода Pd, Вт Ud, В

9 Д244Б Д214 Д243Б 150 20

10 Д218 Д221 Д214А 30 50

11 Д302 Д205 Д244Б 60 40

12 Д242А Д222 Д215Б 150 50

Варианты 13-16

Трехфазный выпрямитель, собранный на трех диодах, должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Pd (Вт) при напряжении питания Ud (В). Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 6 для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 4.

Таблица 4.

№ варианта Тип диода Pd, Вт Ud, В

13 Д224 Д207 Д214Б 90 30

14 Д215А Д234Б Д218 100 40

15 Д244А Д7Г Д210 60 80

16 Д232 КД202Н Д222 900 150

Варианты 17-20

Составить схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в табл. 6. Определить допустимую мощность потребителя, если величина выпрямленного напряжения Ud (В). Данные для своего варианта взять из табл. 5.

Таблица 5.

Номер варианта Тип диода Ud, В

17 Д218 300

18 Д7Г 80

19 Д244 20

20 Д223 20

Таблица 6

Технические данные полупроводниковых приборов

Тип диода Iдоп, А Uобр, В Тип диода Iдоп, А Uобр, В

Д7Г 0,3 200 Д217 0,1 800

Д205 0,4 400 Д218 0,1 1000

Д207 0,1 200 Д221 0,4 400

Д209 0,1 400 Д222 0,4 600

Д210 0,1 500 Д224 5 50

Д211 0,1 600 Д224А 10 50

Д214 5 100 Д224Б 2 50

Д214А 10 100 Д226 0,3 400

Д214Б 2 100 Д226А 0,3 300

Д215 5 200 Д231 10 300

Д215А 10 200 Д231Б 5 300

Д215Б 2 200 Д232 10 400

Д233 10 500 Д232Б 5 400

Д233Б 5 500 Д244 5 50

Д234Б 5 600 Д214А 10 50

Д242 5 100 Д244Б 2 50

Д242А 10 100 Д302 1 200

Д242Б 2 100 Д303 3 150

Д243 5 200 Д304 3 100

Д243А 10 200 Д305 6 50

Д243Б 2 200 КД202А 3 50

КД202Н 1 500

Методические указания

по выполнению контрольной работы

Указания к решению задачи №1

Перед выполнением контрольной работы ознакомьтесь с общими методическими указаниями. Решение задач сопровождайте краткими пояснениями.

Решение задач этой группы требует знания законов Ома, для всей цепи и её участков, первого и второго законов Кирхгофа, методики определения эквивалентного сопротивления цепи смешанном соединении резисторов, а также умения вычислять мощность и работу электрического тока.

Пример 1.

Для схемы, приведённой на рис. 41 а, определить эквивалентного сопротивления цепи R_AB и токи в каждом резисторе, а также расход электрической энергии цепью за 8ч работы.

Решение. Задача относится к теме “Электрические цепи постоянного тока”. Проводим поэтапное решение, предварительно обозначив стрелкой, ток в каждом резисторе, индекс тока должен соответствовать номеру резистора, по которому он проходит.

1.Определяем общее сопротивление разветвления CD, учитывая, что резисторы R₃ и R₄соединены между собой последовательно, а с резистором R₅- параллельно:

Ом

2. Определяем общее сопротивления цепи относительно зажимов СЕ.

Так как резистор R_CD и R₂ включены параллельно, то:

Ом (рис.41, в).

3. Находим эквивалентное сопротивление всей цепи:

Ом (рис.41, г).

4. Определяем ток в сопротивлениях цепи. Так как напряжение U_АВ приложено ко всей цепи, а R_АВ=10 Ом, то, согласно закону Ома:

А.

Внимание! Нельзя последнюю формулу писать в виде:

так как U_АВ приложено ко всей цепи, а не к участку R₁

Для определения тока I₂ нужно найти напряжение на резисторе R₂, т.е. U_СЕ. Очевидно, U_CE меньше U_AB на величину потери напряжения в резисторе R₁, т.е. U_CE=U_AB-I₁R₁=300-30*8=60 В. Тогда

А.

Так как U_CE=U_CD, то можно определить токи I_3,4 и I₅:

А; А

С помощью Кирхгофа, записанного для узла С, проверим правильность определения токов:

, 30=20+4+6.

5. Расход энергии цепью за 8 ч работы:

Вт*ч=72 кВт*ч

Указания к решению задач 2, 3 и 4.

Эти задачи относятся к неразветвлённым и разветвленным цепям и перемоткам, трёхфазным цепям переменного тока. Перед их решениям изучить соответствующие разделы. Ознакомитесь с методикой построения векторных диаграмм.

Пример 1.

В неразветвлённой цепи переменного тока R₁ =20 Ом, R₂ =4 Ом, X_L₁ =4 Ом, X_L₂ =6 Ом, X_C₁ =2 Ом.

Подведённое напряжение U =40 В.

Определить: полное сопротивление Z, ток I, коэффициент мощности cosφ, полную мощность S, активную мощность P, реактивную мощность G.

Построить в масштабе векторную диаграмму.

Решение

1. Полное сопротивление цепи определяется по формуле:

где Ом - активное суммарное сопротивление цепи.

Ом

-сумма индуктивных и емкостных сопротивлений. Тогда:

Ом

2. По закону Ома для цепи переменного тока находим ток в цепи:

3. Коэффициент мощности cosφ:

4. Определяем полную мощность:

5. Активная мощность:

P = U·I · cos j= 40·4·0,6 = 96Вт

6. Реактивная мощность:

Q= U·I · sin j= 40·4·0,8 = 128 вар

Для построения векторной диаграммы определим падение напряжение на сопротивлениях:

В В В В

Для рассматриваемого примера задаёмся масштабом:

по току:

по напряжению:

Длина векторов напряжений:

см

Длина векторов напряжений:

см см

см см см

Поскольку ток является одинаковой величиной для всех сопротивлений, диаграмму строим относительно вектора тока.

1. Горизонтально в масштабе откладываем вектор тока.

2. Вдоль вектора тока откладываем векторы U_R₁ и U_R₂

3. Под углом 90˚ откладываем векторы напряжения и в сторону опережения вектора тока (вверх), т.к. положительное вращение векторов принято против часовой стрелки.

4. Под углом 90˚ к вектору тока откладываем вниз вектор напряжения на ёмкостном сопротивлении.

5. Векторы , , , , , откладываем по правилу сложения векторов, в результате чего получаем вектор приложенного напряжения:

Угол φ между векторами общего напряжения и тока I называется углом сдвига фаз между током и напряжением.

По виду векторной диаграммы необходимо научится определять характер нагрузки.

В нашем случае напряжение опережает ток: нагрузка имеет активно –индуктивный характер

U_L2

U_C1

U_L1

U_R1I U_R2

Рис.43

Пример 2.

Катушка с активным сопротивлением R₁ = 4 Ом и индуктивным Ом соединена параллельно с конденсатором, ёмкостное сопротивление которого

Ом и активным сопротивлением R₂ =6 Ом. К цепи приложено напряжение U=60 В. Определить: 1.Токи в ветвях и в неразветвленной части цепи; 2. Активные и реактивные мощности каждой ветви и всей цепи. 3.Полную мощность цепи; 4. Углы сдвига фаз между током и напряжением в каждой ветви и во всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму.

Решение.

1. Определить токи в ветвях:

2. Углы сдвига фаз в ветвях:

по таблицам Брадиса находим φ₁=36˚50΄, т.к. φ₁>0, то напряжение опережает ток:

; φ₂=-53˚10΄,

т.е. напряжение отстаёт от тока, так как φ₂<0.

По таблицам Брадиса находим:

3. Определяем активные и реактивные составляющие токов в ветвях:

4. Определяем ток в неразветвленной части цепи:

5. Определить коэффициент мощности всей цепи:

7. Определяем активные и реактивные мощности ветвей и всей цепи:

Вт

вар

8. Определяем полную мощность всей цепи:

ВА

Ток в неразветвленной части цепи можно определить и таким образом:

9. Для построения векторной диаграммы задаёмся масштабом по току и напряжению:

I см - 2 А

I см - 5 В

Построение начинаем с вектора напряжения U.

Под углом φ₁, к нему (в сторону отставания) откладываем в масштабе вектор тока I₁, под углом φ₂ (в сторону отставания) - вектор тока - I₂. Геометрическая сумма этих токов ровна току в неразветвленной части цепи.

Рис.45

Пример 3.

В трёхфазную четырехпроводную сеть включили звездой несимметричную нагрузку: в фазу А - активное сопротивление R_A =11 Ом, в фазу В - емкостное сопротивление X_B =10 Ом, в фазу С - активное сопротивление R_С =8 Ом и индуктивное X_С =6 Ом. Линейное напряжение сети U_Н =380 В.

Определить фазные токи, активную и полную мощности, потребляемые цепью, значение фазных углов, начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и найти графически ток в нулевом проводе.