Некоторые способы проверки результатов решения.

Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

№ варианта

P = 100 Вт

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ №1

по учебной дисциплине «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

для студентов заочной формы обучения специальности

270843 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования

промышленных и гражданских зданий»

Димитровград

2015г.

Содержание

1. Пояснительная записка………………………………………………3

2. Варианты контрольных заданий…………………………………….4

3. Методические указания к выполнению контрольной работы……12

4. Экзаменационные вопросы…………………………………………23

5. Список рекомендуемой литературы………………………………..25

1 Пояснительная записка

Успешная профессиональная деятельность выпускников данной специальности в большой степени зависит от хороших теоретических знаний и твердых практических навыков, полученных при изучении дисциплины «Электротехника и электроники»

Основным методом заочной формы обучения является самостоятельное

изучение учащимися программного материала; для оказания им помощи данное пособие содержит указания к выполнению контрольной работы, перечень вопросов, перечень рекомендуемой литературы.

В процессе самостоятельного изучения студент должен в первую очередь ориентироваться на решение задач и подготовиться таким образом, чтобы на экзамене и во время проведения им лабораторных работ давать преподавателю обстоятельные ответы по содержанию изучаемой темы.

Контрольная работа №1 содержит две задачи и три теоретических вопроса. Варианты контрольной работы для каждого студента индивидуальные и определяются в соответствии с указаниями методической службы образовательного учреждения.

Работы, выполненные не по своему варианту, не засчитываются и возвращаются студенту.

Для замечаний необходимо оставлять в тетради, где выполняется работа, поля 20-30 см. В конце работы приводится перечень литературы

Неаккуратное выполнение работы, несоблюдение принятой размерности и плохое выполнение чертежей и схем могут послужить причиной ее возвращения.

2 Варианты контрольных заданий

Задача 1

Цепь постоянного тока со смешанным соединением состоит из четырех резисторов. В зависимости от варианта заданы: схема цепи (по номеру рисунка), сопротивление резисторов R_1, R_2, R_3, R₄, напряжение U, ток I, мощность Р всей цепи.

Определить:

1. Эквивалентное сопротивление цепи Rэ;

2. Мощность на каждом резисторе R_1, R_2, R_3, R₄. Проверив баланс мощности убедиться в правильности решения задачи.

Данные своего варианта взять из таблицы 3.

Таблица 3

Рисунок 1 Рисунок 2

Рисунок 3 Рисунок 4

Задача 2

Для неразветвленной цепи переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями определить величины, которые не даны в условиях задачи:

1. Z – полное сопротивление цепи, Ом;

2. I – ток цепи, А

3. U – напряжение приложенное к цепи, В;

4. φ – угол сдвига фаз между током и напряжением;

5. S – полную мощность цепи, ВА; Р – активную мощность, Вт.; Q реактивную мощность, вар.

Построить в масштабе векторную диаграмму и кратко описать порядок ее построения, указав, в какую сторону и почему направлен каждый вектор.

Числовые значения электрических величин нужные для решения задачи, и номер рисунка даны в таблице 4. Проверить решения задачи, сравнивая значения приложенного напряжения U и угла сдвига фаз φ, полученные расчетным путем или заданные в условиях, с результатами подсчета по векторной диаграмме. При расхождении найти ошибку.

Таблица 4

Номер варианта	Номер рисунка	R₁ Ом	R₂ Ом	Х_L1 Ом	Х_L2 Ом	Х_C1 Ом	Х_C2 Ом
			-		-		-	I = 2 А
			-				-	U = 160 В
			-		-			S = 40 ВА
					-		-	U = 100 В

Рисунок 5 Рисунок 6

Рисунок 7 Рисунок 8

Рисунок 9

Теоретические вопросы

Вариант 1

1. Электрическая цепь, электрический ток, сила тока. Единицы измерения.

2. Приборы электромагнитной системы, устройство, принцип действия, достоинства и недостатки.

3. Измерение тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока. Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов.

4.Активная, реактивная и полная мощность электрической цепи переменного тока. Коэффициент мощности.

Вариант 2

1. Закон Ома для участка и полной электрической цепи. Определение, формулы. Электрическое сопротивление и проводимость.

2. Приборы магнитоэлектрической системы, устройство, принцип действия, достоинства и недостатки.

3. Классификация электроизмерительных приборов. Условные обозначения на шкале электроизмерительного прибора.

4. Принципы получения трехфазной ЭДС.

Вариант 3

1. Проводниковые материалы. Зависимость сопротивления от температуры.

2. Приборы электродинамической системы, устройство, принцип действия, достоинства и недостатки.

3. Измерение мощности и сопротивления цепи постоянного и однофазного / трехфазного переменного тока.

4. Соединение электроприемников в «звезду». Линейные, фазные токи и напряжения.

Вариант 4

1. Способы соединения сопротивлений, законы Кирхгофа.

2. Приборы индукционной системы, устройство, принцип действия, достоинства и недостатки.

3. Измерение расхода электроэнергии в цепи постоянного и однофазного / трехфазного переменного тока

4. Соединение электроприемников в «треугольник». Линейные и фазные токи и напряжения.

3 Методические указания к выполнению контрольной работы

3.1 Указания к решению задачи 1

Решения задачи 1 требует знания основных законов постоянного тока, производных формул этих законов и умения их применять, для расчета электрических цепей со смешанным соединением.

Методику и последовательность действий при решении задач со смешанным соединением резисторов рассмотрим в общем виде на конкретном примере.

Выписываем условия задачи (содержание условий задач выписывать применительно к своему варианту).

Задача

Цепь постоянного тока со смешанным соединением состоит из четырех резисторов. Задана схемы цепи (рисунок 12), значения сопротивлений резисторов: R₁ = 30 Ом, R₂ = 20 Ом, R₃ = 3 Ом, R₄=5 Ом, мощность цепи Р=320 Вт

Рисунок 12

Определить: Эквивалентное сопротивление цепи R э; токи, проходящие через каждый резистор. Решение задачи проверить, применив первый закон Кирхгофа.

Решение

Выписываем из условий то, что дано и нужно определить в виде буквенных обозначений и числовых значений.

Продумаем план (порядок) решения, подбирая при необходимости справочной материал. В нашем случае принимаем такой порядок решения:

1. Находим эквивалентное сопротивление цепи R э = R ₁₂+ R ₃₄,

где R₁₂= R _I R₂ (R _I + R₂) – параллельное соединение, а R₂₃ = R₃ + R₄ – последовательное соединение.

2. Обозначим токи I_I, I₂, I₃, I₄ на рисунке стрелками и определим их значения из формулы мощности: Р = I ² ·R э → I =

I₄= I₃= I, так как при последовательном соединении они одинаковые,а

I _I= U₁₂ / R _I; I₂ = U₁₂/R ₂, где U₁₂ = I ·R₁₂.

3. Выполняем решение не забывая нумеровать и кратко описать действия.

Отсутствие письменных пояснений действий приводит к непониманию решения задачи и быстро забывается.

4. Выполняем проверку решения следующими способами:

а) логичность получения такого результата;

б) проверка результатов с применение первого и второго закона Кирхгофа, подсчетом баланса мощности;

в) сравнение результатов решением задачи другими способами.

Некоторые способы проверки результатов решения.

Применение первого закона Кирхгофа.

Формулировка закона: алгебраическая сумма токов в узловой точке равна нулю. Математическая запись для узла б схема рисунок 14:

I_I + I₂ = I или I_I + I₂ – I = 0

Применение второго закона Кирхгофа.

Формулировка закона: во всяком замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС (∑ Е) равна алгебраической сумме падений напряжений ∑ I ·R на отдельных сопротивления этого контура.

В замкнутом контуре рисунок 12 приложенное напряжение U и падения напряжения U₁₂ = I · R₁₂ U₃ = I ·R₃и U₄ = I· R₄. Обходя контур по направлению тока (в данном случае по часовой стрелке), составим уравнение по второму закону Кирхгофа

U = U₁₂+ U₃+ U_4.

Подсчет баланса мощности

Общая мощность цепи равна сумме мощностей на отдельных резисторах. Для схемы цепи Р = Р₁+ Р₂ +Р₃ +Р₄,

так как Р = I ² ·R, или Р = U²/ R, то

Р = I²₁·R₁+ I²₂ ·R₂ + I²₃ ·R₃ + I ²₄ ·R₄ или

Р = U²₁₂/ R₁ + U²₁₂/ R₂ + U²₃/ R₃ + U²₄/ R₄.

Если поверку решения проводить путем сравнения результатов решения другими способами, то в данном случае вместо определения тока из формулы Р = I² ·R э, можно было найти напряжение U = из Р = U²/ R э, а затем – I= U/ R э по формуле закона Ома.

Для закрепления материала рекомендуется рассмотреть решение задачи

Задача

На рисунке 13 изображена электрическая цепь со смешанным соединением резисторов. Известны значения сопротивлений R _I = 3 Ом, R₂ = 10 Ом, R₃= 15 Ом, R₄= I Ом, напряжение U = 110 В и время работы цепи t = 10 ч.

Определить: токи проходящие через каждый резистор I_I, I₂, I₃, I_4,общую мощность цепи Р и расход энергии W.

а) б) в)

Рисунок 13

Решение

1. Обозначим стрелками токи, проходящие через каждый резистор с учетом их направления. (рисунок 13 а).

2. Определим общее эквивалентное сопротивление цепи, метод подсчета которого для цепи со смешанным соединением резисторов сводится к последовательному упрощению схемы.

Сопротивления R ₂и R ₃ соединены параллельно Найдем общее сопротивление при таком соединении:

1 / R₂₃= 1 / R ₂+ 1 / R₃,

приводя к общему знаменателю, получим

R₂₃ = R₂ ·R₃ / (R₂ + R₃) = 10 · 15 (10 + 15) =6 Ом.

Схема имеет вид 13б. Теперь резисторы R_23, R_1, R_4.соединены последовательно, их общее сопротивление

R_э= R_{1 +}R₂₃+ R₄= 3 + 6 + 1 = 10 Ом.

Это общее сопротивление, включенное в цепь вместо четырех сопротивлений (рисунок 13в) при таком же значении напряжения не изменит тока в цепи. Поэтому сопротивление чаще называется общим эквивалентным сопротивлением цепи.

3. По закону Ома для внешнего участка цепи определим ток

I = U / R_э=110 / 10₌11 А

4. Найдем токи, проходящие через все резисторы. Через резистор R _I, проходит ток I _I =1 А. Через резистор R ₄ проходит ток I ₄ = 1 А

Для определения токов, проходящих через резисторы, R ₂и R ₃, нужно найти напряжение на параллельном участке U ₂₃. Это напряжение можно определить двумя способами:

U ₂₃ = I· R₂₃ = 11·6 = 66 В или

U₂₃ = U - I· R₁ - I ·R₄= U – I (R_{1 +}R₄) = 110 – 11 (3 + I) = 66 В

По закону Ома для параллельного участка цепи найдем

I ₂= U ₂₃ / R₂= 66 / 10 = 6,6 А, I ₃= U ₂₃/ R₃ = 66 / 15 = 4,4 А или, применяя первый закон Кирхгофа, получим

I ₃ = I - I ₂= 11 - 6,6 = 4,4 А

5. Найдем общую мощность цепи:

Р = U ·I = 110 · 11 = 1210 Вт = 1,21 кВт

6. Определим расход энергии:

W = Р· t = 1,21 · 10 = 12,1 кВт ч ·

7. Выполним проверку решения задачи описанными ранее способами:

а) проверим баланс мощности

Р = Р₁+ Р₂ + Р₃ + Р₄ = I ²₁·_·R₁+ I ²₂· R₂+ I ²₃·R₃+ I ²₄·R₄=

11 ² · 3 +6,6²·10 + 4,4² ·15 + 11 ² · 1 = 1210 Вт

б) для узловой точки а применим первый закон Кирхгофа:

I = I ₂+ I ₃= 6,6 + 4,4 = 11

в) составим уравнение по второму закону Кирхгофа, обходя контур цепи по часовой стрелке,

U = U₁ + U₂₃+ U₄= I · R₁+ I · R₂₃ + I · R₄

3.2 Указания к решению задачи 2

Решение этой задачи требует знания основных понятий об однофазном переменном токе, мгновенных и действующих значений токов, напряжений и ЭДС, периоде и частоте изменений переменных синусоидальных величин, начальной фазе и сдвиге фаз между током и напряжением. Необходимо также понимать физические процессы в неразветвленных цепях однофазного тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлении, знать формулы для расчета таких цепей.

Индексы буквенных обозначений в задачах соответствуют индексам сопротивлений. Так, например Р _I – активная мощность первого сопротивления; U _А1– напряжение на первом активном сопротивлении; U _L₂ - напряжение на втором индуктивном сопротивлении и т. д.

Рассмотрим пример по расчету неразветвленных цепей переменного тока.

Задача

В неразветвленной цепи переменного тока с сопротивлениями (рисунок 14) R ₁= R ₂= 2 Ом, Х _L₁ = 4 Ом, Х _L₂ = 5 Ом, Х _С1 = 4 Ом,

Х _С2 =2 Ом, подведенное напряжение U = 220 В.

Рисунок 14

Определить: Z (полное сопротивление цепи), Сos φ, Sin φ, S, P

и Q (полную, активную и реактивную мощности), I (ток цепи). Построить в масштабе векторную диаграмму.

Решение

1. Находим полное сопротивление цепи

Z =

где R = R₁ + R₂= 2 + 2 = 4 – арифметическая сумма всех активных сопротивлений, Ом;

Х _L = Х _L₁ + Х _L₂ = 4 + 5 = 9, X _C = X _C₁+ X _C₂ = 4 + 2 = 6 – арифметические суммы однотипных индуктивного и емкостного сопротивлений, Ом.

Подставляем полученные значения в формулу.

Z = = = 5 Ом

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

I = U / Z = 220 / 5 = 44 А

3. Из треугольника сопротивлений следует: Сos φ = R / Z = 4 / 5 = 0,8;

Sin φ= =(9 – 6) / 5 = 0,6

По таблицам тригонометрических величин найдем значения угла сдвига фаз: φ = 36⁰

4. Подсчитываем мощности:

полная мощность S = U· I = 220 · 44 = 9680 ВА = 9,6 кВА

активная Р = S ·Сos φ = 9680 · 0,8 = 7744 Вт =7,744 кВт

реактивная Q = S· Sin φ = 9680· 0,6 = 5808 вар = 5,808 квар

При построении векторных диаграмм тока и напряжений следует исходить из следующих условий:

· ток одинаков для любого участка цепи, т. к. разветвлений в ней нет;

· на каждом сопротивлении при прохождении тока создается падение напряжения, значение которого определяют по закону Ома для цепи и называют напряжением на данном сопротивлении: U_А = I ·R – на активном, U_L = I ·Х _L – на индуктивном; U_С= I ·Х _С– на емкостном.

Построение векторной диаграммы

1. Выписываем значение тока и напряжений: I= 44 А; U _L₁ = I ·Х _L₁= 44· 4 = 176 В; U_А1 = I· R₁ = 44 · 2 = 88 В; U_L₂= I ·Х _L₂ = 44 ·5 = 220 В; U_А2 = I ·R₂=

44 · 2 = 88 В; U_c₁=I ·Х _С1 = 44 · 4 = 176 В; U_С2= I· Х _С2= 44 · 2 = 88 В.

2. Исходя из размеров бумаги (миллиметровки, или тетрадного листа в клетку), задаемся масштабом по току и напряжению. Для рассматриваемого примера принимаем масштаб: по току m _I= 10 А /см, по напряжению

m _U =44 В/ см. Тогда длины векторов ℓ следующие:

длина вектора тока

ℓ_I = I / m _I = 44 / 10 = 4,4 см;

длины векторов напряжений

ℓ _U _L₁ = U _L₁ / m _U = 176 В / 44 В / см = 4 см;

ℓ _U _L₂ = U _L₂ / m _U = 220 В / 44 В / см = 5 см

ℓ _U_{С 1}= U_С1/ m _U = 176 В /44 В/см = 4 см

ℓ _U_{А 1}= U_А1/ m _U = 88 В / 44 В / см = 2 см

ℓ _U_{А 2}= U_А2/ m _U = 88 В / 44 В / см = 2 см

ℓ _U_{С 2}= U_{С 2}/ m _U = 88 В / 44 В см = 2 см

3. Выполняем построение диаграммы в такой последовательности:

а) за начальный принимается вектор тока, так как ток имеет одинаковое значение для всех участков цепи.

Строим этот вектор горизонтально в масштабе (рисунок 15)

Рисунок 15

Далее следует строить векторы напряжений на каждом сопротивлении с учетом сдвига фаз относительно вектора тока.

При этом целесообразно придерживать схемной (рисунок 14) последовательности расположения сопротивлений и напряжений на них.

U_L₁→ U_А1 → U_L₂→U_А2 → U_С1 →U_С2;

б) вектор напряжения на первом индуктивном сопротивлении строим от начало вектора тока под углом 90⁰ в сторону опережения этого вектора (вверх) (рисунок 16)

Опережение или отставание вектора определяется характером нагрузки и принятым направлением вращения векторов против часовой стрелки;

в) вектор напряжения на первом активном сопротивлении U_А1строим от конца вектора U_L₁, параллельно вектору тока, т. к. между этими векторами I и U_А1сдвига фаз нет (рисунок 17)

m _U = 44 В / см m _U = 44 В / см

ℓ _U _L₁ = 4см ℓ _U_{А 1} = 2см

Рисунок 16 Рисунок 17

г) вектор напряжения на втором индуктивном сопротивлении U_L₂ строим от конца вектора U_А1в сторону опережения на 90⁰ (вверх) (рисунок 18)

m _U = 44 в / см m _U = 44 в / см m _U = 44 в / см

ℓ _UL₂ = 5см ℓ _U_{А 2} = 5см ℓ _U_{С 1} = 4см

ℓ _U_{С 2} = 2см

Рисунок 18 Рисунок 19 Рисунок 20

д) вектор напряжения на втором активном сопротивлении U_А2строим от конца вектора U_L₂ параллельно вектору тока аналогично построению вектора U_А1(рисунок 19).

е) векторы напряжений на первом и втором емкостных сопротивлений U_С1и U_С2 строим от конца вектора U_А2 под углом 90 ⁰ в сторону отставания от вектора тока (вниз) (риcунок 20).

ж) вектор полного напряжения U находим геометрическим сложением векторов по правилу многоугольника; начало принятого за первый вектор U_L₁соединением с концом последнего вектора U_С2 (рисунок 21).

Угол между векторами тока I и общего (приложенного) напряжения U обозначают φ и называют углом сдвига фаз данной цепи.

Рисунок 21

Проверка:

Следует проверить аналитическое решение и построение векторной диаграммы путем их сопоставления следующим образом.

1. Проверка угла φ производится с помощью транспортира и сравнением полученного угла в градусах с расчетным значением решения в данном случае по расчету φ = 36 ⁰ по диаграмме этот угол также равен φ = 36 ⁰.

2. Проверка значения приложенного напряжения по диаграмме длина этого вектора ℓ _U = 5 см, значение напряжения

U = ℓ _U ·m _U = 5 см · 44 В / см = 220 В,

что соответствует условием задачи. Значит, диаграмма построена верно. В случае значительных расхождений при такой проверке следует найти ошибку.

4 Экзаменационные вопросы

1. Определение и изображение электрического поля. Закон Кулона.

2. Напряженность электрического поля. Электрическое напряжение.

3. Электроизоляционные материалы.

4. Электрическая емкость. Плоский конденсатор. Соединение конденсаторов. Энергия электрического поля.

5. Преобразование электрической энергии в тепловую энергию.

6. Электрическая цепь, электрический ток, сила тока.

7. Проводниковые материалы. Зависимость сопротивления от температуры.

8. Закон Ома для участка и полной электрической цепи.

9. Способы соединения сопротивлений.

10. Законы Кирхгофа.

11. Электрическое сопротивление. Проводимость.

12. Энергия и мощность электрической цепи, их единицы измерения.

13. Магнитная индукция и магнитная проницаемость.

14. Магнитные материалы, применяемые в электрических приборах и машинах.

15. Действие магнитного поля на проводник с током.

16. Классификация измерительных приборов, классы точности.

17. Расширение пределов измерения приборов в цепях переменного и постоянного тока.

18. Измерение тока, напряжения, сопротивления.

19. Ваттметр, электрический счетчик, способ включения в цепь переменного тока.

20. Приборы электромагнитной системы,устройство, принцип действия, достоинства и недостатки.

21. Приборы магнитоэлектрической системы, устройство, принцип действия, достоинства и недостатки.

22. Приборы электродинамической системы, устройство, принцип действия, достоинства и недостатки.

23. Получение однофазного переменного тока.

24. Переменный ток. Амплитудное, действующее и мгновенное значение величины переменного тока, период, частота, фаза, сдвиг фаз.

25. Цепь с последовательным соединением активного и индуктивного сопротивления.

26. Электрическая цепь с последовательным включением активного и емкостного сопротивления.

27. Цепь с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. Условия резонанса напряжений.

28. Условия и принцип действия трехфазных синхронных электрических двигателей.

29. Треугольник сопротивления и мощности при последовательном соединении R,L,C.

30. Понятие об электроприводе, структурная схема. Режимы работы электродвигателей.

31. Электрическая цепь с параллельным включением активного, индуктивного и емкостного сопротивления. Резонанс токов.

32. Передача и распределение электрической энергии.

33. Активная, реактивная и полная мощность электрической цепи

34. Принципы получения трехфазной ЭДС

35. Транзистор. Устройство, назначение и принцип действия. Условное обозначение.

36. Соединение электроприемников в «звезду». Линейные, фазные токи и напряжения.

37. Двух – полупериодная схема выпрямления с использованием средней точки вторичной обмотки трансформатора.

38. Соединение электроприемноков в «треугольник». Линейные и фазные токи и напряжения.

39. Устройство и принцип действия трансформаторов и автотрансформаторов.

40. Электрическая схема реверсивного магнитного пускателя.

41. Источники света и осветительная аппаратура на строительной площадке

42. действие электрического тока на организм человека.

43. Виды электрической сварки.

44. Использование сварочных аппаратов в строительных технологиях..

45. Особенности работы электрооборудования грузоподъемных машин.

46. Простейшие схемы электроснабжения.

47. Защитное заземление и зануление.

48. Требования к крановым электродвигателям.

49. Классификация электрических машин.

50. Классификация электрических сетей.

51. Трансформаторные подстанции и особенности их размещения на строительной площадке.

5 Список рекомендуемой литературы

1. Зайцев В.Е. Нестерова Т.А. Электротехника. Электроснабжение, электротехнология и электрооборудование строительных площадок. М.: Мастерство, 2001.

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

3. Зайцев В.Е., Нестерова Т.А. «Задания на лабораторные работы по электронике». Смоленск, 1966.

4. Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника. М.: Высшая школа.

5. Чикаев Д.С., Федуркина М.Д. Электрооборудование строительных машин и энергоснабжение строительных площадок.

6. Рабинович Э.А. Сборник задач по общей электротехнике. М.: Стройздат, 1981.

7. elec_umk.zip