методичка 150411

Министерство общего и профессионального образования
Свердловской области
ГБОУ СПО СО «Богдановичский политехникум»
Электротехника и электроника
Методические указания по дисциплине и задания для контрольных работ
для студентов – заочников по специальности
150411 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования»
Богданович
2011
Рассмотрено профильной цикловой комиссией
дисциплин
Протокол № ___
от «____»_________20____ г.
Утверждено
методическим советом
ГОУ СПО СО «БПТ»
Протокол № 3
от «12»января 2012 г.
Составитель:
Кудряшова Т.А., преподаватель специальных дисциплин первой квалификационной категории ГОУ СПО СО «БПТ», г. Богданович
Методические указания составлены в соответствии с примерной (рабочей)
программой по дисциплине «Электротехника и электроника» по специальности
150411 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования»
Пособие содержит тематическое планирование дисциплины вопросами для самопроверки, требования к выполнению и оформлению контрольных работ, перечень экзаменационных вопросов по дисциплине. В пособии также приведены
примеры решения задач и варианты контрольных работ.
Пособие предназначено для студентов-заочников средних специальных
учебных заведений по специальности 150411 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования»
2
СОДЕРЖАНИЕ
Пояснительная записка…………………………………………………………..
Общие методические указания……………………………………………….….
Содержание учебной дисциплины………………………………………………
Введение………………………………………………………………………
Раздел 1. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА ……………………………………………..
Раздел 1. ЭЛЕКТРОНИКА …………………………………………………..
Методические указания к контрольной работе ..……………………………….
Задания на контрольную работу ……………………………………………………
Экзаменационные вопросы……………………………………………………
4
5
9
9
9
16
20
31
51
3
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Студенты специальности изучают общепрофессиональную дисциплину
«Электротехника и электроника» на 1 курсе.
При освоении дисциплины студенты знакомятся с процессами происходящими в электрических цепях постоянного и переменного тока; изучают устройство и
принципы действия электроизмерительных приборов, электрических машин и
трансформаторов; полупроводниковых приборов и устройств.
Данное пособие состоит из трех разделов:
 Методические указания по дисциплине
 Задания для контрольных работ
 Экзаменационные вопросы
Методические указания по дисциплине включают содержание дисциплины с
вопросами для самопроверки по каждой теме, перечень лабораторных и практических работ, обязательных для выполнения, список рекомендуемой литературы
Задания для контрольных работ содержат методические указания и примеры
решения типовых задач, а также варианты контрольных работ.
Контрольная работа составлена в 30 вариантах и состоит в решении задач
расчетного и расчетно-графического характера.
Требования и указания по выполнению, оформлению и оцениванию контрольных работ приведены в разделе «методические указания по дисциплине»
К экзаменам допускаются студенты, получившие «зачет» по контрольной,
лабораторным и практическим работам. Лабораторные и практические работы выполняются во время экзаменационных сессий под руководством преподавателя, а
контрольная работа – в межсессионный период самостоятельно.
4
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Для студента-заочника основным методом изучения предмета является самостоятельная работа с учебником. Учеба должна быть систематической и проводиться по индивидуальному плану, составленному самим заочником в соответствии с
учебным графиком.
Изучая каждый раздел программы, необходимо понять физическую сущность
явлений, усвоить основные понятия об электрических величинах, а так же закономерности, определяющие связь и зависимость между ними, научиться производить
расчеты.
Нельзя ничего оставлять непонятным при изучении предмета; если самому
преодолеть затруднения не удается, необходимо обратиться за консультацией к преподавателю. Серьезное внимание должно быть уделено вопросам для самопроверки,
а так же разбору решений типовых задач, помещенных в настоящем пособии (см.
методические указания с примерами решения типовых задач)
Программой дисциплины предусмотрено выполнение лабораторных и практических работ. Лабораторные работы выполняются в сроки, предусмотренные учебным графиком. По каждой работе составляется отчет, по установленной форме.
Перечень лабораторных и практических работ приведен ниже.
Цель контрольной работы
Целью контрольной работы является развитие у студентов самостоятельного
творческого мышления в области теории и расчета электромагнитных и электромеханических преобразователей энергии.
Знание и понимание предмета, умение применять свои знания на практике, а
главное, самостоятельное творческое мышление студента наиболее полно выявляется при решении им специально подобранных задач. Поэтому для каждого студента
умение решать задачи является одним из главных требований при изучении дисциплины.
К решению каждой задачи контрольной работы следует приступать только после изучения соответственного раздела теоретического курса в объеме учебной программы по одному из рекомендованных в ней учебников.
Перед самостоятельным решением задачи контрольного задания рекомендуется разобрать ход решения нескольких типовых задач.
При таком подходе к изучению дисциплины знание и понимание предмета
трансформируется в специфическое сознание и развивается самостоятельное аналитическое творческое мышление.
5
Требования к выполнению и оформлению контрольной работы.
1.
Студенты специальности 150411 выполняют одну домашнюю контрольную
работу.
2.
Вариант контрольной работы определяется первой буквой фамилии и последней цифрой номера личного дела (шифра) студента. Например: студент Соколов И.
П. имеет номер личного дела 356. Его вариант С/6. По первой букве фамилии в таблице 1 находит номера задач, которые он должен решать: для контрольной работы
это будут задачи 2, 7, 12, 17, 21.
Таблица 1
Первая буква фамилии
АЕЛРХЭ
БЖМСЦЮ
ВЗНТЧЯ
ГИОУШ
ДКПФЩ
Номера задач
1, 6, 11, 16, 21
2, 7, 12, 17, 21
3, 8, 13, 18, 21
4, 9, 14, 19, 21 .
5, 10, 15, 20, 21
3.
Контрольная работа выполняется в отдельной ученической тетради в клетку
или на листах формата А4 на обложке должны быть написаны: название контрольной работы, фамилия, имя, отчество студента
4.
На каждой странице должны быть оставлены поля шириной не менее 3 см. для
замечаний рецензента, а в конце работы 2-3 страницы для рецензии и работы над
ошибками. При оформлении контрольной работы студент не должен пользоваться
красными или зелеными чернилами или пастой.
5.
Приступая к решению задачи, студент должен изучить ее условие; уяснить,
какие величины являются заданными и какие искомыми; записать условие задачи
полностью без сокращений; вычертить электрическую схему, соответствующую
условию задачи, и показать на ней заданные и искомые величины, а также направление токов. Контрольное задание выполняется чернилами, графическая часть задания (схемы, кривые, векторные диаграммы) – карандашом с применением чертежных инструментов. При выполнении схем необходимо пользоваться условными
графическими обозначениями, установленными ГОСТами.
6.
Решение задач должно сопровождаться краткими пояснениями.
7.
Текст, формулы, числовые выкладки должны быть четкими без помарок.
Цифровая подстановка в уравнении должна даваться один раз без промежуточных
сокращений и расчетов. Численное значение каждого символа должно обязательно
занимать то же место в формуле, что и сам символ. Все расчеты необходимо вести в
системе СИ. Буквенные обозначения единиц измерения ставятся только возле окончательного результата и в скобки не заключаются, например, 120В, 13А, 100Вт.
8.
В конце контрольной работы необходима подпись автора и дата выполнения
работы и список литературы, которым пользовался студент при выполнении домашней контрольной работы.
6
9.
Если контрольное задание не зачтено, студент обязан исправить ошибки, указанные преподавателем, и представить его на повторную рецензию. При возникновении затруднений при выполнении контрольной работы, студент может обратиться
в техникум, для получения консультации.
10. Контрольная работа, выполненная не в полном объеме, не по заданному варианту, небрежно, неразборчивым почерком возвращаются студенту без рецензии, с
указанием причин возврата на титульном листе.
11. Студенты, не сдавшие на проверку до начала сессии соответствующих решенных контрольных заданий и не имеющих зачет по лабораторным работам к сдаче
экзамена не допускаются.
Таблица 2 - Тематический план
тема
Наименование темы
Введение
Раздел 1 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Электрические цепи постоянного
1.1
тока
1.2 Электромагнетизм
1.3 Цепи переменного тока
Электрические измерения и элек1.4
троизмерительные приборы
1.5 Трансформаторы.
Электрические машины перемен1.6
ного тока
Электрические машины постоян1.7
ного тока
1.8 Основы электропривода
Передача и распределение элек1.9
троэнергии
Раздел 2 ЭЛЕКТРОНИКА
2.1 Полупроводниковые приборы
2.2 Электронные выпрямители
2.3 Электронные усилители
ИТОГО ПО ДИСЦИПЛИНЕ:
Всего
часов
Лабораторные работы
Практические занятия
0,5
15
6
4
3
2
1
4
3
0,5
1,5
1,5
1
1
1
1,5
1
1
1
1
2,5
1,5
0,5
0,5
18
1
1
7
4
7
Таблица 3 – Перечень лабораторных работ
№ п/п
Темы лабораторных работ
1.1
Определение значения сопротивления методом амперметра и
вольтметра.
Определение работы и мощности постоянного тока.
Проверка закона Ома при последовательном соединении R,L,C
Определение коэффициента мощности трехфазных цепей при
соединении в « звезду» и «треугольник».
Определение необходимого сечения проводов и потерь напряжения в проводах
Исследование полупроводникового диода
ИТОГО
1.1
1.3
1.3
1.9
2.1
Кол-во
часов
1
1
1
2
1
7
Таблица 4 – Перечень практических занятий
№ п/п
1.5
1.6
1.7
1.8
Темы практических работ
Расчет параметров трансформатора
Расчет параметров асинхронного двигателя
Расчет параметров машины постоянного тока
Выбор аппаратуры управления и защиты
Кол-во
часов
1
1
1
1
ИТОГО
4
Рекомендуемая литература:
1.
Данилов И. А. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. пособие
для студ. неэлектротехн. спец. средних спец. учеб. заведений. - /И.А.Данилов, П.М.
Иванов.- М.: Мастерство, 1998. – 752с.
2.
Чумаченко Ю.Т. Электротехника и электрооборудование автомобилей: Учеб.
пособие /Ю.Т. Чумаченко, А.А. Федорченко. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 384с.
3.
Попов В. С. Общая электротехника с основами электроники: Учебник для
техникумов. - /В.С. Попов, С.А. Николаев. - М.: «Энергия», 1977. – 568с.
4.
Березкина Т.Ф. Задачник по общей электротехнике с основами электроники.
/Т. Ф. Березкина, Н.Г. Гусев, В.В. Масленников. -М., Высшая школа, 1998. - 384с.
5.
Кацман М.М. Электрические машины: Учеб. для учащихся электротехн. спец.
техникумов. - /М.М. Кацман. - М.: Высшая школа, 1990. - 463с.
6. Кацман М.М. Сборник задач по электрическим машинам: Учеб. пособие для
студентов учреждений сред. проф. образования. - /Марк Михайлович Кацман. - М.:
Издательский центр «Академия», 2003. - 160с.
8
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Определение электротехники как отрасли науки и техники, решающей задачи
преобразования и передачи энергии и информации. Этапы развития электротехники.
Сведения о содержании предмета. Значение электротехнической подготовки
в формировании материалистического мировоззрения специалистов среднего звена
и в освоении ими современной техники и передовой технологии.
РАЗДЕЛ 1 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ТЕМА 1.1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электрическая цепь и её элементы. Электрический ток, электродвижущая
сила и электрическое напряжение. Электрическое сопротивление и электрическая
проводимость.
Закон Ома Электрическая энергия и мощность. Преобразование электрической энергии в тепловую.
Электрические цепи с последовательным, параллельным и смешанным
соединением электроприемников. Первый закон Кирхгофа. Второй закон Кирхгофа.
Понятие о расчете сложных электрических цепей.
Лабораторная работа 1. Определение значения сопротивления методом амперметра и вольтметра.
Лабораторная работа 2. Определение работы и мощности постоянного тока.
Литература: [1]: §§2.1-2-9; [2]: глава 2; [4]: (задачи 2.1- 2.5).
Вопросы для самопроверки
1.
Что называется электрическим током?
2.
Что такое электрическая цепь?
3.
Какие существуют источники питания?
4.
Каково различие между ЭДС и напряжением источника?
5.
Что называется мощностью электрического тока, в каких единицах она измеряется?
6.
По каким формулам можно подсчитать работу электрического тока?
7.
Что такое баланс мощностей в замкнутой электрической цепи?
8.
Как читается и записывается закон Ома для участка и всей цепи?
9.
Что называется электрическим сопротивлением?
10. От каких величия зависит сопротивление проводника?
11. От чего зависит количество тепла, выделяемое током в проводнике?
12. Какими свойствами характеризуется последовательное соединение
сопротивлений?
13. Сформулируйте первый закон Кирхгофа.
9
14. Как определить эквивалентное сопротивление при параллельном соединении?
15. Что такое сложная цепь?
16. Сформулируйте второй закон Кирхгофа
ТЕМА 1.2 ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Магнитное поле электрического тока Изображение магнитного поля магнитными линиями. Зависимость между направлением линий и направлением тока Правило буравчика
Электромагнитная сила, действующая на провод с током, помещенный в однородное магнитное поле. Магнитная индукция. Правило левой руки.
Магнитный поток. Магнитная проницаемость среды. Напряженность магнитного поля.
Намагничивание ферромагнитных материалов. Магнитный гистерезис. Величина и направление силы, действующей на электрон, движущийся в магнитном поле.
Перемещение прямолинейного проводника в магнитном поле под действием
внешних сил. Явление электромагнитной индукции. ЭДС электромагнитной индукции Правило правой руки. Наведенный электрический ток в проводнике, сила торможения, действующая на проводник. Преобразование механической энергии в
электрическую. Принцип действия электрического генератора Перемещение прямолинейного провода с электрическим током в магнитном поле под действием силы
поля. Встречная ЭДС электромагнитной индукции. Преобразование электрическое
энергии в механическую. Принцип действия электродвигателя. ЭДС электромагнитной индукции в контуре. Закон Ленца Потокосцепление. Вихревые токи. Явление
самоиндукции. Индуктивность. Взаимная индукция. Электромагниты. Применение
электромагнитов.
Литература: [1]: §§3.1-3.17; [2]: глава 3; [3]:§§ 3.1. – 3.19. [4]: (задачи 3.13.5).
Вопросы для самопроверки
1. Что называется магнитным полем, как оно себя проявляет?
2. Что называется магнитной индукцией?
3. От чего зависит электромагнитная сила, действующая на проводник с током в
магнитном поле?
4. Что характеризует абсолютная магнитная проницаемость среды?
5. Что такое напряженность магнитного поля?
6.
Какие материалы относятся к ферромагнитным и как объясняется их
намагничивание?
7. В чем сущность магнитного гистерезиса?
8. Чем отличается электромагнит от постоянного магнита?
9. В чем заключается сущность электромагнитной индукции?
10. В чем сущность явления самоиндукции?
11. Что такое вихревые токи?
10
ТЕМА 1.3 ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Переменный синусоидальный ток и его определение. Целесообразность технического использования синусоидального тока. Получение синусоидальной ЭДС. Величины, характеризующие переменный синусоидальный ток (мгновенное и максимальное значения, период,
частота, угловая частота, фаза, начальная фаза, сдвиг фаз, действующее значение). Графическое
изображение синусоидальных величин.
Особенности цепей переменного синусоидального тока. Напряжение, ток, сопротивление и
мощность в простейших электрических цепях с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Закон Ома. Векторные диаграммы и графики мгновенных значений напряжений, токов,
мощностей для этих цепей.
Электрическая цепь переменного синусоидального тока с последовательным соединением
активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. Ток; активное, индуктивное, емкостное и
общее напряжение. Векторная диаграмма напряжений. Закон Ома. Активное, индуктивное, емкостное и полное сопротивление цепи. Треугольник сопротивлений. Активная, индуктивная, емкостная и полная мощность цепи. Треугольник мощностей. Коэффициент мощности. Анализ работы
цепи при ХL> ХC, XL < ХC и ХL = ХC (резонанс напряжений). Особенности работы и расчета цепи
при отсутствии одного из реактивных сопротивлений.
Электрическая цепь переменного синусоидального тока с параллельным соединением активно-индуктивного и емкостного сопротивлений. Векторная диаграмма токов. Разложение токов
на активные и реактивные составляющие. Общий ток цепи. Разность токов. Активная, реактивная и
полная мощности цепи. Коэффициент мощности и пути его повышения.
Понятие о трехфазных цепях и сравнение их с однофазными. Основные элементы цепи.
Устройство и принцип действия простейшего трехфазного генератора. Понятие о турбогенераторе.
Соединение обмоток генератора и потребителей звездой. Фазные и линейные напряжения.
Соотношения между ними. Равномерная и неравномерная нагрузки. Фазные и линейные токи. Соотношение между ними. Векторная диаграмма напряжений и токов. Нейтральный (нулевой) провод
и его значение. Мощность цепи.
Соединение обмоток генератора и потребителей треугольником. Фазные в линейные
напряжения. Соотношения между ними. Равномерная и неравномерная нагрузки. Фазные и линейные токи. Соотношения между ними. Векторная диаграмма напряжений и токов. Мощность цепи.
Лабораторная работа 3. Проверка закона Ома при последовательном соединении
R,L,C
Лабораторная работа 4. Определение коэффициента мощности трехфазных цепей при соединении в « звезду» и «треугольник».
Литература : [1]:§§ 5.1 -5.12; §§ 6.1 – 6.7; [2]: §§6.1 - 6.12.; §§ 7.1- 7.5; [4]: (задачи 5.1 – 55; 6.1
– 6.5).
Вопросы для самопроверки.
1.
Что называется мгновенным и амплитудным значениям переменной
величина?
2. Что называется периодом и частотой переменного тока?
3. Чем характеризуется синусоидальная величина?
11
4. Что называется начальной фазой?
5. В каком случае синусоидальные величины совпадают по фазе?
6. Что называется действующим значением переменной величины?
7. Что такое векторная диаграмма?
8. Какие сопротивления в цепи временного тока Вам известны? '
9. От чего зависит индуктивное сопротивление?
10. От каких величин зависит емкостное сопротивление?
11. Что такое полное сопротивление неразветвленной цепи переменного тока?
12. Как определяются и в каких единицах измеряются активная, реактивная и
полная мощности переменного тока?
13. Начертите векторную диаграмму для неразветвленной цепи с R и ХL > Хс.
14. Что такое коэффициент мощности?
15. При каких условиях в цепи возникает резонанс напряжений?
16. Как определить общий ток в разветвленной цепи переменного тока?
17. Каковы условия возникновения резонанса токов?
18. Что называется трехфазной системой переменного тока?
19. Начертите схему соединения обмоток генератора звездой.
20. Какие существуют соотношения между линейными и фазными
напряжениями и токами при соединении в звезду?
21. Начертите схему соединения обмоток генератора треугольником.
22. В чем заключается роль нулевого провода?
23. Как определяются линейные токи при равномерной и неравномерной нагрузках соединенных треугольником?
24. Напишите формулы для определения активной, реактивной и полной мощностей трехфазного тока
ТЕМА 1.4 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Основные понятия. Классификация измерительных приборов. Основные требования, предъявляемые к измерительным приборам. Относительная и приведенная
погрешность. Измерительные приборы магнитоэлектрической системы, применение
их для измерения тока и напряжения. Расширение пределов измерений амперметров
и вольтметров. Шунты и добавочные сопротивления. Достоинства и недостатки
приборов магнитоэлектрической системы.
Измерительные приборы электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем, применение их для измерения тока и напряжения. Измерение
мощности. Электродинамический и ферродинамический ваттметры и схемы их
включения.
Измерение электрической энергии. Индукционные счетчики. Цифровые измерительные приборы. Измерение сопротивлений, мост для измерения сопротивлений, омметры, мегаомметры.
Понятие об измерении не электрических величин электрическими методами.
Литература: [1]: §§11.1- 11.16; [2]: §§ 8.1 – 8.8; [4]: (задачи 8.1- 8.5).
12
Вопросы для самопроверки
1.
Как работают и устроены приборы магнитоэлектрической системы?
2.
Как работают и устроены приборы электромагнитной системы?
3.
Какую мощность показывает электродинамический ваттметр при включении в цепь переменного тока?
4.
Как устроены приборы электродинамической и ферродинамической систем?
5.
Какие способы измерения сопротивлений вы знаете?
6.
Какими приборами измеряется электрическая энергия?
7.
Каково назначение датчика при измерении не электрических величин?
ТЕМА 1.5 ТРАНСФОРМАТОРЫ
Назначение трансформаторов и их применение. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.
Холостой ход трансформатора. Ток холостого хода коэффициент трансформации.
Работа трансформатора под нагрузкой. Саморегулируемость трансформатора Внешняя характеристика трансформатора и процентное измерение вторичного напряжения. Номинальные параметры трансформатора Потери мощности и коэффициент полезного действия трансформатора
Опыты холостого хода и короткого замыкания.
Трехфазные трансформаторы. Автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы.
Трансформаторы для дуговой электросварки.
Практическая работа 1. Расчет параметров трансформатора
Литература: [1]: §§7.1 -7.7; [2]: §§ 9.1 – 9.13; [3]: глава 5; [4]: (задачи 7.1 – 7.10); [5]: §§ 1.1 –
5.4; [6]: (задачи 1.5; 1.12)
Вопросы для самопроверки
1.
Каково назначение трансформаторов?
2.
Что будет, если трансформатор включить в цепь постоянного тока?
3.
Что зазывается номинальной мощностью трансформатора?
4.
Почему магнитный поток в сердечнике остается практически неизменным
при изменении нагрузки?
5.
Какие потери мощности возникают в трансформаторе при работе под
нагрузкой?
6.
Какие схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов Вы знаете?
7.
Для чего в бак трансформатора заливается масло?
8.
Чему равен КПД мощных силовых трансформаторов?
ТЕМА 1.6 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Назначение и область применения машин переменного тока. Получение вращающегося
магнитного поля. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. Обозначение выводов
обмоток статора и определение их "начал" и "концов". Схема включения обмоток.
13
Число пар полюсов вращения магнитного поля статора, частота вращения ротора, скольжение. Влияние скольжения на электрические величины ротора в процессе работы двигателя. Вращающийся момент и его зависимость от скольжения и напряжения на зажимах двигателя. Перегрузочная способность и кратность пускового момента. Механическая характеристика двигателя. Пуск
в ход асинхронных двигателей. Регулирование частоты вращения и реверсирование асинхронного
двигателя.
Потери мощности и коэффициент полезного действия асинхронного двигателя. Коэффициент мощности двигателя.
Однофазные асинхронные электродвигатели. Включение трехфазного электродвигателя в
однофазную сеть. Синхронные машины, устройство, принцип действия, область применения.
Практическая работа 2. Расчет параметров асинхронного двигателя
Литература: [1]: §§ 8.1. - 8.14; [2]: §§ 10.1 – 10.15; [3]: глава 6; [4]: (задачи 10.1 - 10.4 ); [5]: главы 10, 15; [6]: (задачи 3. 3; 3.7).
Вопросы для самопроверки
1. Как в трехфазном асинхронном двигателе создается вращающееся магнитное поле?
2. От каких величин зависит частота вращения магнитного поля?
3. Почему при включения статорной обмотки в сеть трехфазного переменного тока ротор двигателя приходит во вращение?
4. Что такое скольжение?
5. Чему равно скольжение в момент пуска?
6. Почему пусковой ток асинхронного двигателя велик?
7. Чем отличается асинхронный двигатель с фазным ротором от асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?
8. От каких величин зависит вращающий момент асинхронного двигателя?
9. Что называется перегрузочной способностью двигателя?
10.
Какие потери энергии возникают при работе асинхронного двигателя?
11. Как меняется частота вращения асинхронного двигателя при увеличении нагрузки?
ТЕМА 1.7 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Двигатели постоянного тока: схемы возбуждения, характеристики; пуск, регулирование частоты вращения, реверсирование и торможение.
Потери мощности и коэффициент полезного действия машина постоянного
тока.
Практическая работа 3. Расчет параметров машины постоянного тока
Литература: [1]: §§ 9.1 - 9.12; [2]: §§ 4.1 – 4.18, [4]: (задачи 9.1 – 9.12 ); [5] главы 24; 28;
29; [6]: (задачи 5.6; 5.7).
Вопросы для самопроверки'
1.
Каков принцип действия генератора, двигателя?
2.
Зачем нужен коллектор в машинах постоянного тока?
14
3.
Какая существует связь между ЭДС и напряжением на зажимах в генераторе и
двигателе?
4.
В чем заключается обратимость машины постоянного тока?
5.
От каких величин зависит ЭДС обмотки якоря?
6.
От каких величин зависит электромагнитный момент машин постоянного тока?
7.
В чем заключается принцип самовозбуждения генераторов постоянного тока?
8.
Начертите схемы генераторов параллельного, смешанного и независимого
возбуждения.
9.
Почему напряжение на засолах генератора параллельного возбуждения с ростом нагрузки уменьшается?
10.
Какие потери мощности возникают при работе в машинах постоянного тока?
11.
От каких величин зависит частота вращения двигателя постоянного тока?
12.
Каково назначение пускового реостата?
13.
Начертите схему двигателя параллельного возбуждения, объясните его работу.
14.
Где применяются двигатели постоянного тока?
ТЕМА 1.8 ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Понятие об электроприводе.
Уравнение движения электропривода. Механические характеристики нагрузочных устройств. Расчет мощности и выбор двигателя при продолжительном, кратковременном и повторно - кратковременном режимах. Аппаратура для управления
электроприводом.
Практическая работа 4. Выбор аппаратуры управления и защиты
Литература: [1]: §§ 13.1 - 13.4; [2]: §§ 11.1 – 11.18, [4]: (задачи 11.1 – 11.8 ).
Вопросы для самопроверки
1.
Каковы преимущества электропривода?
2.
Как влияет повышение температуры на ее работу? Что влияет на рост температуры?
3.
Каковы условия выбора мощности двигателя при различных режимах работы?
4.
Перечислите и поясните действие аппаратов ручного и дистанционного
управления?
5.
Какие виды защит используются в схемах управления электропривода?
6.
С помощью каких аппаратов реализуются различные виды защит электропривода?
7.
Какие виды тормозных устройств применяются в электроприводе?
8.
Пояснить схему управления трехфазным асинхронным короткозамкнутым
двигателем с помощью реверсивного магнитного пускателя?
ТЕМА 1.9 ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
15
Электроснабжение промышленных предприятий от электрической системы.
Назначение и устройство трансформаторных подстанций и распределительных
пунктов.
Электрические сети промышленных предприятий: воздушные ленты, кабельные линии, внутренние электрические сети и распределительные пункты, электропроводки.
Электроснабжение цехов и электросетей. Графики электрических нагрузок.
Выбор сечений проводов и кабелей по допустимому нагреву с учетом защитных аппаратов, по допустимой потере напряжение. Эксплуатация электрических установок. Защитное заземление.
Лабораторная работа 5. Определение необходимого сечения проводов и потерь
напряжения в проводах
Литература: [1]: §§ 12.1 - 12.14; [2]: §§ 12.1 – 12.4, [4]: (задача 12.1 ).
Вопросы для самопроверки
1. Объяснить схему распределения электрической энергии через распределительный пункт предприятия?
2. В чем отличие радиальной и магистральной схемы распределения электрической
энергии, в чем их достоинства и недостатки?
3. Назначение трансформаторной подстанции и распределение щитов?
4. Преимущество, недостатки и применение во ВЛЭП и КЛЭП?
5. В чем различие изоляторов на низкое и высокое напряжение?
6. Расшифровать ПРД, АППВ, ВРГ, ШР. Объяснить устройство и способ прокладки и область применения данных проводов и шнуров?
7. Объяснить порядок определения сечения провода по допустимому нагреву?
8. Составить план 2,3 комнатной квартиры. Выполнить монтажную схему прокладки выбранного Вами провода по Вашей нагрузке. Составить однолинейную схему
замещения и план разводки проводов в распределительных коробках.
РАЗДЕЛ 2. ЭЛЕКТРОНИКА
ТЕМА 2.1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Электронные приборы. Электрофизические свойства полупроводников. Собственная и примесная электропроводность полупроводников.
Выпрямительные диоды и стабилитроны: условное обозначение устройство,
принцип действия, вольт-амперные характеристики параметры, маркировка.
Биполярные транзисторы: типы, условные обозначения устройство, принцип
действия, схемы включения, характеристики параметры, маркировка, область
применения.
Тиристоры: устройство, принцип действия, характеристики, параметры,
условные обозначения, маркировка, область применения.
Полевые транзисторы: устройство, принцип действия, область применения.
16
Лабораторная работа 6 Исследование полупроводникового диода
Литература [1]:§§ 16.1-16.10; [2]: §§ 16.1 - 1612; [4]: задача 15.1.
Вопросы для самопроверки
1.
Какие носители заряда, перемещаясь, образуют ток в полупроводниках с ппроводимостью, с р - проводимостью?
2. Как образуется р-п переход, каково его основное свойство?
3.
Чем объяснить наличие тока в полупроводниковом диоде при подаче обратного напряжения?
4. Где применяются полупроводниковые диоды?
5. Как устроен транзистор?
6. Поясните принцип работы транзистора типа р-п-р.
7. Какие схемы включения транзисторов существуют?
8.
Чем объяснить отсутствие усиления по току в схеме включения транзистора с
общей базой?
9.
Укажите область практического применения транзисторов.
10. Как устроен тиристор и для чего он применяется?
11. Объясните принципиальное различие между биполярными и полевыми транзисторами.
ТЕМА 2.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Назначение, основные элементы и структурная схема выпрямителя. Однофазные одно - и двухполупериодные выпрямителя: схемы, принцип действия, графики напряжений и токов, основные соотношения между электрическими величинами в рассматриваемой схеме, выбор диодов.
Трехфазные выпрямители. Управляемые выпрямители. Работа выпрямителя
на встречный источник ЭДС /зарядка аккумуляторной батареи/. Сглаживание выпрямленного напряжения. Стабилизатор напряжения и тока.
Литература: [1]: §§18.1 – 18.6; [2]: §§ 18.1 - 18.7; [4]: задачи 17.1 – 17.3.
Вопросы для самопроверки
1.
Как работает однополупериодный выпрямитель с полупроводниковым диодом?
2. Каковы отличия двухполупериодного выпрямителя от однополупериодного?
3. В каких случаях необходимо последовательное, параллельное и смешанное соединение полупроводниковых диодов в выпрямительных схемах?
4. Как работает выпрямитель трехфазного тока?
5. Каково назначение фильтров в выпрямителях?
ТЕМА 2. 3. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Назначение, элементы, структурная схема и основные параметры усилителя.
17
Схема и принцип действия полупроводникового усилительного каскада с общим эмиттером. Напряжение смещения базы. Температурная стабилизация режима работы транзистора.
Многокаскадные транзисторные усилители и связь между каскадами.
Усилители мощности. Согласование сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением
транзистора.
Понятие об усилителях постоянного тока, импульсных и избирательных усилителях.
Литература: [1] §§ 19.1 – 19.6; [2] §§ 19.1 - 19.7; [4] задачи 18.1 – 18.6
Вопросы для самопроверки
1.
Как классифицируются электронные усилители? Приведите основные показатели работы
усилителей.
2.
Дайте определение коэффициенту усиления по напряжению, току и
3. Поясните принцип усиления напряжения.
4. Что показывает частотная характеристика?
5. Для чего применяются многокаскадные усилители?
6. Как осуществляются межкаскадные связи в схемах усилителей?
7. В чем отличие предварительного каскада усиления от оконечного каскада?
8. Приведите примеры применения усилителей постоянного тока.
18
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ
РАБОТЫ
Методические указания к решению задач 1…5
Эти задачи относятся к теме 2 "Электрические цени постоянного тока".
Решение их требует знания закона Ома, формул мощности, первого закона Кирхгофа, свойств последовательного и параллельного, соединения резисторов.
Краткие сведения о перечисленных выше понятиях
На рисунке 1 изображен резистор, представляющий участок электрической
цепи, где: U - электрическое напряжение на резисторе (участке цепи); R - электрическое сопротивление резистора (участка цепи); I - сила тока на резисторе (участке цепи).
Рисунок 1-Электрическая схема
Закон Ома для участка цепи
Между этими электрическими величинами существует строго определенная
связь. Она устанавливается законом Ома:
Сила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U
на его зажимах и обратно пропорциональна сопротивлению R этого участка цепи,
т.е.
I
U
U
, тогда U  I  R , а, R 
R
I
Единицы измерения:
тока I - А (ампер), напряжения U- В (вольт), сопротивления R - Ом (ом). Примечание:
Единицы измерения всех электрических величин, получивших название в честь ученых, пишутся с прописной (заглавной) буквы.
Мощность, потребляемая цепью
Мощность - это скорость, с которой происходит преобразование энергии. Для
участка цепи, изображенного на рисунке 1, электрическая мощность может быть
определена по формулам:
P U  I ; P  I  R ; P 
2
U2
R
Единица измерения мощности Р - Вт (ватт).
19
Первый закон Кирхгофа
На рисунке 2 показана часть электрической схемы с
электрическим узлом или точкой разветвления (см. точку
А). Это такая точка электрической схемы, где сединены
три или большее число проводов (на рисунке 2 таких
проводов 5).
Рисунок 2-Электрическая схема
Первый закон Кирхгофа устанавливает соотношение между токами в узле.
Он формулируется так: Сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов,
направленных от него. Для узла А можно написать:
I 1  I 2  I 3  I 4  I 5 или так I 1  I 2  I 3  I 4  I 5  0 , а в общем виде  I  0 т. е.
алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. При этом токи, направленные от узла, считаются отрицательными.
Последовательное соединение резисторов (рисунок 3)
Рисунок 3-Электрическая схема
Свойства этого вида соединения:
1. На всех резисторах (участках) этой цепи протекает один и тот же ток:
I  I1  I 2  I 3
2. Эквивалентное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений ее
резисторов (участков): R ýêâ  R 1  R 2  R 3
3. Напряжение на зажимах цепи равно сумме падений напряжений на ее отдельных резисторах (участках): U  U1  U 2  U 3
4. Мощность, потребляемая цепью, равна сумме мощностей потребляемых каждым из резисторов (участков): P  P1  P2  P3
При решении задач, содержащих последовательное соединение элементов,
следует учитывать не только вышеперечисленные свойства, но и правильно применять закон Ома и формулы мощности, необходимость использования которых может возникнуть как на отдельном участке, так и для всей цепи в целом. Для схемы,
изображенной на рисунке 3, они должны быть записаны в виде:
U1
R1
P1  U 1  I
I1 
U2
R2
P2  U 2  I
I2 
U3
R3
P3  U 3  I
I3 
I
U
R
P U  I
20
P1  I 2  R1
P1 
U 12
R1
P2  I 2  R2
P2 
P3  I 2  R3
U 22
R2
P3 
U 32
R3
P  I2 R
P
U2
R
Параллельное соединение резисторов (рисунок 4)
Рисунок 4-Электрическая схема
Свойства этого вида соединения:
1. На всех резисторах (участках) такой цепи действует одно и тоже
напряжение: U  U1  U 2  U 3
2. Ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов еб ветвей
I  I 1  I 2  I 3 (это следует из 1 закона Кирхгофа).
3. Полная (эквивалентная) проводимость цепи равна сумме проводимостей ее резисторов (участков): G  G1  G2  G3 или
1
1
1
1



R R1 R2 R3
4. Мощность, потребляемая цепью, равна сумме мощностей потребляемых каждым из резисторов (участков): P  P1  P2  P3
Примечание:

При определении эквивалентного сопротивления трех и большего числа резисторов рекомендуется вначале найти проводимость цепи, а
затем ее сопротивление.
G
1
1
1

 ... 
;
R1 R2
Rn
R
1
G
 При определении эквивалентного сопротивления двух резисто
ров рекомендуется применять формулу: R 
R1  R2
R1  R2
При решения задач, содержащих параллельное соединение элементов,
следует учитывать не только выше перечисленные свойства, но и правильно применять закон Ома и формулы мощности, необходимость использования которых может возникнуть как на отдельном участке, так и
для всей цепи в целом. Для схемы, изображенной на рисунке 4 они должны быть записаны в виде:
21
I1 
U
I2 
U
I3 
U
I
U
R
R1
P1  U  I 1
R2
P2  U  I 2
R3
P3  U  I 3
P U  I
P1  I12  R1
P2  I 22  R2
P3  I 32  R3
P  I2 R
P1 
U2
R1
P2 
U2
R2
P3 
U2
R3
P
U2
R
Обратитесь к подобным формулам последовательного соединения.
Проанализируйте их. Разберитесь, что в них общего и чем они отличаются
друг от друга.
Пример 1
Рисунок 5-Электрическая схема
Для схемы, приведенной на рисунке 5 и представляющей смешанное соединение сопротивлений, известно, что U = 250 В, R1 = 14 Ом, R2 = 20 Ом, R3 =50 Ом, ,R4 =200 Ом, R5
=40 Ом, R6 =15 Ом и R7 =60 Ом. Определить эквивалентное сопротивление R этой цепи, ток I и
мощность Р, потребляемые цепью, а так же токи I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, напряжения U1 , U2, U3, U4, U5,
U6, U7 и мощность Р1 , Р2, Р3, Р4, Р5, Р6, Р7 на каждом резисторе. Проверьте решение задачи методом
баланса мощностей.
Перед решением примера 1 необходимо внимательно прочитать общие методические указания к решению задач 1-5 и только после этого приступить к решению.
В этом примере и в задачах 1-5 индекс тока, протекающего через резистор, индекс напряжения на нем и индекс мощности, потребляемой резистором, соответствуют индексу резистора.
Например, на рисунок 5 резистор R3 характеризуется током I3, напряжением U3, мощностью Р3 .
Схема электрической цепи, изображенная на рисунке 5, представляет собой смешанное соединение резисторов (оно состоит из последовательных и параллельных соединений элементов
схемы), эквивалентное сопротивление такой цепи находится путем постепенного упрощения схемы
и "свертывания" её так, чтобы получить одно сопротивление. При расчете токов в отдельных ветвях
схему "развертывают" в обратном порядке.
Решение
1. Резисторы R3 и R 4 соединены параллельно, поэтому их общее сопротивление:
R34 
R3  R4
50  200

 40Îì
R3  R4 50  200
Теперь схема принимает вид, показанный на рисунке 6.
22
Рисунок 6-Электрическая схема
На этой схеме выделены буквами три участка (АВ, ВС, СД), которые соединены друг с другом последовательно.
2. Резисторы R2 и R34 (см. рисунок 6) соединены последовательно, их
общее сопротивление: R2-4 = R2 + R34 = 20 + 40 = 60 Ом. Соответствующая схема
приведена на рисунке 7
Рисунок 7-Электрическая схема
3. Резисторы R234 и R5 соединены параллельно, их общее сопротивление
R BC 
R24  R5
60  40

 24Îì
R24  R5 60  40
Теперь схема цепи примет вид, приведенный на рисунке 8.
Рисунок 8-Электрическая схема
4. Резисторы R6 и R7 соединены параллельно, их общее сопротивление
RÑD 
R6  R7
15  60

 12Îì
R6  R7 15  60
Схема принимает вид, приведенный на рисунке 9.
Рисунок 9-Электрическая схема
5. Находим эквивалентное сопротивление цепи, учитывая, что RAB = R1, рисунок 10:
Рисунок 10-Электрическая схема
23
R ýêâ  R AB  R BC  R CD  14  24  12  50Îì
6. Для схемы изображенной на рисунке 10 нетрудно найти ток, потребляемый
цепью, который одновременно является током неразветвленной части цепи. На основании закона Ома
U
250

 5À
Rýêâ
50
I
7. Переходя от схемы к схеме в обратном порядке, найдем остальные токи.
Так как схема, изображенная на рисунке 9, представляет последовательное соединение участков АВ, ВС, СД, то на основании первого свойства этого вида соединения
следует, что I  I AB  I BC  I CD  5 A ; ( I1  I AB  5 A)
Используя закон Ома, найдем падение напряжения на участках АВ, BC и CD
U AB  U1  I  R1  5 14  70B
U BC  I  RBC  5  24  120 B
U CD  I  RCD  5  12  60 B
По ходу решения задачи можно проверять правильность ее решения. Так, на
основании третьего свойства последовательного соединения следует, что
U  U AD  U AB  U BC  U CD  70  120  60  250B , что соответствует заданному напряжению. Зная напряжения на участках ВС и СД, определим токи в ветвях (см рисунок 7)
8. На участке ВС резисторы R2-4 и R3 включены параллельно. На основании
первого свойства этого вида соединения следует, что U BC  U 24  U 5  120B . Применяя закон Ома, находим токи ветвей участка ВС:
I 2 4 
U 24 120

 2A ;
R24
60
I5 
U 5 120

 3A
R5
40
9. На участке СД резисторы R6 и R7 также включены параллельно, поэтому
U CD  U 6  U 7  60B и
I6 
U 6 60
U
60

 4A ; I7  7 
 1A
R6 15
R7 60
На сновании второго свойства параллельного соединения можно убедиться ни
этом этапе в правильности решения задачи, применив первый закон Кирхгофа И з
схемы (рисунок 7) следует, что: I  I1  I 24  I 5 и I  I1  I 6  I 7
Действительно: I  I1  I 24  I 5  2  3  5 A и I  I1  I 6  I 7  4  1  5 A
10. На рис. 8 видно, что на участке ВС верхняя ветвь представляет собой
последовательное соединение резисторов R2 и R34 поэтому I 24  I 2  I 34  2 A (cм.
первое свойство данного вида соединения).
11. Для определения токов резисторов R3 и R4 предварительно найдем напряжение на резисторе R34 (рисунок 6), которое эквивалентно им
U 34  I 34  R34  2  40  80 B
Так как резисторы R3 и R4 на реальной схеме (см. рисунок 5) соединены параллельно и U 34  U 3  U 4  80B , то: I 3 
U 3 80

 1.6 A ;
R3 50
I4 
U4
80

 0.4 A
R4 200
Проверка:
I 2  I 3  I 4  1.6  0.4  2 A (см. первый закон Кирхгофа и второе свойство
24
цепи с параллельным соединением).
12. При определении токов резисторов на каждом из них, кроме R2, было
определено напряжение, что требуется также по условно задачи. Осталось найти
напряжение на резисторе R2 .
Это можно сделать двумя способами: на основании закона Ома
U 2  I 2  R2  2  20  40B или на основании третьего свойства последовательного соединения. На участке ВС верхняя ветвь представляет собой последовательное соединение резисторов R2 и R34 (см рис. 6), поэтому U BC  U 2  U 34 отсюда
U 2  U BC  U 34  120  80  40B Переходим к определению мощности, потребляемой
цепью и каждым резистором в отдельности.
13. Мощность, потребляемая цепью P  U  I  250  5  1250Bò
Мощности, потребляемые каждым резистором:
P1  U1  I1  70  5  350Bò
P2  U 2  I 2  40  2  80Bò
P3  U 3  I 3  80  1,6  128Bò
P4  U 4  I 4  80  0,4  32Bò
P5  U 5  I 5  712  3  360 Bò
P6  U 6  I 6  60  4  240 Bò
P7  U 7  I 7  60  1  60 Bò
14. Проверим решение задачи на основании баланса мощностей, а это значит,
что: P  P1  P2  P3  P4  P5  P6  P7
1250  350  80  128  32  360  240  60
1250Âò  1250Âò
Вывод: Баланс мощностей сошелся, следовательно задача решена верно.
Методические указания к решению задач 6-10
Эти задачи относятся к теме ''Однофазные электрические цепи переменного
синусоидального тока". В этих цепях, так же как и в цепях постоянного тока, при
решении задач использует закон Ома, первый закон Кирхгофа, формулы мощности,
свойства последовательного и параллельного соединений. Однако из-за того, что в
переменном токе действует три вида совершенно различных по характеру сопротивлений (активное R, индуктивное ХL и емкостное ХC) форма записи законов изменяется. Иначе устанавливается связь и между однородными электрическими величинами. Так, при последовательном соединении в постоянном токе общее сопротивление было равно арифметической сумме сопротивлений, в переменном токе берется
уже геометрическая сумма R, ХL ХC. Геометрически складываются также напряжения и мощности на этих сопротивлениях.
На основании закона Ома напряжения на активном, индуктивном и емкостном
сопротивлениях могут быть определены по формулам: U R  I  R ; U L  I  X L ;
UC  I  X C
При этом следует иметь в виду, что U R — совпадает по фазе с током, U L опережает по фазе ток на 90°, U C - отстает от тока на 90°.
25
Результирующее напряжение U представляет геометрическую сумму напряжении
U R , U L и U C . На рисунке 10 представлена векторная диаграмма этих напряжений.
Рисунок 10-Векторная диаграмма
Результирующее напряжение U, которое является
напряжением, подведенным к зажимам цепи, (можно
найти не только графически в этом случае диаграмма
должна быть построена в масштабе), но и математически, на основании теоремы Пифагора: U  U R2  (U L  U C ) 2
Если каждое из напряжений на векторной диаграмме (рисунок 10) разделить
на ток I, то получится фигура, подобная векторной диаграмме, которая будет называться треугольником сопротивлений (рисунок 11) т.к.
R
U
UR
U
; XL  L ; XC  C
I
I
I
Рисунок11-Треугольник сопротивлений
Из треугольника сопротивлений следует, что
Z  R2  ( X L  X C )2
Если каждое из напряжений на векторной диаграмме
(рисунке 10) умножить на ток I, то получится фигура, подобная векторной диаграмме, которая будет называться
треугольником мощностей (рисунок 12), т. к. P  U R  I ;
QL  U L  I ; QC  U C  I
Рисунок 12- Треугольник мощностей
Из треугольника мощностей следует, что
S  P 2  (QL  QC ) 2
Используя закон Ома для каждого элемента цепи
ток можно найти по формулам:
2
P  I  R ; QL  I 2  X L ; Qc  I 2  X C ;
U C2
U R2
U L2
P
; QL 
; QC 
;
XL
XC
R
S  I  Z или S 
2
U2
Z
Из треугольника мощностей (рисунок 12) так же следует, что
P  S  cos  или P  U  I  cos 
26
Q  S  sin  или Q  U  I  sin  ,
где Q  QL  QC - результирующая реактивная мощность
Анализируя векторную диаграмму напряжений (рисунок 10), треугольник сопротивлений (рисунок 11), треугольник мощностей (рисунок12), можно сделать
вывод что при UL > UC (ХL> ХC) результирующий вектор напряжения U опережает
вектор тока I на угол φ <90°, а при UL < UC (ХL < ХC) результирующий вектор
напряжения отстает от вектора тока на угол φ
cos  
P
- называется коэффициS
ентом мощности
Особенности расчета цепи при другой комбинации элементов схемы. При отсутствии одного из реактивных сопротивлений все электрические параметры определяются по вышеприведенным формулам. При этом из них нужно исключить параметры с индексом отсутствующего элемента.
Рисунок 13-Электрическая схема
На рисунках 13 и 14 изображена цепь с последовательным соединением R и
XL, элемент XС отсутствует, поэтому U  U R2  U L 2 ; Z  R 2  X L 2 ; S  P 2  QL 2 ;
Q  QL ; sin  
UL
X
Q
; sin   L ; sin   L
U
Z
S
Рисунок 14-Электрическая схема
U  (U R1  U R 2 ) 2  U L ;
2
Z  ( R1  R2 )  X L ; S  ( P1  P2 ) 2  QL ;
U  U R2
R R
P P
; cos   1 2 ; cos   1 2 .
cos   R1
U
Z
S
2
2
Векторная диаграмма, треугольник сопротивлений и треугольник мощностей
будут иметь вид, изображенный на рисунке 15
Рисунок 15-Векторная диаграмма
Пример 2
На рисунке 16 в однофазную электрическую цепь переменного синусоидального тока напряжением U=50В включены активные R1=9Ом и R2=11Ом и ре27
активные элементы, обладающие сопротивлениями ХL = 12Ом, XC =27Ом.
Рисунок 16-Электрическая схема
Определить: ток I в цепи; напряжение
на каждом элементе цепи; активные, реактивные и полное сопротивления; угол сдвига
фаз между напряжением и током ( по величине и знаку); активные и реактивные
мощности элементов; активную, реактивную и полную мощности цепи.
Построить в масштабе векторную диаграмму напряжений. После построения
диаграммы измерить вектор суммарного напряжения и убедиться в том, что с учетом масштаба его величина равна напряжению, подведенному к зажимам цепи
Решение
1. Определить полное сопротивление цепи
Z  ( R1  R2 )  ( X L  X C ) 2  (9  11) 2  (12  27) 2  25Îì
2. Определить ток цепи
I
U 50

 2A
Z 25
3. Определяем падение напряжения:
на активном сопротивлении R1 U R1  I  R1  2  9  18B
на активном сопротивлении R2 U R2  I  R2  2 11  22B
на индуктивном сопротивлении U L  I  X L  2 12  24B
U C  I  X C  2  27  54 B
на емкостном сопротивлении
4. Определяем угол сдвига фаз между напряжением и током
cos  
X  X C 12  27
R1  R2 9  11

 0,8 ; sin   L

 0,6
Z
25
Z
25
  36,9 0
5. Определяем активную мощность цепи
P  P1  P2  I 2  ( R1  R2 )  2 2  (9  11)  80Âò
6. Определяем реактивную мощность цепи Q  U  I  sin   50  2  (0,6)  60 ÂÀð
7. Определяем полную мощность цепи S  I  U  2  50  100ÂÀ
8. Построение векторной диаграммы начинаем с выбора масштаба для тока и
напряжения. Задаемся масштабом по току и по напряжению mI  1A / cì ;
mU  10 B / cì
Здесь mI и mU - масштабные коэффициенты. Они показывают, сколько ампер
или вольт содержится в 1 см. Масштаб можно задавать и графически (см. рисунок
17).
Порядок построения
28
От точки 0 горизонтально вправо проводим вектор тока I общий для всей цепи.
В выбранном масштабе его длина будет
I 
I
2
  2ñì
mI 1
Рисунок 17-Векторная диаграмма
Вектор активного напряжения совпадает по фазе
с током, угол сдвига фаз между ними равен 0, поэтому откладываем его вдоль вектора тока от точки 0 вправо. В выбранном масштабе его длина будет
 U R1 
U R1 18

 1,8ñì
mU 10
От конца вектора UR1, откладываем вправо вдоль вектора тока вектор
активного напряжения UR2. Его длина будет
 UR2 
U R 2 22

 2,2ñì
mU
10
От конца вектора UR2 откладываем вертикально вверх вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении UL так как он опережает ток на угол 90°. Его
длина будет
 UL 
U L 24

 2,4ñì
mU 10
От конца вектора UL откладываем вертикально вниз вектор падения
напряжения UС на емкостном сопротивлении, т.к. он отстает от тока угол 90°. Его
длина будет
 UC 
U C 54

 5,4ñì
mU 10
Геометрическая сумма векторов UR1, UR2, UL и UС должна быть равна полному
напряжению U , приложенному к зажимам цепи, т.е.
U  U R1  U R 2  U L  U C
Измерив длину этого вектора, убеждаемся, что она lU = 5 см. Это значит, что с
учетом масштаба его величина будет: U  lU  mU  5  10  50Â
По условию задачи именно такое напряжение приложено к зажимам
цепи.
Примечание:
Если в выбранном масштабе вектор суммарного напряжения не будет равен
приложенному к зажимам цепи напряжению, то это будет говорить об ошибке, до29
пущенной в решении задачи или в построении векторной диаграммы. Ее нужно
найти и устранить:
Чаще всего наблюдаются ошибки, связанные с искажение масштабов при построении векторной диаграммы. Учтите это, при построении векторной диаграммы
пользуйтесь чертежным инструментом. Выполняйте диаграмму точно и аккуратно.
Методические указания к решению задач 11-15
Эти задачи относятся к трехфазным электрическим цепям переменного тока.
В трехфазных цепях потребители соединяют по схеме «звезда» или треугольник
Для её решения необходимо изучить материал, изложенный в Л 1 гл7, Л 5 гл 16,
Л 7 гл 12, Л 8 гл 20, 21.
Параллельное подключение приемников энергию, соединенных звездой и
треугольником, к трехфазной цепи.
Четырехпроводная трехфазная цепь позволяет присоединить:
а) трехфазные приемники к трем линейным проводам;
б) однофазные приемники между каждым линейным проводом и нейтральным.
Пример 3
В четырехпроводную сеть трехфазного тока (рисунок 18) с линейным напряжением U=380В включены по схеме "звезда" три группы электрических ламп накаливания одинаковой мощности. В каждой группе лампы соединены параллельно.
В среднем сопротивление одной лампы составляет 484Ом. Первая группа
Рисунок 6 – Элек-
трическая схема
Известны:
UЛ (UАВ; UВС; UСА) - линейные напряжения;
Рламп – мощность одной лампы;
РА, РВ, РС - мощности, потребляемые каждой фазой (группой ламп).
Определить:
UФ (UА; UВ; UС) - фазные напряжения;
пА; пВ; пС - число ламп в каждой фазе (группе);
I А; IВ; IС - фазные (они же линейные)токи;
Р-мощность, потребляемую цепью (всеми лампами).
30
Построить в заданных масштабах mI и mU векторную диаграмму напряжений и
токов и из нее графически определить величину тока в нулевом проводе I0.
На рисунке 18 показана трехфазная сеть, питающая две нагрузки, одна из которых соединена звездой, другая - треугольником. Система линейных напряжений
симметрична UАВ= UВС= UСА=UЛ = 380 В.
Приемник энергии, соединенный звездой, имеет мощности фаз
РА = 2200 Вт; РН = 3300 Вт; РС = 4400 Вт; коэффициент мощности
cos φ γ = 1(φ = 00).
Приемник энергии, соединенный треугольником, - симметричный, мощности
фаз РАВ = РВС = РСА = 4260 Вт; cos φ ∆ = 0.866 (φ ∆ = 300); характер нагрузки – активно – индуктивный.
Определить фазные и линейные токи нагрузок, токи в проводах линии, питающей обе нагрузки, и ток в нейтральном проводе.
Рисунок 18-Трехфазная цепь
Решение
Фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой, благодаря нейтральному проводу равны:

380

 220 В.
UА = UВ = UС = 3 1.73
Фазные (линейные) токи нагрузки, соединенные звездой,
PA
2200
I AY 

 10 A
U A cos  A 220 1
PB
3300
I BY 

 15 A
U B cos  B 220 1
I CY 
PC
4400

 20 A
U C cos  C 220 1
31
Согласно первому закону Кирхгофа для нейтральной точки N имеем:
I N  I YA  I BY  I CY
Следовательно, построив симметричную трехлучевую звезду фазных напряжений и
отложив вдоль этих напряжений соответствующие фазные точки (так как
 A   B   C   Y  0 0 , поскольку cosY  1 ), можно, геометрически сложив эти токи,
определить вектор тока I N в нейтральном проводе (см. рисунок 19).
Рисунок 19-Векторная диаграмма
Зададимся масштабами mu
и mi .
Производим указанное построение и графическим
путем определяем
I N  l I  ml
N
Согласно условию задачи
трехфазный приемник, соединенный треугольником,
- активно-индуктивный и,
следовательно, фазные токи I АВ , I ВС , I СА , отстают по
фазе относительно вызывающих их напряжений U АВ , U ВС , U СА , соответственно
на угол    arccos 0,866  30 0 . По величине эти фазные точки равны


I  I АВ  I ВС  I СА 
Р
U cos 




4260
 13 А.
380  0,866
U л  U  380В.
причем
Соблюдая условия сдвига, длины векторов и выбранный масштаб токов m1, произ-
водим построение векторов фазных токов I АВ , I ВС , I СА .
На основании первого закона Кирхгофа, примененного в узловых точкахвершинах треугольника, имеем:

À

Â

Ñ
I  I ÀÂ  I ÑÀ ; I  I ÂÑ  I ÀÂ ; I  I ÑÀ  I ÂÑ ;
На основании этих равенств строим векторы линейных токов нагрузки, соединенной треугольником.
При симметричной нагрузке в фазах треугольника линейный ток больше фазного в 3 раз и отстает на 300 по фазе о первого из двух составляющих фазных токов
I   I А  I В  I С  3  I   1,73  13  22,5 А.
32
Проверка с помощью векторной диаграммы, например, I А  l I  mi и т.д.

А
Суммарные токи в проводах линии, питающей обе нагрузки, определяют графическим путем на основании первого закона Кирхгофа
I A  I A  I A
I А  l I  mi
I В  I В  I В
I В  l I  mi

С
IС  I  I

С
А
В
I С  l I  mi
С
где l –длина вектора тока, получена из векторной диаграммы непосредственным
измерением. Отсюда видно, что ток в нейтрально проводе непосредственно не
фигурирует в выражениях суммарных линейных токов
33
ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ № 1
Задача 1. Перед решением задачи изучите методические указания к решению задачи 1 и примеры 1, 2, 3
На рисунке 20 изображена схема сложной электрической цепи: Е1, Е2 –
э.д.с. источников энергии; R01, R02 – их внутренние сопротивления; R1, R2, R3 – сопротивления резисторов.
Числовые значения этих параметров указаны в таблице 5
Начертить схему цепи; показать направление токов в ветвях. Определить
токи ветвей I1, I2, I3. Метод расчета указан в таблице.
Проверить решение методом узлового напряжения.
Составить уравнение баланса мощностей.
Рисунок 20-Электрическая схема
Таблица 5 - Исходные данные к задаче 1
№
вар
1
Е1 ,
В
100
Е2 ,
В
90
R01,
Ом
2
R02,
Ом
1
R1,
Ом
18
R2,
Ом
9
R3,
Ом
14
2
3
90
120
87
56
0,3
0,2
0,2
0,1
1,7
4,8
14
2,8
2,8
6
4
5
160
210
68
80
2
0,5
2
0,5
15
4,5
6
3,9
3,9
4,5
6
7
80
85
180
135
3
1
2
1
19
17
4,5
14
14
13
8
9
55
105
90
120
2
2
2
3
8
18
13
7
7
13
10
11
80
110
200
120
1
0,4
1
1,7
9
14
13
24
24
6
12
13
95
76
146
34
0,5
1
2,3
1,5
2,8
6
6
30
30
17
14
15
28
120
128
60
2
0,5
2
0,3
3,9
4,5
17
20
20
30
Метод расчета
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
34
№
вар
16
17
Е1 ,
В
36
40
Е2 ,
В
90
46
R01,
Ом
0,2
0,3
R02,
Ом
0,2
2
R1,
Ом
14
13
R2,
Ом
30
10
R3,
Ом
10
12
18
19
54
45
90
87
0,7
0,9
0,5
3
7
13
12
6
6
50
20
21
78
100
56
68
0,6
2,5
1
2
24
6
50
20
20
13
22
23
90
120
80
180
2
1,7
2
1
30
17
13
4,5
4,5
6
24
25
160
210
135
90
2,3
1,5
0,4
0,5
20
30
6
14
14
30
26
27
80
85
120
200
2
0,3
1
2
10
12
2,8
1,7
10
12
28
29
55
105
120
146
0,2
2
0,5
2
6
50
15
4,5
6
50
30
80
34
0,5
0,3
20
19
20
Метод расчета
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Метод узловых и контурных
уравнений
Метод контурных токов
Задача 2. Перед решением задачи изучите методические указания к решению задачи 2 и пример 4.
На рисунках 14. 15, 16 в однофазную электрическую сеть переменного синусоидального тока включены активные и реактивные элементы, обладающие
сопротивлениями.
Определить: ток I в цепи;напряжение на каждом элементе цепи; активные,
реактивные и полное сопротивления; угол сдвига фаз между напряжением и током
( по величине и знаку); активные и реактивные мощности элементов; активную,
реактивную и полную мощности цепи.
35
Рисунок 14
Рисунок 15
Рисунок 16
Построить в масштабе векторную диаграмму напряжений. После
построения диаграммы измерить вектор суммарного
напряжения и убедиться в
том. что с учетом масштаба его величина равна напряжению, подведенному к зажимам цепи. Данные для своего варианта возьмите в таблице 6.
Таблица 6 - Исходные данные к задаче 2
№
вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
№ рисунк
14
15
16
14
15
16
14
15
16
14
15
16
14
15
16
14
15
16
14
U,
В
90
200
120
195
140
180
150
175
175
160
120
150
135
UR1 ,
В
60
90
68
60
54
45
-
UR2 ,
В
60
66
40
80
42
75
-
I,
А
9
8
7
6
5
4
3
Р,
Вт
648
576
784
540
700
288
324
S,
ВА
240
260
280
300
320
430
-
R,
Ом
36
52
42
60
48
51
-
XL,
Ом
60
16
70
20
84
32
-
XC,
Ом
80
12
39
55
36
14
21
65
64
20
30
100
36
№
вариант
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
№ рисунк
15
16
14
15
16
14
15
16
14
15
16
U,
В
140
80
125
200
170
200
165
-
UR1 ,
В
52
30
70
48
-
UR2 ,
В
32
45
32
84
-
I,
А
2
8
4
-
Р,
Вт
96
1280
528
-
S,
ВА
360
380
400
440
R,
Ом
54
76
60
88
XL,
Ом
100
13
120
33
XC,
Ом
28
28
20
70
68
40
33
99
Задача 3. Перед решением изучите методические указания к решению задачи 3 и пример 5.
На рисунке 11 показана трехфазная сеть, питающая две нагрузки, одна из которых соединена звездой, а другая – треугольником. Система линейных напряжений
симметрична UАВ = UВС = UСА = Uл
Определить:
а) фазные и линейные токи обеих нагрузок;
б) токи в проводах линии, питающей обе нагрузки;
в) ток в нейтральном проводе;
г) активную и реактивную мощности каждой из нагрузок и всей установки.
В масштабе построить векторную диаграмму токов и напряжений.
Задачу решить графическим методом.
Все необходимые данные приведены в табл. 7.
Указания:
1. См. решение типовой задачи 2.
2. Нагрузка, коэффициент мощности которой cos φ не равен единице, имеет активно-индуктивный характер.
Таблица 7 - Исходные данные к задаче 3
Варианты
1
2
3
4
5
6
7
U
В
380
380
660
220
380
380
2200
Приемник энергии, соединенный «звез- Приемник энергии, соединенный
дой»
«треугольником»
ZN
мощности фаз в Вт и коэффици- мощности фаз в Вт и коэффициент мощности
ент мощности
Ом
0
∞
∞
0
0
∞
0
РА
4400
4200
7600
4400
6600
6600
2200
РВ
3300
4200
7600
3800
5700
6600
3300
РС
3300
4200
7600
5700
4400
6600
1100
CosφY
1
0,707
0,8
1
1
0,6
1
РАВ
3800
3000
5700
4000
5200
7000
3800
РВС
3800
4000
6000
4000
5200
6500
3800
РСА
3800
4500
7200
4000
5200
6000
3800
Cos φΔ
0,5
1
1
0,6
0,8
1
0,707
37
Варианты
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
U
В
660
380
660
380
380
660
220
380
380
220
660
380
660
380
380
660
220
380
380
220
660
380
660
Приемник энергии, соединенный «звез- Приемник энергии, соединенный
дой»
«треугольником»
ZN
мощности фаз в Вт и коэффици- мощности фаз в Вт и коэффициент мощности
ент мощности
Ом
∞
0
∞
0
∞
0
∞
0
∞
0
∞
0
∞
0
∞
0
∞
0
∞
0
∞
0
∞
РА
7000
4400
3800
4400
2200
3800
3800
4200
7600
3300
6600
7600
7000
3300
1300
7000
2600
1300
5700
3300
4400
4200
3300
РВ
7000
3300
3800
4200
2200
6600
3800
1100
7600
2200
6600
2600
7000
4200
1300
4200
2600
2200
5700
2600
4400
1100
3300
РС
7000
2200
3800
3300
2200
1100
3800
3300
7600
6600
6600
3300
7000
2200
1300
2700
2600
4400
5700
1300
4400
6600
3300
CosφY
0,707
1
0,5
0,6
1
0,5
0,707
1
1
0,6
1
0,707
1
0,5
0,8
1
0,6
1
0,5
0,707
1
0,8
0,6
РАВ
5700
4800
6600
6000
5200
7000
4200
5200
3300
3300
7600
2600
3300
4200
7000
2700
1300
5700
3300
1300
4400
4200
3800
РВС
7600
4800
3300
6000
3800
7000
1100
5200
2200
3300
2600
2600
4200
4200
4200
2700
2200
5700
2600
1300
1100
4200
6600
РСА
5700
4800
6600
6000
7200
7000
3300
5200
6600
3300
3300
2600
2200
4200
2700
2700
4400
5700
1300
1300
6600
4200
1100
Cos φΔ
1
0,866
1
1
0,8
1
1
0,6
0,5
1
0,707
1
0,6
1
1
0,5
1
0,6
1
1
0,8
1
1
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ №2
Методические указания к решению задачи 1
Эта задача относится к разделу «Трансформаторы». Для её решения необходимо знать устройство, принцип действия, основные соотношения между электрическими величинами для однофазных трансформаторов.
Каждый трансформатор рассчитывается на номинальный режим работы, который соответствует загрузке 100 %. Величины, относящиеся к этому режиму, называются номинальными и указываются в паспорте и на специальной табличке на корпусе
трансформатора. К таким величинам относятся:
Sном — номинальная мощность - это полная мощность, которую трансформатор,
установленный на открытом воздухе, может непрерывно отдавать в течение
всего срока службы (20-25 лет) при номинальном напряжении и при максимальной и среднегодовой температуре окружающего воздуха, равных соответственно 40 и 5°С.
38
U1ном - номинальное напряжение, на которое рассчитана первичная
обмотка трансформатора.
U 2ном - номинальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, это
напряжение на выводах вторичной обмотки при холостом ходе и номинальном первичном напряжении
I 1ном, I 2 ном - первичный и вторичный токи. Это токи полученные по номинальной мощности и номинальным напряжениям
Определение номинальных токов для однофазного трансформатора
I 1ном 
S ном
;
U 1ном
I 2 ном 
S ном
U 2 ном
Трансформатор обычно работает с нагрузкой меньше номинальной, определяемой коэффициентом нагрузки Кнг. Если трансформатор с Sном = 400 кВА отдает
мощность S2 = 320 кВА, то Кнг = S2/ Sном = 320/400 = 0,8 .
Значения отдаваемых трансформатором активной и реактивной мощностей зависят от
коэффициента мощности потребителя cosφ2 например, при Sном = 400 кВ А, Кнг= 0,8 и
cosφ2 = 0,85 отдаваемая активная и реактивная мощности составят
Р2 = Кнг. . Sном . cosφ2 = 0,8 • 400 • 0,85 = 272 кВт,
Q2 = Кнг. . Sном . sinφ2 = 0,8 • 400 • 0,53 = 169 кВАр.
Пример 6
К электрической сети напряжением 220В необходимо подключить через понижающий однофазный трансформатор 5 ламп накаливания мощностью по 60 Вт каждая,
рассчитанные на пониженное напряжение 24В. Коэффициент мощности ламп
cosφ=1. Используя таблицу 6, подобрать необходимый для работы трансформатор.
Определить рабочие и номинальные токи обмоток трансформатора, коэффициент
трансформации и коэффициент нагрузки. Потерями в трансформаторе пренебречь.
Схема подключения ламп к трансформатору изображена на рисунке 17
Таблица 8 - Технические данные трансформаторов серии ОСМ
Тип трансформатора
ОСМ – 0,063
ОСМ -0,100
ОСМ -0,160
ОСМ -0,250
ОСМ -0,400
Номинальная
мощость
S, кВА
0,063
0,100
0,160
0,250
0,400
Номинальное напряжение
первичное
вторичное
U1ном, В
U2ном, В
220, 360, 660
12, 24, 36, 42,
110, 220
Ток холостого хода
I 0, %
24
24
23
22
20
Напряжение
короткого
замыкания
Uк, %
12,0
9,0
7,0
5,5
4,5
Примечание:
1.ОСМ - 0,25 -трансформатор однофазный, сухой, многоцелевого назначения, номинальная мощность 0,250 кВ А. Номинальное первичное напряжение может быть
220, 380 или 660 В. Номинальное вторичное напряжение может быть 12, 24, 36, 42,
110 или 220 В.
39
2.Возможно сочетание любого первичного напряжения с любым
вторичным.
Рисунок 17.
Р е ш е н и е.
1. Активная мощность, отдаваемая трансформатором нагрузке
(лампам накаливания)
Р 2 = Рламп n ламп = 60  5  300Âò
2. Так как нагрузка на трансформатор чисто активная (соsφ2= 1),
то поэтому полная мощность трансформатора должна быть не менее
P2
300
S2 

 300 ÂÀ
cos  2
1
Пользуясь таблицей 8 выбираем трансформатор ОСМ-0,4, с номинальной мощностью 400ВА. Его технические данные:
Номинальная мощность Sном =400ВА
Номинальное первичное напряжение трансформатора U1ном = 220В.
Номинальное вторичное напряжение U2ном=24В.
Ток холостого хода I 0=20 % от I 1ном
Напряжение короткого замыкания Uк = 4,5 % от U 1ном
3. Так как потерями в трансформаторе пренебрегаем, то коэффициент трансформатора
К = U1ном/U2ном = 220/24 =9,17
4.
Номинальный ток в первичной, обмотке трансформатора
I 1ном= Sном / U1ном =400/220 = 1,82 А,
номинальный ток во вторичной обмотке трансформатора
I 2ном = Sном / U2ном =400/24 = 16,7 А
5. Коэффициент нагрузки
S2
P2
300


 0.75
Кнг =S2/Sном=
S ном S ном  cos  2 400  1
6. Рабочие токи в обмотках трансформатора при фактической нагрузке в первичной
обмотке:
I1 = Кнг • I1ном = 0,75 • 1,82 = 1,36 А,
во вторичной обмотке:
I2=Кнг.I2ном=0,75•16,7 =12,5А.
40
Методические указания к решению задачи 2, 3
Эти задачи относятся к разделу «Электрические машины постоянного тока»
Для их решения надо усвоить не только устройство и принцип действия
электрических машин постоянного тока, но и знать формулы, выражающие
взаимосвязь между электрическими величинами, характеризующими данный тип электрической машины.
Необходимо отчетливо представлять связь между напряжением U на зажимах машины, ЭДС Е и падение напряжение I я   R , в обмотке якоря генератора и двигателя.
Для генератора Е = U + I я   R .,
Для двигателя U = Е + I я   R
В этих формулах  R  R я  R ДП  Rко  Rс  R щ - сумма сопротивлений всех
участков цепи якоря: обмотки якоря Rя, обмотки добавочных полюсов RДП, компенсационной обмотки Rко, последовательной обмотки возбуждения Rс и переходного
щеточного контакта Rщ.
При отсутствии в машине (это зависит от её типа и предложенной задачи) каких-либо из указанных обмоток в формулу, определяющую  R не входят соответствующие слагаемые.
Полезный вращающий момент на валу двигателя определяются по формуле
М
60 Р 2 ном
,Н  м
2  nном
где Р2,Вт - полезная механическая мощность,
п, об/мин - частота вращения вала двигателя.
Пример 7
На рис.18 представлена схема генератора постоянного тока с параллельным
возбуждением, работающего в режиме номинальной нагрузки. Его технические
данные: Рнрм =16000Вт - номинальная мощность; Uном =230В- номинальное
напряжение; Rя=0,13Ом- сопротивление якоря; Rв- сопротивление возбуждения;
η=90,1% - номинальный коэффициент полезного действия.
Рисунок 18
Определить:
Iном -номинальный ток нагрузки;
Iв- ток возбуждения
Iя- ток якоря генератора;
Ря- потери мощности в якоре;
Рв- потери мощности в обмотке возбуждения;
Рщ - потери мощности в щеточном контакте, приняв ∆Uщ = 2В падение напряжения на электрографитированных щетках;
Рдоб - добавочные потери мощности;
Рх - потери холостого хода.
41
Р е ш е н и е.
1. Ток нагрузки
I íîì 
Píîì
16000

 69.6 À
U íîì
230
2. Ток возбуждения
Iâ 
U íîì
230

 1.4 À
Râ
164
3. Ток якоря
Iя=Iном + Iв=69,6+1,4=71А.
4. Потери мощности в обмотке якоря
Ðÿ  I ÿ2  R ÿ  712  0,13  655Âò
5. Потери мощности в обмотке возбуждения
Ðâ  I â2  Râ  1.4 2  164  321Âò
6. Потери мощности в щеточном контакте
Рщ=∆Uщ .Iя=2.71 = 1428Вт.
7. Добавочные потери мощности
Рдоб = 0,01.Рном= 0,01 .16000 = 160 Вт.
8. Мощность, потребляемая генератором от первичного двигателя
P
16000
Ð1  íîì 
 17758Âò
 íîì
0,901
9. Суммарные потери мощности в генераторе
∑Р = Р1 –Рном = 17758 - 16000=1758 Вт.
10. Потери холостого хода
Pх = ∑Р –(Ря+Рв+Рщ+Рдоб ) = 1758 – (655+321+142+160)=480Вт
Пример 8
На рис.19 представлена схема двигателя постоянного тока со смешанным возбуждением, работающего в номинальном режиме. Двигатель рассчитан на номинальную мощность на валу Р2ном =2000Вт. Номинальное напряжение,
подведенное к двигателю U ном =27В. Частота вращения якоря
n ном =8000 об/мин. Двигатель потребляет из сети ток I ном
=100А. Сопротивление обмотки якоря, добавочных полюсов и
последовательной обмотки возбуждения
 R  Rÿ  Räï  Rñ  0,01433Îì . Сопротивление
параллельной обмотки возбуждения Rш =6,75 Ом
Рисунок 19
42
ПР - пусковой реостат.
РР - регулировочный реостат.
ОВШ - параллельная (шунтовал) обмотка возбуждения.
ОВС - последовательная (сериесная) обмотка возбуждения.
ОДП — обмотка добавочных полюсов.
Определить:
Р1 - потребляемую из сети мощность;
 íîì - номинальный коэффициент полезного действия двигателя;
М - полезный вращающий момент;
Iя - ток якоря;
Е –противо-ЭДС в обмотке якоря;
∑Р — суммарные потери мощности в двигателе;
Рэ - электрические потери мощности;
Рдоб - добавочные потери мощности;
Рх - потери холостого хода
Решение
1. Мощность, потребляемая двигателем из сети,
Ð1  U íîì  I íîì  27 100  2700 Âò
2. Номинальный коэффициент полезного действия двигателя;
 íîì 
Ð2 íîì
2000

 0,74Âò
P1
2700
3. Полезный вращающий момент на валу двигателя
Ì 
60 Ð2 íîì
60  2000

 2.38Í  ì
2  níîì
2  3,14  8000
4. Ток параллельной обмотки возбуждения
Iø 
U íîì
27

 4À
Rø
6.75
5. Ток, протекающий через обмотку якоря, обмотку добавочных полюсов, последовательную обмотку возбуждения
I ÿ  I íîì  I ø  100  4  96 À
6. Противо-ЭДС в обмотке якоря
Å  U íîì  I ÿ ( Rï  Räï  Rñ )  U ù  27  96  0,01443  2  23,61Â
∆Uщ = 2В - потери напряжения в переходном контакте щеток на коллекторе
7. Суммарные потери мощности в двигателе
Ð  Ð1  Ð2 íîì  2700  2000  700Âò
8. Электрические потери мощности в двигателе
Рэ =Ря +Р дп +Рщ +Рш +Рс =158+42+6,88+16,42+96,8=320,1Вт
43
Ðÿ  I ÿ2  R ÿ - потери мощности в якоре,
где:
Ðäï  I ÿ2  Räï - потери мощности в добавочных полюсах,
Ðñ  I ÿ2  Rñ - потери мощности в последовательной обмотке возбужде-
ния,
Рщ = ∆Uщ .I я - потери мощности в переходном контакте щеток на коллекторе;
Рш = Uном.Iш - потери мощности в параллельной обмотке возбуждения.
Pý  I ÿ2 ( Rÿ  Räï  Rñ )  U ù  I ÿ  U íîì  I ø  96 2  0,01443  2  96  27  4  433Âò
9. Добавочные потери мощности, возникающие в обмотке якоря
Рдоб =0,01 .Р2ном=0,01.2000=20 Вт
10. Потери холостого хода
Рх=∑Р-(Рэ +Рдоб)=700 - (433+20)=247Вт
Методические указания к решению задачи 4.
Эта задача относится к теме "Электрические машины переменного тока". Для ее
решения надо знать принцип действия асинхронного двигателя и зависимости между электрическими величинами, характеризующими его работу.
Трехфазный ток, протекающий по обмотке статора двигателя создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого зависит от числа пар полюсов и частоты тока f1, в статоре,
n1 
60  f1
р
Таблица 9 - Возможные частоты вращения магнитного поля статора при частоте
тока f=50Гц и различном числе пар полюсов
р пар полюсов
n1, об/мин
1
3000
2
3
4
5
6
1500
1000
750
600
500
Частота вращения ротора п2 всегда меньше частоты вращения магнитного поля
статора. Это отставание характеризуется скольжением S, равным
S
n1  n2
n1
При работе двигателя под нагрузкой скольжение составляет несколько процентов, в момент пуска - 100 %.
Полезный вращающий момент на валу двигателя определяется по формуле
М ном 
60 Р 2 ном
,Н  м
2  nном
где:: Р2, Вт - полезная механическая мощность;
п2, об/мин. - частота вращения вала ротора двигателя.
44
В настоящее время промышленность выпускает асинхронные двигатели серии
4А мощностью от 0,06 до 400 кВт.
Обозначение типа двигателя расшифровывается так:
4 - порядковый номер;
А - наименование вида двигателя - асинхронный;
Н - обозначение двигателя защищенного исполнения; отсутствие знака означает
закрытое обдуваемое исполнение;
А - станина и щиты из алюминия; X - станина алюминиевая, щиты чугунные;
отсутствие знаков означает, что станина и щиты чугунные или стальные;
50... 355 - высота оси вращения;
S, L, М - установочные размеры по длине станины / S - самая короткая станина;
М - промежуточная; L - самая длинная /;
2,4,6,8, 10,12 - число полюсов;
У - климатическое исполнение двигателя / для умеренного климата /;
3 - категория размещения /3— для закрытых неотапливаемых помещений; I -для работы на открытом воздухе /.
Пример 9
Расшифровать условное обозначение двигателя типа 4АН200М4УЗ. Это двигатель четвертой серии, асинхронный, защищенного исполнения, станина и щиты из
чугуна, с высотой оси вращения 200 мм, с установочным размером М по длине станины /промежуточный/, четырехполюсный, для районов умеренного климата, третья категория размещения.
Пример 10
Расшифровать условное обозначение двигателя типа 4А100L8УЗ. Это двигатель
четвертой серии, асинхронный, закрытый обдуваемого исполнения, станина и щиты
из чугуна, с высотой оси вращения 100 мм, с установочным размером L по длине
станины /самая длинная станина/, восьмиполюсный, для районов умеренного климата, третья категория размещения.
Пример 11
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором изготовлен на
номинальное напряжение 220/380В. Двигатель подключен к сети с напряжением
U1ном =380В, нагрузка на его валу номинальная. Известны величины:
I1ном= 9,15 А - номинальный ток, потребляемый двигателем из сети;
 íîì = 82% - номинальный коэффициент полезного действия;
Cos φ = 0,81 - номинальный коэффициент мощности;
Sном = 5% - номинальное скольжение;
p= 3 — число пар полюсов;
f1| = 50 Гц - частота тока сети;
ÊÌ 
Ì
Ì
max
 2,5 - способность двигателя к перегрузке;
íîì
45
ÊÌ 
ÊÌ 
Ì
Ì
 2,5 - кратность пускового момента;
ï
íîì
I 1ï
 2,5 - кратность пускового тока.
I íîì
Определить: схему включения обмоток статора двигателя;
Р1ном — мощность, потребляемую двигателем из сети;
Р2ном - номинальную мощность на валу двигателя;
∑Рном — суммарные потери мощности в двигателе при номинальном режиме;
n1 - частоту вращения магнитного поля статора;
n2ном - номинальную частоту вращения ротора;
f 2- частоту тока в роторе;
Мном, Мпуск Ммах - номинальный, пусковой и максимальный моменты на валу
двигателя;
I1п - пусковой ток, потребляемый двигателем из сети.
'
Подсчитать при номинальной нагрузке на валу величину номинального I 1íîì
и пус'
кового I 1ï' тока при напряжении сети U 1íîì
= 220В. Какова будет схема включения
обмоток статора двигателя в этом случае?
Решение
1. Двигатель изготовлен на номинальное напряжение 220/380 В. Это значит, что
при подключении к сети с U1ном=220В обмотки его статора должны быть соединены
по схеме "треугольник
2. Номинальная мощность, потребляемая двигателем из сети.
P1íîì  3I1íîì  U1íîì  cos   1,73  9,15  380  0,81  4878Âò
3.Номинальная мощность на валу двигателя
P2 íîì  P1íîì  íîì  4878  0,82  4000 Âò
4. Суммарные потери мощности в двигателе при номинальном режиме работы:
Ð  Ð1íîì  Ð2 íîì  4878  4000  878Âò
5. Частота вращения магнитного поля статора
n1 
60  f1 60  50

 1000об / мин
р
3
6. Частота вращения ротора при номинальном режиме работе:
n2íîì  n1 (1  S íîì )  1000(1  0,05)  950îá / ìèí
7. Частота тока в роторе:
f2=f1 .Sном=50 . 0,05=2,5Гц
8. Номинальный момент на валу двигателя:
Ì
íîì

60 Ð2 íîì
60  4000

 40.2Í  ì
2  níîì
2  3,14  950
9. Пусковой момент на валу двигателя:
Мп=Кп .Мном=2 . 40,2=80,4Н .м.
10. Максимальный момент на валу двигателя:
Ммах = Км . Мном = 2,5 . 40,2 = 100,5 Н . м.
46
11. Пусковой ток двигателя:
I1п=К1 .I1ном =6 . 9,15=54,9 А.
'
12. При номинальном напряжении сети U 1íîì
= 220В обмотки двигателя для
работы в номинальном режиме работы должны быть соединены по схеме
"треугольник". В этом случае номинальный ток будет:
I 1' íîì 
P1íîì
3 U
'
1íîì
 cos 1íîì

4878
 15,8 À
1,73  220  0,81
13. Значение пускового тока:
I 1' ï  K I  I 1' íîì  6  15,8  94,8 À .
'
Можно заметить, что токи I 1íîì
и I 1ï' возросли по сравнению с токами I 1íîì и I 1ï в
3 раз, т.к. напряжение, подводимое к двигателю стало в 3 раз меньше.
Методические указания к решению задачи 5.
Перед выполнением задачи следует проработать материал [2], §§ 16-1 -16-5 к
теме Физические основы работы полупроводниковых приборов. Приведите таблицу
со своим вариантом задания.
.
Порядок решения задачи
1. Перечертить рис.20.
2. В соответствующей части диода /слева или справа от р-п перехода в
зависимости от варианта /изобразите в виде кружочка заданный носитель заряда с его знаком и направлением перемещения.
3. С учетом заданного носителя заряда укажите проводимость левой к правой
областей: р - область - та, для которой дырки являются основными носителями /о.н/, а электроны неосновными носителями /н.н./; п - область - та, для которой электроны являются основными носителями /о.н/, а дырки неосновными носителями /н.н./
ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ № 2
Задача 1.
Для освещения рабочих мест применили в целях безопасности лампы
накаливания одинаковой мощности, рассчитанные на пониженное напряжение. Для
их питания установили однофазный понижающий трансформатор. Схема
присоединения ламп к трансформатору приведена на рис.17.
Известны:
Sном - номинальная мощность трансформатора;
U1ном, U 2ном - номинальные напряжения на зажимах
первичной и вторичной обмоток
трансформатора;
Рламп- мощность одной лампы;
47
n ламп - количество ламп подключенных к
трансформатору;
Определить:
I 1ном, I 2 ном- номинальные токи, на которые
рассчитаны первичная и вторичная
обмотки трансформатора;
I 1, I2 - фактическое значение токов в обмотках
трансформатора при заданной нагрузке;
Кнг - коэффициент нагрузки трансформатора;
К - коэффициент трансформации трансформатора
Данные для своего варианта взять из таблицы 10
Таблица 10 - Исходные данные к задаче 1
№ варианта
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Sном , ВА
U1ном, В
U 2ном , В
Рламп , Вт
n ламп , штук
400
220
36
25
12
400
250
160
100
400
250
160
100
400
250
160
100
63
400
250
160
100
63
400
250
160
100
63
220
380
660
220
380
660
220
380
660
220
380
660
220
380
660
220
380
660
220
380
660
220
380
36
24
12
24
12
36
12
36
24
12
24
42
24
36
42
12
24
36
42
110
220
12
24
25
40
15
25
40
60
25
40
60
25
40
25
15
25
40
60
15
25
40
60
15
40
60
12
5
8
3
8
3
5
2
6
8
3
4
4
15
6
2
6
2
9
4
10
2
1
48
№ варианта
24
25
26
27
28
29
30
Sном , ВА
U1ном, В
400
250
160
100
63
400
250
U 2ном , В
660
220
380
660
220
380
660
Рламп , Вт
36
42
110
220
12
24
36
n ламп , штук
60
40
25
15
15
25
40
6
5
6
5
3
14
5
Задача 2.
На рис.18 представлена схема генератора постоянного тока с параллельным возбуждением, работающего в режиме номинальной нагрузки, для которого известны: Рнрм
- номинальная мощность; Uном - номинальное напряжение; Rя- сопротивление якоря; Iв- ток возбуждения; Рх- потери холостого хода.
Определить:
Iном -номинальный ток нагрузки;
Iя- ток якоря генератора;
Ря- потери мощности в якоре;
Рв- потери мощности в обмотке возбуждения;
Рщ - потери мощности в щеточном контакте, приняв ∆Uщ = 2В падение напряжения
на электрографитированных щетках;
Рдоб - добавочные потери мощности;
∑Р- суммарные потери мощности;
η ном- коэффициент полезного действия.
Данные для своего варианта взять из таблицы 11
Таблица 11 - Исходные данные к задаче 2
№ варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Рнрм, кВт
50,0
70,0
42,0
27,0
35,0
55,0
32,0
42,0
65,0
70,0
5,5
Uном, В
Rя, Ом
230
115
230
115
115
230
230
460
460
230
230
0,040
0,010
0,050
0,030
0,040
0,040
0,070
0,100
0,070
0,020
0,322
Iв,А
Рх,Вт
4,30
12,00
3,60
7,00
6,00
2,40
4,20
2,70
2,80
6,00
2,28
1500
2100
1260
1080
1400
1650
1280
1080
1950
1400
165
49
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
14,0
6,7
16,0
24,0
0,4
4,5
11,0
32,0
75,0
15,0
20,0
53,0
36,0
10,0
3,2
8,0
6,0
13,0
7,0
460
460
230
460
115
115
115
460
460
230
460
115
230
460
115
115
230
460
115
0,080
0,518
0,031
0,096
1,460
0,046
0,031
0,065
0,031
0,125
0,286
0,026
0,026
0,300
0,110
0,037
0,235
0,278
0,067
6,05
3,33
4,66
4,66
0,14
0,57
2,09
9,85
14,47
5,48
9,51
3,21
2,41
5,41
0,78
0,57
1,49
6,26
1,04
420
201
480
720
12
180
330
1280
3000
450
780
2200
1120
400
88
235
213
390
280
Задача 3.
На рис.19 представлена схема двигателя постоянного тока со смешанным возбуждением, работающего в номинальном режиме, для которого известны: Р2ном - номинальная мощность на валу двигателя;
U ном - номинальное напряжение, подведенное к двигателю;
ηном- номинальный коэффициент полезного действия;
n ном - частота вращения вала двигателя;
Rя - сопротивление обмотки якоря;
Rдп - сопротивление обмотки добавочных полюсов;
Rс - сопротивление последовательной /сериесной/ обмотки возбуждения;
Rщ - сопротивление параллельной /шунтовой/ обмотки возбуждения.
Определить:
М - вращающий момент на валу двигателя;
Р1ном - мощность, потребляемую двигателем из
сети;
Iном - ток, потребляемый двигателем из сети;
Iш - ток в параллельной обмотке возбуждения;.
I я -ток в обмотке якоря ;
∑Р — суммарные потери мощности в двигателе;
Ря - электрические потери мощности в обмотке якоря;
Рдп- электрические потери мощности в обмотке
дополнительных полюсов;
Рс - электрические потери мощности в
50
последовательной обмотке возбуждения;
Рш- электрические потери мощности в параллельной обмотке возбуждения;
Рщ - электрические потери мощности в переходном контакте щеток коллектора,
приняв ∆Uщ = 2В;
Рдоб - добавочные потери мощности;
Рх - потери холостого хода, состоящие из потерь в стали и механических потерь.
Данные для своего варианта взять из таблицы 12
Таблица 12 - Исходные данные к задаче 3
№ варианта
Р2ном,
кВт
Uном,
В
ηном,%
n ном
об/мин,
Rя, Ом
Rдп ,
Ом
Rс , Ом
Rщ,Ом
1
1,50
220
78,80
1500
2,3440
0,6230
0.1020
500,0
2
2,20
220
79,00
1500
0,9120
0,3310
0,0826
220,0
3
6,00
220
82,00
1500
0,4590
0,1390
0,0371
174,0
4
8,00
220
84,50
1500
0,2650
0,0940
0,0263
137,5
5
11,00
220
83,40
1500
0,2030
0,0886
0,0256
164,0
6
19,00
220
84,67
1500
0,1400
0,0485
0,0068
100,0
7
25,00
220
86,70
1500
0,0931
0,0354
0,0045
110,0
8
55,00
220
88,80
1500
0,0275
0,0135
0,0027
88,0
9
100,00
220
90,69
1500
0,0122
0,0054
0,0008
73,3
10
200,00
220
92,20
1500
0,0042
0,0019
0,0005
44,0
11
1,00
110
71,50
3000
0,5870
0,3457
0,1305
365,0
12
0,90
110
73,0
2000
0,6359
0,4080
0,1430
340,0
13
3,70
220
81,0
2360
0,3400
0,2185
0,0420
54,5
14
8,50
440
84,5
2240
0,6683
0,4435
0,0295
25,0
15
5,50
110
80,0
1500
0,8800
0,0694
0,0394
101,0
16
3,00
220
75,5
1000
0,8687
0,6358
0,0561
37,5
17
1,90
110
71,0
750
0,3190
0,2647
0,0982
138,0
18
10,50
440
85,0
3000
0,5586
0,3372
0,0223
25,6
19
4,00
220
79,0
1500
0,5609
0,3353
0,0513
35,0
20
7,00
110
81,0
2200
0,0700
0,0500
0,0268
111,0
21
1,60
110
68,0
790
0,4687
0,3094
0,0952
134,0
22
1,40
110
78,5
3000
0,1998
0,1286
0,1030
403,0
23
5,30
220
80,0
3000
0,2355
0,1962
0,0387
25,3
24
3,40
110
79,5
3350
0,4439
0,0491
0,0452
96,3
25
2,50
220
76,0
2200
0,7819
0,6754
0,0810
39,4
26
2,20
220
81,0
3150
0,5145
0,5049
0,0826
81,0
27
1,70
110
77,0
2200
0,2873
0,2349
0,0925
295,0
51
№ варианта
Р2ном,
кВт
Uном,
В
ηном,%
n ном
об/мин,
Rя, Ом
Rдп ,
Ом
Rс , Ом
Rщ,Ом
28
1,10
220
74,0
1500
2,1540
1,5700
0,1100
81,0
29
1,20
220
76,5
2200
0,7892
0,3127
0,1045
103,0
30
0,75
110
78,5
3000
0,6281
0,3856
0,1526
720,0
Задача 4
Трехфазный асинхронный, двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А, работает в номинальном режиме. Используя технические данные двигателя, приведенные в таблице 5 расшифровать условное обозначение двигателя
Определить:
n1 - частоту вращения магнитного поля статора;
Sном - скольжение при номинальной нагрузке на валу двигателя;
f 2- частоту тока в роторе;
Р1ном — мощность, потребляемую двигателем из сети при номинальной
нагрузке на валу;
∑Рном — суммарные потеря мощности в двигателе при номинальной
нагрузке на валу;
Мном, Мпуск Ммах - номинальный, пусковой и максимальный моменты на валу двигателя;
I 1ном, I1п - номинальный и пусковой ток при заданной схеме включения обмоток статора.
Данные для своего варианта взять из таблицы 13
№ варианта
Таблица 13 - Исходные данные к задаче 4
Тип двигателя
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Р2ном, n2ном ,
кВт об/мин
4А200М6У3 22,0
4А355М10У 110,0
4А250S2У3
75,0
4А315S12У3
45,0
4А180М4У3 30,0
4А315S8У3
90,0
4А250М6У3 53,0
4А132М2У3 11,0
4А180М8У3 15,0
4А315S4У3
15,0
4А160М2У3 18,5
4А132М4У3 11,0
4А250S8У3
37,0
4А132М6У3
7,5
975
590
2960
490
1470
740
985
2900
730
1480
2940
1460
735
970
ηном
Cosφ1ном
,%
90,0
93,0
91,0
90,5
91,0
93,0
91,5
88,0
87,0
87,0
88,5
84,5
90,0
85,5
0,90
0,83
0,89
0,75
0,90
0,85
0,89
0,90
0,82
0,82
0,92
0,87
0.83
0,81
М мах
М ном
2,4
1,8
2,5
1,8
2,0
2,3
2,1
2,8
2,0
2,0
2,2
3,0
2,0
2,5
М пуск
I пуск
М ном
I ном
1,3
1,0
1,2
1,0
1,4
1,2
1,2
1,7
1,2
1,3
1,4
2,2
1,2
2,0
6,5
6,0
7,5
6,0
6,5
6,5
6,5
7,5
6,0
6,0
6,5
7,5
6,0
6,5
U1ном,
В
220/380
380/660
220/380
380/660
220/380
380/660
220/380
380/660
220/380
380/660
220/380
380/660
380/660
220/380
Схема
соединения
обмоток
статора
∆
Υ
Υ
∆
∆
Υ
∆
Υ
Υ
∆
∆
Υ
∆
∆
52
4А160М4У3
4А200L2У3
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
4А315S12У3
4А160М6У3
4А100L2У3
4А200L4У3
4А280М6У3
4А355S12У3
4А200L8У3
4А200М8У3
4А355S8У3
4А90L6У3
4А90LВ8У3
4А132S6У3
4А180S2У3
4А100L4У3
18,5
45,0
55,0
15,0
5,5
45,0
90,0
75,0
22,0
18,5
132,0
1,5
1,1
5,5
22,0
40,0
1465 89,50
2945 91,0
490 91,0
975 87,5
2880 87,5
1475 92,0
985 92,5
490 91,5
730 88,5
735 88,5
740 93,5
935 75,0
700 70,0
965 85,0
2940 88,5
1430 84,0
0,88
0,90
0,75
0,87
0,91
0,90
0,89
0,76
0,84
0,84
0,85
0,74
0,68
0,80
0,91
0,84
2,2
2,2
1,8
2,0
2,2
2,5
2,2
0,8
2,0
2,2
2,2
2,2
1,9
2,5
2,2
2,4
1,4
1,4
1,0
1,2
2,0
1,4
1,4
1,0
1,2
1,2
1,2
2,0
1,6
2,0
1,4
2,0
7,0
7,5
6,0
6,0
7,5
7,0
5,5
6,0
5,5
5,5
6,5
4,5
3,5
6,5
7,5
6,0
220/380
380/660
380/660
380/660
380/660
220/380
220/380
380/660
220/380
380/660
380/660
220/380
220/380
380/660
20/380
380/660
Υ
Υ
∆
∆
Υ
∆
Υ
∆
Υ
∆
∆
Υ
Υ
∆
Υ
∆
Задача 5
Решение задачи ведется по этапам в соответствии с методическими указаниями
к ней, разберите пример 12.
I. Начертите "слепую" схему структурного изображения полупроводникового
диода с р-п переходом и подключенным к нему источником внешнего напряжения
/рис.20/.
Рисунок 20 Структурное изображение полупроводникового диода с рпереходом и источником питания
п
2. Нанесите па схему заданный носитель заряда с указанием направления его
перемещения /см.табл. 14/.
3.Обозначьте на рисунке проводимость обеих областей диода /р или п/.
4. Ответьте, в каком направлении включен р-п переход /в прямом или обратном/
диода
5. Изобразите схему включения диода с использованием его условного
обозначения.
6. Приведите часть вольтамперной характеристики, соответствующей
полученному включению диода для двух разных температур.
Таблица 14 - Исходные данные к задаче 5
Последняя циф- Тип носителей
заряда
ра шифра
1
1
2
3
4
2
о.н.
н.н.
о.н.
н.н.
Знак носителей Направления носителей заряда
заряда
3
+
+
+
4
Слева направо
Слева направо
Справа налево
Справа налево
53
5
6
7
8
9
0
о.н.
н.н.
о.н.
н.н.
о.н.
н.н.
+
+
+
-
Справа налево
Справа налево
Слева направо
Слева направо
Слева направо
Справа налево
Примечание: о.н - основные носители заряда, н.н. - неосновные носители заряда.
Пример 12
Решить задачу 5, если задан неосновной носитель, его знак - "минус"
перемещается он слева на право.
Р е ш е н и е /без пункта 6, в контрольной работе его выполните обязательно/.
Рисунок 21
Текст при решении примера не приведен. Пишите его в соответствии с пунктами
1... 6 методических указаниях к решению задачи 5.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
1. Понятие о строении вещества. Что представляет собой электрическое поле?
Каково условное изображение электрического поля? Взаимодействие заряженных тел. Сформулируйте и запишите формулу для определения силы взаимодействия двух точечных электрических зарядов.
2. Дайте определение конденсатора? Приведите классификацию конденсаторов в
зависимости от типа диэлектрика? Поясните, в чем заключается физическая
сущность электрической емкости. Приведите формулу для определения емкости плоского конденсатора.
3. Что называется электрическим сопротивлением и как оно обозначается в схемах? В чем различие между резисторами и реостатами? Для чего вводится
понятие удельное сопротивление и что оно означает? Как зависит сопротивление проводника от его геометрических размеров, материала проводника и
изменения температуры? Сформулируйте и запишите формулу закона Ома
для участка цепи. Сформулируйте и запишите формулу закона Ома для полной цепи.
54
4. Как определяют общее сопротивление при параллельном и смешанном
соединении резисторов? Как можно определить ток в каждой ветви и в неразветвленном участке цепи? Почему приемники электроэнергии включают преимущественно параллельно? Сформулируйте закон Кирхгофа для узла.
5. Дайте определение работы и мощности электрического тока. Приведите формулы для определения этих величин. Укажите, в каких единицах они измеряются? Что Вы понимаете под понятием «баланс мощности»? Поясните, как
определяется К.П.Д. источника.
6. Какое соединение резисторов называется последовательным? Как определяется общее сопротивление при таком соединение резисторов? Как можно
определить падение напряжения на каждом резисторе? Почему изменение сопротивления одного из последовательно включенных приемников влечет за
собой изменение тока в цепи?
7. Как определяют общее сопротивление при параллельном и смешанном
соединении резисторов? Как можно определить ток в каждой ветви и в неразветвленном участке цепи? Почему приемники электроэнергии включают преимущественно параллельно? Сформулируйте закон Кирхгофа для узла.
8. Нагревание проводников электрическим током. Как формулируется закон
Джоуля - Ленца? Как производится выбор сечения проводников, при котором
обеспечивается нормальное рабочее напряжение на зажимах потребителей
электроэнергии?
9. Поясните понятие «магнетизм». Приведите классификацию магнитных материалов. Перечислите и охарактеризуйте основные характеристики магнитного
поля.
10.Как определить направление магнитного поля, возбужденного вокруг проводника с током? Что Вы можете рассказать о поведении проводника с током в
магнитном поле? Сформулируйте правило для определения направления движения проводника в магнитном поле
11.Как определяется направление движения проводника с током в магнитном поле? Что представляет собой магнитная индукция и каково ее направление? По
какой формуле рассчитывается сила, действующая на проводник с током в
магнитном поле?
12.Объясните взаимодействие проводников с токами. От каких величин и как зависит сила взаимодействия между проводниками? Каково практическое применение этого явления? Приведите формулу для определения силы взаимодействия между проводниками и поясните все величины, входящие в нее.
13.Расскажите о появлении ЭДС индукции в проводнике, перемещающемся в
магнитном поле. Сформулируйте правило для определения ЭДС индукции, а
также правило для определения направления индукционного тока.
14. Что представляет собой электромагнитная индукция? По каким правилам и
как определяется направление Э.Д.С. индукции или индукционного тока?
Возникновение вихревых токов и их вредное влияние. Как ослабляют влияние
вихревых токов? От чего зависят потери энергии от вихревых токов? Где
нашли применение вихревым токам?
55
15.Поясните процесс возникновения самоиндукции. Как можно устранить самоиндукцию? Что представляет собой коэффициент пропорциональности L, как
он определяется и в каких единицах измеряется?
16.Перечислите и дайте определения основным характеристикам переменного
тока. Запишите аналитическое выражение для тока. Как определяются мгновенное и амплитудное значения тока?
17.Дайте определения активной, реактивной и полной мощности. В каких единицах они измеряются? Сравните процесс преобразования энергии активным и
реактивными сопротивлениями. Что Вы понимаете под коэффициентом мощности? В чем заключается его технико-экономическое значение. Приведите
возможные способы повышения коэффициента мощности.
18.Составьте схему, содержащую активное сопротивление. Напишите аналитическое
выражение тока для данной схемы. Приведите графики тока и напряжения.
Поясните
сущность явления поверхностного эффекта
19. Цепь переменного тока, содержащая активное и емкостное сопротивления.
Составить схему, векторную диаграмму токов и напряжений, треугольник сопротивлений. Записать формулы для определения падения напряжения на
каждом элементе цепи, полного сопротивления и тока в цепи.
20. Цепь переменного тока, содержащая активное и индуктивное сопротивления.
Составить схему, векторную диаграмму токов и напряжений, треугольник сопротивлений. Записать формулы для определения падения напряжения на
каждом элементе цепи, полного сопротивления и тока в цепи.
21. Цепь переменного тока, содержащая активное, индуктивное и емкостное сопротивления. Составить схему, векторную диаграмму токов и напряжений,
треугольник сопротивлений. Записать формулы для определения падения
напряжения на каждом элементе цепи, полного сопротивления и тока в цепи.
22.Последовательное соединение реактивных сопротивлений. Дайте определение резонанса напряжений. Укажите условия его получения и сформулируйте признаки резонанса напряжений. Поясните физический смысл резонанса.
Каково его практическое применение?
23.Параллельное соединение реактивных сопротивлений. Как определяется ток в
неразветвленном участке цепи? Резонанс токов, условия его получения и
свойства цепи при резонансе. Поясните, как влияет резонанс токов на коэффициент мощности?
24.Объясните схемы соединения обмоток генератора. Дайте определение линейных и фазных токов и напряжений. Поясните назначение нулевого провода? Как определить ток в нулевом проводе? Чему равен ток в нулевом проводе
при равномерной нагрузке?
25.Начертите схемы соединения приемников энергии звездой. Дайте определение
фазных и линейных токов и напряжений. Приведите соотношения между
фазными и линейными напряжениями и токами. Приведите векторные диаграммы для различных режимов работы
56
26. Как определяется мощность трехфазной цепи при соединении «звездой» и
«треугольником» при симметричной и несимметричной нагрузке? Какими
приборами измеряют мощность и как их подключают при равномерной и неравномерной нагрузке?
27.Какими приборами и как производят измерение силы тока и напряжения?
Расширение пределов измерения приборов. Каково назначение шунтов и добавочных сопротивлений?
28.Какими приборами можно измерить сопротивление? В чем заключается метод
амперметра и вольтметра (поясните, используя схемы).
29.Дайте определение электрического измерения? Приведите классификацию
измерительных приборов? Охарактеризуйте известные Вам виды погрешностей. Что характеризует основная погрешность?
30. Расскажите, как можно измерить мощность и энергию в цепях постоянного
и переменного тока? Поясните устройство и принцип действия индукционного счетчика. Составьте схемы включения ваттметра и счетчика.
31. Какие виды измерительных трансформаторов Вы знаете? Приведите примеры
использования измерительных трансформаторов? Устройство трансформатора
напряжения и схема его включения. Какова особенность изготовления
трансформатора тока и как они подключаются? Сравните режимы работы измерительных и силовых трансформаторов.
32.Каково назначение трансформатора? Какую форму имеют магнитопроводы
однофазных трансформаторов? Как устроен магнитопровод и обмотки трансформаторов? Поясните принцип действия трансформатора.
33.Работа трансформатора под нагрузкой. Каким выражением определяется действующее значение э.д.с. обмотки трансформатора? Что называется коэффициентом трансформации? Изменится ли ток в первичной обмотке трансформатора, если при изменении нагрузки увеличился ток во вторичной обмотке?
34.Зарисуйте схемы и поясните, как проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Какие величины определяют по данным этих
опытов? Какое напряжение называется напряжением короткого замыкания?
35.Как можно определить рабочие свойства трансформатора? Составить энергетическую диаграмму и по ней пояснить, на что и как расходуется потребляемая трансформатором мощность. От чего зависят потери в стали магнитопровода и в обмотках? Как определяется КПД одно- и трехфазного трансформатора?
36.Каково устройство генератора постоянного тока, и каково назначение его основных частей? В чем заключается принцип действия генератора? Для чего
устанавливают добавочные полюсы?
37.Составьте энергетическую диаграмму машин постоянного тока. Поясните, что
представляют собой и на что расходуются мощности потерь. Используя диаграмму, запишите формулу для определения К.П.Д. и поясните её
38.Расскажите, в чем заключается работа машины постоянного тока в режиме
двигателя. Перечислите основные части машины постоянного тока и укажите
их назначение. Поясните, как можно осуществить реверсирование ДПТ.
57
39. перечислите способы возбуждения генераторов постоянного тока. Достоинства и недостатки генераторов независимого возбуждения. Как протекает процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока?
40.Поясните процесс регулирование частоты вращения двигателя постоянного
тока. Записать формулу для определения частоты вращения якоря двигателя,
согласно которой рассмотреть способы регулирования скорости вращения
двигателя.
41.Объясните:
1). Почему прямое включение двигателя постоянного тока в
сеть нежелательно?
2). Почему большой пусковой ток нежелателен?
3). Как можно ограничить пусковой ток?
4). Что представляют собой пусковые реостаты и как они подключаются при пуске двигателя?
Поясните схему пуска двигателя параллельного возбуждения с
пусковым реостатом.
42.Как устроен асинхронный двигатель? На каком явлении
основана работа асинхронного двигателя? Поясните принцип работы двигателя. Какие существуют типы асинхронных двигателей, и чем они отличаются
друг от друга?
43.В чем заключается принцип действия асинхронного двигателя? Как устроен
асинхронный двигатель с фазным и короткозамкнутым ротором? Какие Вы
знаете способы соединения обмоток двигателя?
44.Объясните, почему прямое включение асинхронного двигателя в сеть нежелательно? Почему большой пусковой ток нежелателен? Перечислите и охарактеризуйте способы пуска асинхронного двигателя в ход.
45. Перечислите и охарактеризуйте требования, предъявляемые к электронным
приборам.
46.Что представляет собой полупроводниковый диод? Пояснить его работу при
включении в прямом и обратном направлении. Что Вы можете сказать о запирающем р – n - переходе?
47.Дайте определение полупроводникового диода. В чем состоит различие между электронной и дырочной проводимостью? Поясните схему включения полупроводникового вентиля в прямом и обратном направлении. Перечислите
области применения полупроводниковых диодов?
48.Что называется транзистором? Из каких областей состоит транзистор? Нарисуйте схему включения транзистора с общей базой. На что указывает название
схемы? Поясните принцип работы транзистора, включенного по схеме с общей базой.
49.дайте определение транзистора? Из каких областей состоит транзистор?
Нарисуйте схему включения транзистора с общим эмиттером. На что указывает название схемы? Поясните принцип работы транзистора, включенного по
схеме с общим эмиттером.
58
59