Методические указания по электротехнике

Министерство образования Тверской области

ГБОУ СПО «Калязинский колледж имени Н.М. Полежаева»

 

 

 

 

 

 

Учебно-методическое пособие

Для изучения дисциплины «Электротехника и электроника» для студентов экстерната по специальностям

15.02.08 «Технология машиностроения»

 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт

 автомобильного транспорта»

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

(с программой и методическими рекомендациями)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Калязин 2014

 

Одобрено  предметной (цикловой) комиссией ОПД Протокол №_1_от __29.08.2014_____ Председатель___________________                         (Пахтанова И.С.)

Составлено в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальностям 15.02.08, 23.02.03 Зам. директора по учебной работе___________________            Кудрявцев А.Ю.

 

 

Автор составитель:

Преподаватель высшей квалификационной категории

Зубкевич Л.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины «Электротехника и электроника» для студентов экстерната по специальности 15.02.08 «Технология машиностроения», 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» содержит контрольные задания с программой и методическими рекомендациями по решению типовых задач. В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен

 уметь:

- пользоваться измерительными приборами;

- производить подбор элементов электрических цепей и электронных схем;

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен

знать:

-методы расчета и измерения основных параметров электрических, магнитных и электронных цепей;

-методы электрических измерений;

- устройство и принцип действия электрических машин переменного и постоянного тока;

- устройство и принцип действия электронных приборов.

Учебно-методическое пособие поможет студентам экстерната освоить программу по дисциплине «Электротехника и электроника», способствует формированию основных профессиональных компетентностей студента, конкурентноспособного на рынке труда.

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1.Общие методические указания………………………………………………..4

2.Тематический план…………………………………………………. …………5

3. Список лабораторных работ………………………………………. ………6

4. Контрольная работа № 1………………………………………………………6

5.Контрольная работа № 2 ……………………………………………………15

6. Вопросы к экзамену по дисциплине «Электротехника с основами электроники»……………………………………………………………………22

6.1. 1 семестр.......……………………………………………………………….22

6.2. 2 семестр……………………………………………………………………26

Литература………………………………………………………………………28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Общие методические указания

Студенты выполняют две контрольные работы по основам электротехники и электроники. Вариант для каждого студента индивидуальный и определяется последней цифрой личного деда (шифра) студента. Задания для контрольной работы №1 и №2 представлены в таблице 1. 

 Таблица 1

Номер варианта	Номера задач для контрольных работ
	Контрольная работа № 1	Контрольная работа № 2
01	1,7,13,14,15	1,2,3,9
02	2,8,13,14,16	1,2,4,9
03	3,9,13,14,17	1,2,5,9
04	4,10,13,14,18	1,2,6,9
05	5,11,13,14,19	1,2,7,9
06	6,12,13,14,20	1,2,8,9

 

 Задачи, выполненные  не по своему варианту, не засчитываются и возвращаются студенту. Контрольная работа выполняется в отдельной тетради в клетку. Условия задач следует переписывать полностью. Обязательно чертить схемы и векторные диаграммы, которые должны выполняться с помощью чертежных инструментов.

Необходимо оставлять поля шириной 25-30 мм для замечаний рецензента, а в конце тетради 2-3 страницы для рецензии. Страницы тетради обязательно должны быть пронумерованы. Формулы и расчеты пишут чернилами, а чертежи и схемы выполняют карандашом, в графиках и векторных диаграммах указывают масштаб. Решение задач производится в Международной системе единиц (Си). Вычисления следует выполнять с помощью электронного микрокалькулятора.

После получения проверенной контрольной работы необходимо исправить все замечания преподавателя и повторить недостаточно усвоенный материал. Если контрольная работа получила неудовлетворительную оценку, то студент выполняет ее заново и отправляет на повторную проверку. В случае возникновения затруднений студент должен обратиться в техникум за получением письменной или устной консультации.

2.ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Введение

Раздел 1.

Основы электротехники

1.1 Электрическое поле

1.2 Электрические цепи постоянного тока

1.3 Электромагнетизм

1.4 Электрические цепи однофазного переменного тока

1.5 Электрические измерения

             1.6 Трехфазные электрические цепи

1.7 Трансформаторы

1.8 Электрические машины переменного тока

1.9 Электрические машины постоянного тока

1.10 Основы электропривода

1.11 Передача и распределение электрической энергии

Раздел 2.

Основы электроники и микроэлектроники

2.1 Физические основы электроники. Электронные приборы

2.2 Электронные выпрямители и стабилизаторы

2.3 Электронные усилители

2.4 Электронные генераторы и измерительные приборы

2.5 Интегральные схемы микроэлектроники

2.6 Основы вычислительной техники

2.7 Электронные устройства автоматики и вычислительной техники

2.8 Микропроцессоры и микро - ЭВМ

 

3. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.     Резонанс напряжений;

2.     Измерение сопротивлений методом амперметра и вольтметра;

3.     Испытание трехфазного асинхронного двигателя;

4.     Испытание генератора с параллельным возбуждением;

5.     Снятие входных и выходных характеристик транзистора;

6.     Исследование на осциллографе формы, величины и частоты напряжения в схемах выпрямителей.

4. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

Методические указания к выполнению контрольной работы 1

В контрольную работу № 1 входят Введение и пять тем.

 На темы 1.2,..., 1.7 предусмотрены пять задач. В табл. 2 указаны номера задач к соответствующей теме и номера таблиц с данными к этим задачам. Перед тем, как приступить к решению задач, необходимо рассмотреть решение типовых примеров.

Таблица 2

Номер темы	Наименование темы	Номера задач	Номера таблиц
Введение
1.1	Электрическое поле	1,2,3,4,5,6	-
1.2	Электрические цепи постоянного тока	7,8,9,10,11,12,	-
1.4	Электрические цепи однофазного переменного тока	13	2
1.6	Трехфазные электрические цепи	14	3
1.7	Трансформаторы	15,16,17,18,19,20	-

       

Тема 1.1 Электрическое поле

Задача № 1 Определить электроемкость батареи конденсаторов, изображенных на рис.1, если С1=С2=2 нФ и С3=500 пФ

          Задача № 2 Определить электроемкость батареи конденсаторов, изображенной на рис. 2, если С1 =0,1 мкФ, С2 =0,4 мкФ и С3 =0,52 мкФ.

Задача № 3 Определить электроемкость батареи конденсаторов, изображенной на рис. 3, если С1 =2 мкФ, С2=4мкФ, С3=1мкФ, С4=2мкФ, С5=6мкФ.

           Задача № 4 В каких пределах может изменяться электрическая емкость участка цепи, состоящей из конденсатора постоянной емкости С1= 400 пФ и конденсатора переменной емкости С2=100--800 пФ, изображенной на рис. 4.

Задача № 5 В каких пределах может изменяться электроемкость участка цели, состоящей из конденсатора постоянной емкости С1 =100 пФ и конденсатора переменной емкости С2 = 400 -900 пФ, изображенной на рис. 5.

         Задача № 6 Определить электроемкость батареи конденсаторов, изображенной на рис. 6, если электроемкости конденсаторов одинаковы и равны 600 мкФ каждая.

Решение задач требует знания законов последовательного и параллельного соединения конденсаторов и методики определения эквивалентной емкости при смешанном соединении конденсаторов.

Типовой пример № 1.

Определить электроемкость  батареи конденсаторов, изображенных на рис. 6а, если С₁=1 мкФ, С₂ = С3 =2 мкФ, С₄= 3 мкФ

Решение.

Конденсаторы С₂ и С₃  соединены последовательно, поэтому

1/С_2-3 = 1/С₂ + 1/С₃ = 1/2 + 1/2 = 1 мкФ

С_2-3 = 1 мкФ

Конденсаторы С_2-3 и С₁ соединены параллельно; следовательно,

С_1-2-3 = С₁ + С_2-3 = 1 + 1 = 2 мкФ

Конденсаторы С_1-2-3 и С₄ соединены последовательно, поэтому

1/Сб = 1/ С_1-2-3 + 1/C₄ = 1/2 + 1/3 = 5/6, тогда

Сб = 6/5 = 1,2 мкФ

Записываем ответ:

Тема 1.2 Постоянный электрический ток

          Задача  № 7 На рис. 7 дана схема соединения шести одинаковых резисторов по 60 Ом. Определить силу тока в каждом резисторе, если напряжение между точками А и В равно 220 В.

          Задача №  8 На рис. 8 дана схема смешанного соединения четырех резисторов по 10 Ом каждый. Найти общее (эквивалентное) сопротивление этого участка цепи.

          Задача № 9 Найти общее сопротивление участка цепи, изображенного на рис. 9, если R1=2 Ом, R2=R3=R4= 15 Ом, R5=ЗОм, R6=90 Ом.

          Задача № 10  Определить падение напряжения на каждом резисторе и падение напряжения между точками А и В цели, изображенной на рис. 10, если R1= 4 Ом, R2=20 Oм, R3=80 Ом, R4=30 Ом, I₀=4А.

           Задача № 11 Чему равно общее сопротивление  участка цепи, изображенного на рис. 11,  если R1=16 Oм, R2=10 Oм, R3=26 Oм, R4=48 Oм?

          Задача № 12 На рис. 12 дана схема, на которой через резистор сопротивлением R1= 120 Ом проходит ток I₁ =3 А. Определите силу тока, проходящего через резистор R2=90 Ом.

Решение задач требует знания закона Ома для всей цепи и участков цепи, первого закона Кирхгофа и методики определения эквивалентного сопротивления цепи при смешанном соединении резисторов.

         Типовой пример № 2.

         Для схемы, приведенной на рис. 12а, определить эквивалентное сопротивление цепи R_АС, токи в каждом резисторе и напряжение U_AB  и U_BC, если  U_АC = 52 В, R₁ = 2 Ом, R₂ = 3Ом, R₃ = 4 Ом.

             Решение.

Резисторы R₁ и R₂ соединены параллельно, поэтому

1/ R_1-2 = 1/ R₁ + 1/ R₂ = 1/ 2 + 1/ 3 = 5/ 6, откуда R_1-2 = 6/ 5 = 1,2 Ом

R_1-2 и R₃ соединены последовательно, поэтому

R_АС = R_1-2 + R₃ = 1,2 + 4 = 5,2 Ом

Силу тока между точками А и С находим по закону Ома для участка цепи

                         I = U_АС/R_АС, тогда

                 I₃ = I = 52/5,2 = 10 А

Находим напряжение U_BC = I₃* R₃= 10*4 = 40 В

Находим напряжение U_АВ = U_АС  - U_BC = 52 – 40 = 12 В

Находим ток  в первой ветви I₁ = U_АВ/ R₁ = 12/2 = 6 А

Находим ток  во второй ветви I₂ = U_АВ/ R₂ = 12/3 = 4 А

По закону Кирхгофа I₃ – I₂ – I₁ = 0; Проверяем: 10 – 4 – 6 = 0

Записываем ответ:

Тема 1.4 Электрические цепи однофазного переменного тока

          Задача № 13 (варианты 01 —06). Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, емкости), образующие две параллельные ветви, Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка, значения всех сопротивлений, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 2. Индекс «1» у дополнительного параметра означает, что он относится к первой ветви; индекс «2»-ко второй.

Начертить схему цепи и определить следующие величины, если они не заданы в табл. 1: 1) токи I₁ и I₂ в обеих ветвях; 2) ток I в неразветвленной чести цепи 3) напряжение U, приложенное к цепи; 4) активную Р, реактивную Q и полную S мощности для всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.

Каким образом в заданной цепи можно получить резонанс токов?

Если цепь не позволяет достигнуть резонанса токов, то пояснить, какой

элемент надо дополнительно включить в цепь для этого. Начертить схему

такой цепи.                                                                                               

 

 

Таблица 3

Номер Вар.	Номер Рис.	R1, Ом	R2 Ом	XL1 Ом	XL2 Ом	XC1 Ом	XC2 Ом	Дополнит. параметр
01	13	8	4	-	3	-	-	I1 = 5 A
02	14	12	6	-	-	-	8	Q= - 288 вар
03	15	3	-	-	-	-	4	P = 48 Вт
04	16	16	3	12	4	-	-	U = 40 В
05	17	8	-	6	-	-	8	UL1 =32 В
06	18	32	16	-	12	24	-	I2 = 6 A

 

Типовой пример № 3 Катушка с активным сопротивлением R Ом и индуктивным X_L1 = 8 Ом соединена параллельно  с конденсатором, емкостное сопротивление которого Х_С2=10 Ом (рис. 18, а). Определить:

1) токи в ветвях и в неразветвленной части цепи;

2) активные и реактивные мощности ветвей и всей цепи;

З) полную мощность цепи;

4) углы сдвига фаз между током и напряжением в каждой ветви и во всей цепи.

5) Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.

 К цепи приложено напряжение U=100 В.

Решение.

1. Определяем токи в ветвях:

I₁ = U/  =100/ = 10 A;

I₂ =U/ Xc₂ = 100/10=10 A

          2. Углы сдвига фаз в ветвях находим по синусам углов во избежание потери знака угла:

Sin φ₁ = X_L1 /Z₁ = 8/ = 0,8; 

φ₁ = Соs 5З^о10^I

Так как φ₁>0, то напряжение опережает ток,

Sin φ₂ = - Xc₂/Z₂= - 10/10= - 1,0;  φ₂ = - 90⁰ ,т. е. напряжение отстает от тока, так как φ₂ < 0 . По таблицам Брадиса находим Cоs φ₁=соs 5З^о10^I = 0,6,  Cоs φ₂ =0

3. Определяем активные и реактивные составляющие токов в ветвях:

Iа₁ = I₁ Cоs φ₁ =10* 0,6 = 6 A;

Iр₁ = I₁ Sin φ₁ = 10*0,8 = 8 A;

Iа₂ = 0;

Iр₂ = 10* (-1,0) = -10 A

         4. Определяем ток в неразветвленной части  цепи:

I= = =6, 33 А.

5. Определяем коэффициент мощности всей цепи:

Cosφ = (Iа₁+Iа₂)/I = 0,95

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

Р₁=U*I₁ Cоs φ₁ = 100*10*0,6 = 600 Вт;

Р₂ = 0; Р = Р₁+Р₂ = 600 Вт;

Q₁ = U*I₁ Sinφ₁ =100*10*0,8 =800 Вт;

Q₂ = U*I₂ Sinφ₂ =100*10*(- 1,0) = - 1000 вар;

Q = Q₁ + Q₂ = 800 – 1000= - 200 вар.

Внимание! Реактивная мощность ветви с емкостью отрицательная так как φ₂ < 0.

7. Определяем полную мощность цепи:

S =  = = 633 ВА

Ток в неразветвленной части цепи можно определить значительно проще, без разложения токов на составляющие, зная полную мощность цепи и напряжение:

I = S/U = 633/100 = 6,33

8. Для построения векторной диаграммы задаемся масштабом по току: в 1 см — 2,5 А и масштабом по напряжению: в 1 см —25 В. Построение начинаем с вектора напряжения U (рис. 19, б). Под углом φ₁ к нему (в сторону отставания) откладываем в масштабе вектор тока I₁, под углом φ₂ (в сторону опережения) — вектор тока I₂. Геометрическая Сумма этих токов равна току в неразветвленной части цепи. На диаграмме показаны также проекции векторов токов на вектор напряжения (активная составляющая Iа₁,) и вектор, перпендикулярный ему (реактивные составляющие Iр₁ и Iр₂). При отсутствии конденсатора реактивная мощность первой ветви не компенсировалась бы, и ток в цепи увеличился бы до I= I₁ = 10 А.

Тема 1.6 Трехфазные электрические цепи

Задача № 14 (вар.01-06) В трехфазную четырехпроводную сеть с линейным напряжением включили звездой разные по характеру сопротивления (см. рис. 19—24). Определить линейные токи и начертить в масштабе векторную диаграмму цепи. По векторной диаграмме определить числовое значение тока в нулевом проводе. Данные для своего варианта взять из табл. 3.

Какие сопротивления надо включить в фазы В и С приведенной схемы, чтобы ток в нулевом проводе стал равен нулю при неизменных значениях сопротивлений в фазе А?

Таблица 4

Номер варианта	Номер рисунка	Uном , В
01	19	380
02	20	220
03	21	660
04	22	380
05	23	220
06	24	660

 

Типовой пример № 4.

          В трехфазную четырехпроводную сеть включили звездой несимметричную нагрузку: в фазу А — конденсатор с емкостным сопротивлением X_A=10 Ом; в фазу В—активное сопротивление R_B =8 Ом и индуктивное X_B =6 Ом, в фазу С — активное сопротивление R_C =5 Ом. Линейное напряжение сети U_ном = 380 В. Определить фазные токи, начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и найти графически ток в нулевом проводе. Схема цепи дана на рис. 24, а.

Решение.

1. Определяем фазные напряжения установки

U_A= U_B= U_C = U_ном / 3 = З80/ 3 =220 В.

2.     Находим фазные токи

 I_A = U_A/ X_A= 220/10= 22 A;

I_B = U_B/ Z_B = 220/10 = 22 A, здесь Z_B = R_B² + X_B² =  8² + 6 ² = 10 Ом

Iс= Uс/ Rс = 220/5=44 А.

Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы по току:

1 см =10 А и по напряжению: 1 см = 100 В.

Построение диаграммы начинаем с векторов фазных напряжений U_А, U_B, U_С, располагая их под углом 120° друг относительно друга (рис. 24,б). Ток I_А опережает напряжение U_А на угол 90°; ток I_B отстает от напряжения U_B на  угол φ_В, который определяется из выражения

Cos φ_В = R_B / Z_B = 8/ 8² + 6²= 0,8;  отсюда   φ_В =36° 50^I

Ток Iс совпадает по фазе с напряжением Uс. Ток в нулевом проводе равен геометрической сумме трех фазных токов. Измеряя длину вектора тока I_о, которая оказалась равной 6,8 см, находим ток I_о = 6,8 * 10 = 68 А

Задача № 15 Первичная обмотка трансформатора имеет 500 витков, вторичная —50 витков. В первичной обмотке сила тока изменяется по закону i = 0,2 sin100πt. По какому закону изменяется сила тока во вторичной обмотке в рабочем режиме трансформатора? Считать, что токи в первичной и вторичной обмотках совершают колебания в одинаковых фазах.

Задача № 16 Первичная обмотка трансформатора содержит 100 витков. Сколько витков содержит вторичная обмотка  трансформатора, если коэффициент трансформации равен 0,04?

Задача № 17  Сила тока в первичной обмотке трансформатора I₁=15000 А и напряжение на ее зажимах U=11 000 В. Сила тока во вторичной обмотке I₂ = 1500 А. Определить напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора, если его КПД равен 96%.

Задача № 18 Первичная обмотка трансформатора содержит 1600 витков, вторичная—50 витков. Какова сила тока во вторичной обмотке, если в первичной обмотке она равна 0,2 А?

             Задача № 19 Сила тока в первичной обмотке трансформатора I₁ = 4,4 А, напряжение на ее зажимах U₁ = 220 В. Сила тока во вторичной обмотке I₂=1,2 А, напряжение на ее зажимах U₂= 770 В. Определить КПД трансформатора при соsφ = 1.

Задача № 20 Сила тока в первичной обмотке I₁=8А, напряжение U₁=220 В. Определить КПД трансформатора, если во вторичной обмотке сила тока I₂ =0,5 А и напряжение на ее зажимах U₂ =3200 В.

Перед решением задач этой группы особое внимание  уделите главе 7   «Трансформаторы» §7.1-7.7. Для их решения необходимо знать устройство, принцип действия  и зависимости между электрическими величинами однофазных трансформаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

Методические указания к выполнению контрольной работы № 2

В контрольную работу № 2  входит материал тем 1.8 - 2.4 

Таблица 5

Номер темы	Наименование темы	Номера задач	Номера таблиц
1.8	Электрические машины переменного тока	1	6
1.9	Электрические машины постоянного тока	2	7
2.1	Физические основы электроники. Электронные приборы	3, 4,5,6,7,8	8,9,10,11,12,13
2.2   2.3 2.4	Электронные выпрямители и стабилизаторы  Электронные усилители Электронные генераторы и измерительные приборы	9	14

 

Тема 1.8 Электрические машины переменного тока

Задача №1 Для трехфазного асинхронного электродвигателя в таблице №6 даны следующие величины при номинальной нагрузке:  суммарные потери мощности в двигателе P;  коэффициент полезного действия ή  _ном;

синхронная частота вращения поля n₁ и частота тока в роторе f_2S .Частота тока в сети равна f₁ =50 Гц. Определить: 1) потребляемую Р₁ и номинальную полезную Р_ном2мощности; 2) скольжение S_ном; 3) частоту вращения ротора n_ном2; 4) число пар полюсов двигателя р; 5) полезный вращающий момент М_ном.

Как изменяются в роторе асинхронного двигателя частота тока f_2S, индуктивное сопротивление X_2S, Э.Д.С. Е_2S и ток I₂ при увеличении нагрузки на валу? Приведите соответствующие формулы, пояснения и т. д.

Указания: 1. Номинальную полезную мощность находят из формулы для К.П.Д.: ή  _ном= Р_ном2/ (Р_ном2 + P)

 2. Потребляемая мощность Р₁= Р_ном2 + P

Таблица 6

Номер варианта	P, кВт	ή  ном	n1, об/мин	f2S, Гц
01	0,65	0,86	3000	2,00
02	1,5	0,88	3000	1,67
03	1,64	0,87	1500	1,67
04	3,33	0,90	1500	1,33
05	4,11	0,90	750	0,67
06	0,76	0,84	1500	2,50

 

Типовой пример № 1

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4АРI60S6У3 имеет номинальные данные:

мощность Р_ном= 11 кВт; напряжение U_ном=380 В; частота вращения ротора n₂ = 975 об/мин;       к. п. д. ή  _ном= 0,855;      коэффициент мощности

соs φ₌ 0,83; кратность пускового тока I_п/I_ном=7; кратность пускового момента М_п/М_ном=2,0; способность к перегрузке М_mах/М_ном =2,2.

 Частота тока в сети f₁=50 Гц.

Определить 1) потребляемую мощность; 2) номинальный, пусковой и максимальный моменты; 3) номинальный и пусковой токи; 4) номинальное скольжение; 5) частоту тока в роторе; 6) суммарные потери в двигателе.

Можно ли осуществить пуск двигателя при номинальной нагрузке, если напряжение в сети при пуске снизилось на 20%?

 

Решение.

1. Мощность, потребляемая из сети

Р_ном = Р_ном/ ή  _ном = 11/0,855 = 12,86 кВт.

2. Номинальный момент, развиваемый двигателем:

М=9,55Р_ном/n₂ =9,55*11*1000/975=107,7 Нм.

3. Максимальный и пусковой моменты:

М_mах = 2,2М_ном = 2,2* 107,7=237 Нм;

М_п = 2М_ном=2*107,7=215,4 Нм.

4. Номинальный и пусковой токи:

I_ном = Р_ном *1000/ 3 ή  _ном соs φ_ном = 11*1000/1,73*380*0,855*0,83=23,6 А

I_п = 7,0* I_ном =7,0*23,6 =165 А

5. Номинальное скольжение:

S_ном=(n₁- n₂)/n₁=( 1000-975)/1000 =2,5%

6. Частота тока в роторе

f₂=f₁*S=50*0,025= 1,25 Гц.

7. При снижении напряжения в сети на 20% на выводах двигателя остается напряжение 0,8 U_ном. Так как момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, то

М_п^I/М_п=(0,8 U_ном)²/ U_ном² = 0,64

Отсюда М_п^{I =} 0,64 М_п = 0б64*215б4= 138 Нм, что больше М_ном =107,7 Нм.

 Таким образом, пуск двигателя возможен.

Тема 1.9 Электрические машины постоянного тока

Задача № 2 Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением отдает полезную мощность Р₂ и потребляет из сети мощность Р₁ при напряжении U_ном двигатель развивает полезный момент М при частоте вращения якоря n. Сила тока в цепи якоря равна I, противо-э.д.с. в обмотке якоря Е. Потери мощности в обмотках якоря и возбуждения равны Pа- Сопротивление обмоток якоря и возбуждения Rа + Rпс В момент пуска двигатель потребляет из сети пусковой ток Iп, Коэффициент полезного действия двигателя равен ή_дв . Используя данные, приведенные в табл. 7, определить все величины, отмеченные прочерками в таблице вариантов.

Какой вид имеют графики изменения частоты вращения и момента двигателя с последовательным возбуждением? Пояснить, почему недопустима работа такого двигателя при малых нагрузках. Схема двигателя дана на рис. 25

Таблица 7

Номер варианта	Р2, кВт	Р1, кВт	Uном, В	М, Нм	n, об/мин	I, A	Е, В	Ра, Вт	Rа + Rпс, Ом	Iп, А	ήдв
01	44	51,3	-	296	-	205	-	2270	-	-	-
02	-	-	110	35	-	39	-	300	-	-	0,85
03	-	4,5	-	20	1800	-	-	-	0,55	400	-
04	21	-	250	310	-	-	-	-	0,13	-	0,84
05	-	10	-	48	1600	45,5	208	-	-	-	-
06	-	-	220	-	1200	33	-	-	0,74	-	0,76

 

Типовой пример № 2

 Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением (рис. 25) присоединен к сети напряжением U_ном =110 В и вращается с частотой n=1500 об/мин. двигатель развивает полезный момент (на валу) М=120 Нм. К. п. д. двигателя ή_дв =О,84. Суммарное сопротивление обмоток якоря и возбуждения Rа+Rпс=0,02 Ом. Определить: 1) полезную мощность Р₂ 2) потребляемую мощность Р₁ 3) потребляемый из сети ток I; 4) сопротивление пускового реостата, при котором пусковой ток ограничивается до 2,5I; 5) противо-э. д. с. в обмотке якоря.

Решение.

1. Полезную мощность двигателя определяем из формулы полезного момента

Р₂ =Мn/9,55= 120*1500/9,55=18 848 Вт= 18,85 кВт.

2. Мощность, потребляемая из сети:

Р₁ =Р₂/ ή_дв = 18,85/0,84.= 22,44 кВт.

3. Ток, потребляемый из сети:

I=Р₁ / U_ном =22,44*1 000/110=204 А.

4. Необходимое сопротивление пускового реостата

R_р = U_ном /(2,5 I) - (Rа+Rпс) = 110/(2,5*204) —0,02 =0,196 Ом.

5. Противо-э. д. с. в обмотке, якоря

Е= U_ном – I(Ra + Rпс) = 110-204*0,02 = 105,9

Тема 2.1 Физические основы электроники. Электронные приборы

Задача № 3 Построить график вольт - амперной характеристики диода в зависимости от изменения напряжения в анодной цепи при постоянном токе в цепи накала по следующим данным:

 Таблица 8

Uа, В	0	20	40	60	80	90	100
Ia, mA	0	5	15	20	20	20	20

 Определить ток насыщения и сопротивление диода при анодном напряжении U_а = 20 и 60 В.

Задача № 4 В таблице 9 приведены экспериментальные данные для построения анодной характеристики диода. Построить характеристику. Определить ток насыщения и внутреннее сопротивление лампы при анодном напряжении  U_а = 20 и  40 В.

Таблица 9

Uа, В	0	8	16	24	40	64	72	90
Ia, mA	0	15	32	70	170	340	410	410

 

Задача № 5 В таблице 10 приведены экспериментальные данные для построения анодной характеристики диода. Построить характеристику. Определить ток насыщения и внутреннее сопротивление лампы при анодном напряжении U_а =  20 и 45 В.                                                                 

 

 Таблица 10

Uа, В	0	20	40	60	80	90	100
Ia, mA	0	9	20	35	40	40	40

 

Задача № 6 В таблице 11 приведены экспериментальные данные для построения анодной характеристики диода. Построить характеристику. Определить ток насыщения и внутреннее сопротивление лампы при анодном напряжении  U_а =  20 и 45 В.

Таблица 11

Uа, В	0	20	40	60	70	90	100
Ia, mA	0	9	20	35	45	65	65

 

Задача № 7 В таблице 12 приведены экспериментальные данные для построения анодной характеристики диода. Построить характеристику. Определить ток насыщения и внутреннее сопротивление лампы при анодном напряжении   U_а =  16 и 48 В.

Таблица 12

Uа, В	0	8	16	32	48	56	72	100
Ia, mA	0	15	32	120	125	280	410	410

 

Задача № 8 В таблице 13 приведены экспериментальные данные для построения анодной характеристики диода. Построить характеристику. Определить ток насыщения и внутреннее сопротивление лампы при анодном напряжении  U_а =  20 и 60 В.

Таблица 13

Uа, В	0	20	40	60	80	90	100
Ia, mA	0	5	15	20	35	40	40

 

Указание: в задачах № 3 - 8  необходимо построить графики зависимости I_a от U_а. При этом необходимо по оси ОХ отложить анодное напряжение U_а  (В), а по оси OУ – анодный ток I_а (mA), выбрав соответствующий масштаб.

Тема 2.2 – 2.4 Электронные выпрямители , стабилизаторы, усилители, генераторы и измерительные приборы

Задача № 9 Ответить на вопрос своего варианта из таблицы № 14

Таблица 14

Номер варианта	Вопрос	Литература
01	Объяснить назначение и указать типы фильтров в схемах выпрямителей переменного тока. Привести графики выпрямительного напряжения. Начертить схемы.	[1], с.538-540, рис.18.10, 18.11,18.12,18.13, 18.14
02	Начертить схему и объяснить принцип работы усилителя на транзисторе по схеме с общим эмиттером.	[1], с. 545-546, рис.19.2, 19.3
03	Начертить схему выпрямителя на тиристоре, стабилизатора напряжения, объяснить принцип  работы.	[1], с.534-536, рис. 18.7, 18.8,18.9
04	Составить схему транзисторного автогенератора типа LC, объяснить принцип работы, указать назначение элементов.	[1], с.561-562, рис.20.1,20.2
05	Начертить схему транзисторного автогенератора типа RC, объяснить принцип работы, указать назначение элементов.	[1], с.563 - 564, рис. 20.3
06	Начертить структурную схему  электронно-лучевой трубки с электростатической системой управления. Объяснить принцип работы, указать назначение элементов.	[1],  с. 571-574, рис. 20.13

 

6. ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ по дисциплине «Электротехника с основами электроники»

6.1. 1 семестр

1.     Содержание предмета электротехники, электроники. Роль ученых в развитии электротехники. Современное состояние и перспективы электроэнергетики, электротехники, электроники. Роль электрификации в деле автоматизации производства.

2.     Понятие электрического поля. Основные характеристики: напряженность, направление силовых линий. Однородное, неоднородное электрическое поле. Работа поля  по перемещению заряда, напряжение, потенциал.

3.     Электропроводность. Проводники в электрическом поле. Электростатическая индукция. Электростатическая защита. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Электроизоляционные материалы.

4.     Электрическая  емкость. Плоский конденсатор. Применение конденсаторов. Соединение конденсаторов. Энергия электрического поля заряженного конденсатора.

5.     Электрический ток. Общие сведения об электрических цепях и основных элементах. Понятие об ЭДС. Источники ЭДС. Закон Ома для участка цепи и для всей цепи.

6.     Электрическое сопротивление и проводимость. Зависимость электрического сопротивления от температуры. Общее сопротивление при последовательном, параллельном и смешанном соединении резистора. Основные проводниковые материалы.

7.     Включение амперметра и вольтметра в электрическую цепь. Расширение пределов измерений.

8.     Работа и мощность электрического тока. КПД. Закон Джоуля – Ленца. Использование теплового действия электрического тока в технике. Нагревание проводов электрическим током.

9.     Режимы работы электрической цепи. Падение  напряжения в проводах.

10. Режимы работы источника питания. Правила Кирхгофа. Порядок расчета сложных электрических цепей.

11. Магнитное поле и его свойства. Графическое  изображение магнитных полей. Правило «буравчика». Характеристики магнитного поля. Магнитная индукция. Магнитный поток. Напряженность магнитного поля. Магнитное напряжение.

12. Силовое действие магнитного поля. Электромагнитная сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Правило «левой руки». Взаимодействие проводов с током в 2-х проводной линии. Магнитное поле катушка с током.

13. Магнитные свойства вещества. Абсолютная и относительная  магнитная проницаемость среды. Гипотеза Ампера.  

14. Классификация веществ по их магнитным свойствам. Свойства ферромагнетиков. Ферромагнитные материалы и их применение. Работы А. Г.Столетова по исследованию свойств железа. Петля гистерезиса.

15. Магнитная цепь и ее элементы. Практическое применение. Закон полного тока. Порядок расчета магнитных цепей. Устройство и принцип действия электромагнитов, и их применение.

16. Явление электромагнитной индукции. ЭДС в контуре, ЭДС в проводнике. Правило Ленца, правило «правой руки».

17. Явление самоиндукции. Понятие о потокосцеплении. Индуктивность. Взаимоиндукция. Использование явления взаимоиндукции в электрических устройствах.

18. Понятие переменного электрического тока. Получение переменной синусоидальной ЭДС и тока. Уравнения и графики. Основные параметры переменного тока и напряжения. Фаза переменного тока. Сдвиг фаз. Графическое изображение переменных величин синусоидами и векторными диаграммами.

19. Особенности цепей переменного тока. Понятие активного и реактивного сопротивления.

20. Электрическая цепь переменного тока с активным сопротивлением. Графики, векторная диаграмма, мощность.

21. Электрическая цепь переменного тока с индуктивной катушкой. Графики, векторная диаграмма. Мощность.

22. Электрическая цепь переменного тока с емкостью. Графики, векторная диаграмма, мощность.

23. Неразветвленная цепь переменного тока с активным сопротивлением и индуктивностью. Векторная  диаграмма. Графики. Треугольник сопротивлений. Мощность.

24. Неразветвленная цепь переменного тока с активным сопротивлением и емкостью. Векторная диаграмма. Треугольник сопротивлений. Графики. Мощность.

25.    Неразветвленная цепь переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью.  Векторная диаграмма. Треугольник  сопротивлений. Мощность. Коэффициент мощности.

26. Особенности резонансного режима работы цепи. Резонанс напряжений. Резонансная кривая.

27. Общий случай последовательного соединения сопротивлений. Признаки резонанса напряжений.

28. Резонанс токов, параллельное соединение сопротивлений в цепи переменного тока. Признаки резонанса токов.

29. Работы Доливо  – Добровольского по созданию трехфазной системы электрического тока. Понятие о трехфазном электрическом токе, системе фазных и линейных напряжений и токах. Соединение обмоток трехфазного генератора звездой и треугольником.

30. Соединение генератора и потребителя звездой, соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями. Роль нулевого провода. Понятие об аварийном режиме работы цепи

31. Соединение трехфазного генератора и потребителя треугольником. Соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями.

32. Мощность трехфазной цепи переменного тока. Измерение активной, реактивной и полной мощности.

33. Понятие о трансформаторе и его назначении. Работы П.Н. Яблочкова по созданию и техническому устройству трансформатора. Номинальные величины. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора. ЭДС обмотки. Формула трансформаторной ЭДС. Коэффициент трансформации. Режимы работы трансформатора. Потери энергии. КПД.

34. Устройство и принцип работы трехфазного трансформатора. Схемы соединения по ГОСТ. Понятие о группах соединения параллельной работе трансформаторов. Схемы соединения обмоток. Коэффициент трансформации.

35. Автотрансформаторы. Электрическая схема. Недостатки, преимущества, область применения.   Измерительные трансформаторы напряжения и тока. Электрические схемы.

36. Трансформаторы специального назначения. Сварочные трансформаторы, электрическая схема, внешняя характеристика, виды сварочных трансформаторов.

37. Средства измерения физических величин. Прямые и косвенные измерения. Метод непосредственной оценки. Погрешности при измерении: абсолютная, относительная, приведенная. Классификация электроизмерительных приборов, условные обозначения, класс точности.

38. Устройство и принцип работы магнитно – электрического измерительного механизма. Применение для измерения тока и напряжения в электрической цепи постоянного тока.

39. Устройство, принцип работы электродинамической системы. Ферродинамические приборы. Применение.

40. Приборы для измерения мощности. Схема включения ваттметра.

41. Однофазный индукционный счетчик. Устройство, принцип работы,  схема включения,

42. Измерение электрического сопротивления методом амперметра и вольтметра, приборами для  непосредственной оценки: омметрами, логометрами, моста постоянного тока.

43. Измерение неэлектрических величин электрическими методами

6.2.    2 семестр

1 Назначение машин постоянного тока. Работы Б.С. Якоби, ЭХ. Ленца в области развития электрических машин постоянного тока. Обратимость электрических машин.

2. Устройство и принцип действия электрических машин постоянного тока работающих в качестве генератора. Устройство и принцип действия электрических машин постоянного тока работающих в качестве электродвигателя. Противо - эдс электродвигателя.

4. Понятие обмотки якоря. Эдс обмотки якоря. Реакция якоря. Роль коллектора. Вращающий момент и коммутация в электродвигателях. Способы улучшения коммутации.

6. Генераторы постоянного тока с независимой системой возбуждения и его характеристики. Генераторы с самовозбуждением: параллельного, последовательного, смешанного возбуждения.

8. Электродвигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения. Вращающий момент. Характеристики. Пуск в ход. Регулирование частоты вращения электродвигателей постоянного тока независимого, параллельного возбуждения.

9. Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения. Вращающий момент, частота вращения. Характеристики.

10. Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения, согласное и встречное включение обмоток. Частота вращения. Характеристики.

11. Назначение электрических машин переменного тока и их классификация. Получение вращающего магнитного поля в 3-х фазных асинхронных двигателях. Устройство и принцип работы 3-х фазного асинхронного двигателя.

12. Скольжение. Частота вращения ротора. Эдс обмотки ротора. Вращающий момент и его зависимость от cos φ и скольжения S. Споcобы пуска в ход 3-х фазных асинхронных двигателей.

14. Синхронные машины переменного тока. Электрические машины малой мощности.

15. Понятие об электроприводе. Классификация.

16. Нагревание и охлаждение электродвигателей. Режим работы электродвигателей. Выбор мощности.

17. Защитная аппаратура: плавкие предохранители, автоматические выключатели, контакторы.

18. Устройства для пуска и управления, рубильники, пусковые реостаты, контроллеры.

19. Общие сведения об автоматике. Элементы автоматики. Система автоматического регулирования.

20. Чувствительные элементы автоматики и их использование для измерения электрических величин

21. Исполнительные элементы и промежуточные элементы систем автоматики, магнитные усилители: электромеханические, ферромагнитные.

22. Передача и распределение электрической, энергии. Классификация электростанций.

23. Схемы снабжения промышленных предприятий. Кабельные и воздушные линии электропередачи.

24. Трансформаторные подстанции. Защитное заземление.

25. Понятие об электронной эмиссии. Виды эмиссии. Устройство термоэлектронного катода. Типы катодов.

26. Лампа диод. Односторонняя проводимость. Вольт-амперная характеристика. Применение.

27. Лампа триод. Роль сетки. Анодно-сеточная характеристика. Применение.

28. Лампа тиратрон. Роль сетки. Применение. Приборы с тлеющим разрядом. Стабилитроны.

29. Световые индикаторы. Неоновые лампы.

30. Электрофизические основы работы полупроводниковых приборов. Электропроводимость полупроводников. Собственная и примесная проводимость. Полупроводниковый диод. Электронно-дырочный переход и его свойства. Вольт- амперная характеристика.

31. Биполярный транзистор. Применение.

32. Полевые транзисторы. Применение.

33. Тиристоры. Применение.

34.Сведения об электронных выпрямителях. Структурная схема. Однополупериодный выпрямитель.

35. Двухполупериодный выпрямитель. Мостовая схема выпрямителей на полупроводниковых диодах.

36. Сглаживающие фильтры: емкостные, индуктивные. Схемы и назначение элементов стабилизатора тока.

37. Назначение и классификация электронных усилителей. Усилительный каскад на лампе триод. Схема. Назначение

отдельных элементов. Коэффициент усиления.

38. Предварительное усиление напряжения на транзисторе. Схема, принцип работы, назначение отдельных элементов цепи. Коэффициент усиления.

39. Оконечные каскады усилителей. Варианты межкаскадных связей. Усилители постоянного тока.

40. Электронные генераторы. Основные понятия. Схемы и принцип работы электронного генератора типа LС и RС. Условие самовозбуждения.

41. Интегральные микросхемы. Общие сведения. Гибридные и тонкопленочные ИМС.

42. Полупроводниковые интегральные микросхемы.

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

Литература:

1. Т.Ф. Березкина «Задачник по общей электротехнике», М.2002;

2. И.А. Данилов, П.М. Иванов «Общая электротехника с основами электроники», «Высшая школа», М.:2000;

3.Э.А. Рабинович «Сборник задач по общей электротехнике», М. 2002;

4. Г.В. Ярочкина, А.А. Володарская «Электротехника»: рабочая тетрадь: учеб. пособие для нач. проф. образования-5-е изд., стер.М.: Издательский центр «Академия», 2007.-96с.