Задачи по электротехнике и электронике вар. 6 [СахГУ, СПЭТ, СТЭТ]

Задачи по предмету "Электротехника и электроника" вариант 6

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САХАЛИНСКОЙ ОБЛАСТИ

ГБПОУ «САХАЛИНСКИЙ ПРОМЫШЛЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

ОП.03. Электротехника и электроника

Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальности:

23.02.04 «Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям)»

2020г.

Организация-разработчик:

ГБПОУ «Сахалинский промышленно-экономический техникум»

Н.Ф Зубова , преподаватель ГБПОУ СПЭТ

Рассмотрено и рекомендовано на заседании ПЦК ТД

протокол №____ от «__» __________ 20__ г.

ППЦК _____________Скрыпченкова О.С..

Общие сведения об учебной дисциплине

ОП.03. Электротехника и электроника

1.1. Место учебной дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: Дисциплина является общепрофессиональной и входит в профессиональный учебный цикл.

Цели и задачи учебной дисциплины – требования к результатам освоения учебной дисциплины:

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:

- рассчитывать основные параметры простых электрических и магнитных цепей;

- собирать электрические схемы постоянного и переменного тока и проверять их работу;

- пользоваться современными электроизмерительными приборами и аппаратами для диагностики электрических цепей.

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:

- сущность физических процессов, протекающих в электрических и магнитных цепях;

- принципы, лежащие в основе функционирования электрических машин и электронной техники;

- методику построения электрических цепей, порядок расчета их параметров;

- способы включения электроизмерительных приборов и методы измерения электрических величин.

Процесс изучения учебной дисциплины направлен на формирование элементов следующих общих и профессиональных компетенций в соответствии с ФГОС СПО:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

ПК 1.1. Обеспечивать безопасность движения транспортных средств при производстве работ.

ПК 1.2. Обеспечивать безопасное и качественное выполнение работ при использовании подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и механизмов.

ПК 2.1. Выполнять регламентные работы по техническому обслуживанию и ремонту подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования в соответствии с требованиями технологических процессов.

ПК 2.3. Определять техническое состояние систем и механизмов подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования.

ПК 2.4. Вести учетно-отчетную документацию по техническому обслуживанию и ремонту подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования.

ПК 3.2. Осуществлять контроль за соблюдением технологической дисциплины при выполнении работ.

ПК 3.3. Составлять и оформлять техническую и отчетную документацию о работе ремонтно-механического отделения структурного подразделения.

ПК 3.4. Участвовать в подготовке документации для лицензирования производственной деятельности структурного подразделения.

1.2. Количество часов на освоение рабочей программы учебной дисциплины:

максимальной учебной нагрузки обучающегося — 222 часа, в том числе:

обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося — 32 часа самостоятельной работы обучающегося — 190 часов

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы

Объем часов

Максимальная учебная нагрузка (всего)

222

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

32

в том числе:

лабораторные работы

10

практические занятия

2

Самостоятельная работа обучающегося (всего)

190

в том числе:

проработка конспекта занятий;

выполнение домашнего задания, решение задач и упражнений

по образцу;

подготовка рефератов, сообщений, докладов

Промежуточная аттестация в форме экзамена

2.2. Содержание ОП 03. Электротехника и электроника

Введение

Содержание учебного материала

Основные задачи и содержание дисциплины «Электротехника и электроника», взаимосвязь с другими дисциплинами. Значение электротехнической подготовки в формировании специалистов среднего звена и в освоении ими современ­ной техники и передовой технологии. Электромагнитное поле.

Характеристики электрического поля: напряженность, напряжение, потенциал, единицы их измерения. Проводники, диэлектрики.

Основные параметры, характеризующие магнитное поле. Единицы измерения магнитных величин. Физика ферро­магнитных материалов. Общие сведения об электрических машинах. Принципы, положенные в основу работы электрических машин

Раздел 1. Электротехника

Тема 1.1. Электрические цепи постоянного тока

Содержание учебного материала

Электрическая цепь и ее элементы. Электрический ток, его величина, направление, единицы измерения. Физические

основы работы источника электродвижущей силы (ЭДС). Способы соединения приемников и источников электриче­ской энергии.

Тема 1.2. Электромагнетизм и электромагнитная индукция

Содержание учебного материала

Общие сведения о магнитных цепях. Закон полного тока. Закон Ампера. Сила взаимодействия параллельных прово-

дов с токами. Электромагниты и их применение.

Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Понятие о потокосцеплении. Принципы преобразования механи­ческой энергии в электрическую и электрической энергии в механическую.

Индуктивность и явление самоиндукции. Задачи, алгоритм и особенности расчета магнитных цепей

Тема 1.3. Электрические цепи переменного тока

Содержание учебного материала

Переменный синусоидальный ток: основные понятия и определения. Векторные диаграммы. Мощность в цепи синусоидального тока. Элементы и параметры цепи переменного тока. Особенности электрических процессов в простейших электрических цепях с активным, индуктивным и емкостным элементом. Закон Ома для этих цепей. Несинусоидальные токи. Электрические цепи переменного тока с нелинейными элементами: основные понятия и определения.

Тема 1.4. Электрические измерения электроизмерительные приборы

Содержание учебного материала

Прямые и косвенные измерения. Классификация электроизмерительных приборов. Условные обозначения на шкалах

электроизмерительных приборов. Погрешности измерений. Класс точности электроизмерительных приборов. Ис

пользование электрических методов для измерения неэлектрических величин при эксплуатации и обслуживании ав­томобилей.

Тема 1.5. Электрические машины

Назначение, классификация трансформаторов. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора. Урав­нения и схемы замещения трансформатора.

Режимы работы трансформатора. Потери энергии. КПД трансформатора. Трехфазные трансформаторы.

Понятие о трансформаторах специального назначения. Получение вращающегося электромагнитного поля.

Принцип действия и общее устройство коллекторных машин постоянного тока.

Принцип действия и общее устройство коллекторных машин переменного тока: асинхронного двигателя, синхрон­ных машин.

Раздел 2. Электроника

Тема 2.1. Полупроводниковые приборы

Содержание учебного материала

Электропроводность полупроводников, образование и свойства р-n-перехода, прямое и обратное включение p-n-

перехода. Виды пробоя.

Выпрямительные диоды и стабилитроны: условные обозначения, устройство, принцип действия, вольт-амперные характеристики, параметры, маркировка и применение.

Тема 2.2. Электронные устройства

Содержание учебного материала

Классификация оптоэлектронных индикаторных приборов.

Газоразрядные индикаторы. Полупроводниковые индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы. Основные сведения о выпрямителях; их назначение, классификация, обобщенная структурная схема. Однофазные и трехфазные выпрямители; схемы, принцип действия, графическая иллюстрация работы, основные соотношения меж­ду электрическими величинами. Сглаживающие фильтры, их назначение, виды.

Стабилизаторы напряжения и тока, их назначение, простейшие принципиальные схемы, принцип действия, коэффи­циент стабилизации.

Тема 2.3. Электронные устройства автоматики и вычислительной техники

Содержание учебного материала

Общие сведения об электронных устройствах автоматики и вычислительной техники. Основные элементы и особенности работы электрических аппаратов. Коммутирующие аппараты распределительных устройств и передающих линий.

Тема 2.4 Микро­процессоры и микроЭВМ

Содержание учебного материала

Микропроцессоры и микроЭВМ, их место в структуре средств вычислительной техники. Применение микропроцес­соров и микроЭВМ для комплексной автоматизации управления производством, в информационно-измерительных системах, в технологическом оборудовании.

3. Требования к оформлению контрольной работы

Контрольная работа должна быть обязательно выполнена студентом заочного отделения.

Выполненные контрольные работы предоставляются для проверки не позднее, чем за 1 месяц до начала сессии.

Студент, не выполнивший контрольную работу - к экзамену не допускается.

Предлагаемая контрольная работа состоит из восьми задач. Приступая к выполнению контрольной работы, студенту необходимо внимательно прочитать поставленный вопрос и подобрать соответствующую литературу по рассматриваемой теме

Ответ должен быть полным и обусловленным, отражающим собственное мнение по поставленной проблеме. На каждой странице должны быть сноски, показывающие ,из каких источников был взят материал. В конце работы необходимо предоставить полный список используемой литературы.

Работа может быть выполнена в рукописном виде в ученической тетради либо печатно на листах формата А4. Оформление титульного листа требует указания Ф.И.О .студента с указание группы, специальности.

Студентам предлагается 10 или 30 вариантов контрольного задания , который определяются последней цифрой шифра ,присвоенного студенту при поступлении в техникум.

Качество работы оценивается степенью правильности решения задач и ответов на вопросы.

Если работа не будет зачтена ,ее следует выполнить заново, с учетом сделанных замечаний.

Недопустимо механическое переписывание текста учебника!

4.Задания для выполнения контрольной работы

Задание 1.

Для электрической цепи постоянного тока (рис.2а) определить общий ток I, токи I1, I2, I3, I4, в ветвях резисторов и ток I23 в перемычке 2—3 цепи при разомкнутом и замкнутом выключателе В, а также напряжение U23 между узлами 2 и 3 при разомкнутом выключателе. Напряжение U, подводимое к электрической цепи, сопротивления резисторов R1—R7, положение выключате­ля В " участок электрической цепи между узлами / и 2 цепи, показанный на рис. 1.2, а пунктиром для соответствующего варианта рис. 2, б—е, приведены в табл. 1.

В вариантах 31—60 сопротивление резистора R2 = 0, в вариантах 61—90 R4=∞

Величины

Варианты контрольного задания 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

U,B

110 или 220

R1, Ом

10

10

10

10

10

10

10

20

30

40

10

30

20

30

40

R2, Ом

10

10

20

30

40

10

10

20

30

40

10

20

20

30

40

R3, Ом

10

20

20

30

40

10

20

20

30

40

10

10

20

30

40

R4, Ом

.10

30

20

30

40

10

30

20

30

40

10

10

20

30

40

R5, Ом

10

10

5

20

10

10

10

5

20

10

5

10

10

20

20

R6, Ом

10

20

10

5

5

10

20

10

5

5

5

10

20

10

10

R7, Ом

5

10

20

30

40

5

10

20

30

40

40

30

20

10

5

Схема

Рис. 2 а

Рис. 2 б

Рис. 2 в

Положение выключателя В

Разомкнут

Замкнут

Разомкнут

Замкнут

Разомкнут

Замкнут

Величины

ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ 1

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

U,B

110 или 220

R1, Ом

30

10

10

40

20

10

20

20

30

40

10

10

20

30

40

R2, Ом

30

10

10

40

20

10

10

20

30

40

10

10

20

30

40

R3, Ом

30

10

20

40

20

10

10

10

10

10

10

20

20

30

40

R4, Ом

30

10

30

40

20

20

20

30

30

30

10

30

20

30

40

R5, Ом

20

10

10

10

5

10

10

10

5

20

10

20

5

20

10

R6, Ом '

5

10

20

5

10

5

10

20

10

5

10

20.

10

5

5

R7, Ом

30

5

10

40

20

10

20

30

40

5

5

10

20

40

40

Схема

Рис. 2 г

Рис. 2 д

Рис. 2 е

Положение выключателей В

Замкнут

Разомкнут

Замкнут

Разомкнут

Замкнут

Разомкнут

Таблица 1

ПРОДОЛЖЕНИЕ ТАБЛИЦЫ 1.

Задание 2

Для электрической цепи постоянного тока (рис. 1.2), используя дан­ные, приведенные для данного варианта задания в табл. 2 определить токи I1 – I9 в ветвях резисторов R1 – R9, режимы работы источников питания, составить баланс мощностей. ЭДС и напряжения источников, сопротивления резисто­ров и положение выключателей для соответствующих вариантов задания приведены в табл. 1.3 Внутренним сопротивлением источников пренебречь.

Примечание. Для расширения числа вариантов контрольного задания

в вариантах 31—60 сопротивления резисторов R1 – R9 увеличить в 2 раза, в вариантах 61— 90 — уменьшить в 3 раза.

Рис.1.2

Рис 1.3

Величины

Варианты контрольного задания 2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

E 1,B

110 220

E 3, B

90

-

-

-

-

220

60

40

50

-

-

-

-

-

-

10

-

-

-

-

110

20

10

40

-

-

-

-

-

-

E 4, B

-

80

-

-

-

150

-

-

-

40

40

80

-

-

-

-

160

-

-

-

220

-

-

-

10

20

100

-

—- ■

-

U 5, B

-

-

80

-

-

-

50

-

-

40

-

-

60

60

-

-

-

160

-

-

-

20

-

-

10

-

- -

120

250

-

U 6, B

-

-

-

80

-

-

-

20

-

-

40

-

50

-

40

-

-

-

80

-

-

-

10

-

-

40

— -

10

-

40

R 1, Ом

0,2

0 ,2

0 ,2

0, 2

0, 2

1

0,2

0,2

0,2

0,4

0,2

0,4

0,2

0,2

0,2

0,4

0,2

0,2

0,2

0,4

1

0,2

0,2

0,1

04

0,2

04

0, 5

0,2

1

R 2, Ом

2

2

1

3

2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2

2

1

3

2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 2, Ом

2

2

3

1

2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2

2

3

1

2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

R 3, Ом

0,2

-

-

-

- .

2

2

2

4

-

-

-

-

-

-

0,2

-

-

-

-

2

2

2

4

-

-

-

-

-

-

R 4, Ом

-

0,2

-

-

-

2

-

-

-

2

2

4

-

-

-

-

0,2

-

-

-

1

-

-

-

2

1

1

-

-

-

R 5, Ом

-

-

0,4

-

-

-

1

-

-

0,4

-

-

1

0,5

-

-

-

0,4

-

-

-

0,5

-

-

0,4

-

-

1

0,5

-

R 6, Ом

-

-

-

0,4

-

-

-

1

-

-

0,5

-

1

-

1

-

-

-

0,4

-

-

-

1

-

-

0,5

-

1

-

1

R 7, Ом

-

-

-

-

0,2

-

-

-

1

-

-

1

-

1

5

-

-

-

-

0,4

-

-

-

1

-

-

1

-

1

2

R 8, Ом

0, 8

0,8

0,4

04

0,4

1

1,8

1,9

0,8

1,6

0,8

0,6

0,4

0,2

0,4

0,8

0,8

0,4

0,2

0,8

1

1,8

1,8

0,4

1,6

0,8

0,6

0,2

0,2

0,5

R 9, Ом

-

-

0,2

0,2

0,4

-

1

1

1

1,6

0,5

1

0,4

0,6

0,4

-

-

0,1

0,8

-

1

1

1

1,6

0,5

1

0,3

0,6

0,5

Замкнутые вы-

ключатели

В2

В2,

в2

В2,

В2,

Вз,

Вз,

Вз,

Вз,

В4,

в4

В4

в5

в5,

В6,

в2,

В2,

В2,

В2

В2,

Вз,

Вз,

Вз,

Вз,

В4

B4

В4,

в5

В5,

в6,

В3

B4

в5

B6

B7

В4

B5

в6

B7

в5

в6

в7

в6

в7

В7

Вз

B4

в5

в6

В7

В4

В5

в6

в7

В5

в6

в7

в6

В7

В7

Таблица 2

Задание 3. Для электрической цепи постоянного тока (рис. 1.3 ) определить токи I1 – I7 в ветвях резисторов R1 – R7, составить баланс мощностей, а также определить режим работы источников питания и напряжение U12 между точками / и 2 цепи. Сопротивления резисторов R1 — R7, ЭДС E1 – E6 и напряжения U5 и U7 источников питания, ток J8 источника тока и положения выключателей B3 – B8 для соответствующих вариантов задания приведены в табл.3. Задачу решить методом применения уравнений, составленных по законам Кирхгофа.

Величины

Варианты контрольного задания 3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

E 1,B

110 220

E 4, B

90

-

80

-

-

220

-

-

60

-

-

80

-

-

-

140

-

150 450

-

-

11000

-

-

100

-

-

100 100

-

-

-

E 6, B

-

-

-

90

60

150

50

-

-

-

-

-

-

80

-

-

-

-

180

80

1000

100

- -

-

-

-

-

-

150

-

U 5, B

-

100 1100 1100

40

-

80 8080

-

-

40

-

-

-

-

60

-

-

-

80

40

-

150 150

-

-

80

-

-

-

- -

50

-

-

U 7, B

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

40

40

40

20

30

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

80

80 -

60

10

60

R 1, Ом

1

1

2

1

1

2

2

1

1

2

1

2

1

1

1

5

4

5

2

5

2

2

2

2

4

4

2

2

1

R 4, Ом

2

-

2

-

-

1

-

-

1

-

-

2

-

-

-

4

-

4

-

-

2

-

-

2

-

-

4

-

-

-

R 6, Ом

-

-

-

2

2

4

2

-

-

-

-

-

-

4

-

-

-

-

4

4

1

2

-

-

-

-

-

-

4

-

R 2, Ом

2

2

1

2

2 .

1

2

3

1

2

1

1

2

1

3

1

2

2

1

2

4

2

3

1

2

2

1

2

3

2

R 2, Ом

3

3

4

2

2

4

3

2

4

2

4

4

3

2

2

4

3

2

1

3

1

2

2

1

2

3

4

2

2

2

R 3, Ом

1

1

4

3

-

-

-

-

-

2

3

-

-

-

-

2

1

-

2

-

-

-

-

-

2

4

-

-

-

-

R 3, Ом

4

4

-

2

-

-

-

-

-

3

2

-

-

-

-

3

4

-

2

-

-

-

-

-

2

1

-

-

-

-

R 5, Ом

-

10

-

-

1

-

-

3

-

-

-

-

5

-

-

-

10

10

-

5

-

-

2

-

-

-

-

5

-

-

R 7, Ом

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

5

5

5

4

5

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

4

5

2

4

2

J8, A

-

-

-

-

-

-

10

5

5

8

-

-

-

-

6

-

-

-

-

-

-

8

10

5

5

-

-

-

-

6

Выключатели разомкнуты

В5

В4,

В3

В4,

В3,

Вз,

Вз,

Вз,

Вз,

В4,

в4

В3

В3

В3,

В5,

В4,

В3,

В4,

В3

В3,

Вз,

Вз,

Вз,

В4,

В4

B3

В3,

В3

В3,

В3,

В6

B6

В6

B5

B4

В5

B4

В4

B5

В5

В5

В5

В4

В4

В4

В6

B6

В6

В5

В4

В5

В4

В4

В5

В5

В5

В5

В4

В4

В4

B7

B7

B7

B7

B7

B7

B5

B6

B6

B6

B6

B6

B6

B5

B5

B7

B7

B7

B7

B7

B7

B5

B6

B6

B6

B6

B6

B6

B5

B5

B8

B8

B8

B8

B8

B8

B7

B7

B7

B7

B8

B8

B8

B8

B6

B8

B8

B8

B8

B8

B8

B7

B7

B7

B7

B8

B8

B8

B8

B6

Таблица 3

Задание 4

Электрическая Цепь постоянного тока (рис. 1.5) с последовательно соеди­ненными нелинейным R1 и линейным R2 сопротивлениями включена в питаю­щую сеть с напряжением U. Используя вольт-амперные характеристики I(U1) нелинейного сопротивления R1 (табл.4, а также данные, приведенные в табл.4 для каждого варианта задания, определить ток I в цепи и падения напряжений ∆U1 и ∆U2 на сопротивлениях R1 и R2 .

Построить зависимость изменения тока I(U) в электрической цепи при изменении напряжения U источника питания в пределах ±20 % U.

Таблица4

Величины

Варианты контрольного задания 4

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

U2, B

/, А

10

1,0

10

1,1

10

1,2

10

1,3

10

1,4

10

15

10

6

10

1 7

10

8

10

9

11

20

11

2,1

11

2,2

11

2,3

11

2,4

I, A

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

2,3

2,4

Величины

Варианты контрольного задания 4

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

U2, B

I, A

11 1,0

11 1,1

11 1,2

11 1,3

11 1,4

12 1,5

12 1,6

12 1,7

12 1,8

12 1,9

12 2,0

12 2,1

12 2,2

12 2,3

12 2,4

Вольт-амперная характеристика 1 линейного элемента

Продолжение табл.4.

Вольт- амперная характеристика 2 линейного элемента

Величины

Вольт- амперные характеристики нелинейного элемента

1

2

U1, B

1

2

4

8

12

16

20

2

4

6

8

10

12

14

I, A

2

3

4

4,2

4,3

4,4

2,5

0,5

1,1

2,2

3,5

4,8

6

8

Продолжение табл.4

Задание 5.

В электрической цепи переменного тока имеет место резонанс напря­жений (рис.5 ) при частоте питающего тока f. Используя данные, приведен­ные в табл. 5. для соответствующего варианта задания, определить показание вольтметра VK на зажимах катушки индуктивности, активное RK и индуктивное Хк сопротивления катушки, показание ваттметра W, реактивную мощность QK катушки индуктивности, емкость С конденсатора, индуктивность LK и коэффи­циент мощности cosφk, катушки. Построить векторную диаграмму тока I и на­пряжений в цепи. Показания вольтметра Vc, включенного на зажимы конден­сатора Uс, напряжение U, приложенное к цепи, и показание амперметра А приведены в табл 5.

Таблица 5

Вели­чины

Варианты контрольного задания 5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

U, B

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

U c, B

60

62

64

66

68

70

72

74

76

78

80

82

84

86

88

I, A

2

4

7

8

9

10

11

.12

13

14

10

8

17

9

19

Рис.5.

Вели­чины

Варианты контрольного задания 5

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

U, B

48

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

Uc, B

90

92

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112

114

116

118

I, A

20

7

11

23

6

10

13

27

28

29

10

31

16

11

17

Продолжение табл.5

Задание 6

К зажимам электрической цепи переменного тока параллельно под­ключены катушка индуктивности с активным сопротивлением R и

индуктив­ностью L и конденсатор с емкостью С. К цепи подведено периодическое неси­нусоидальное напряжение u(t). С учетом схемы

включения R, L, С, а также данных, приведенных для соответствующего варианта задания в табл2.2» опре­делить амплитудные lm и

действующие / значения несинусоидальных токов и напряжений Um и U, а также их гармонических составляющих, выражение для

мгновенного значения тока i(t), активную Р, реактивную Q и полную Р мощности отдельных гармонических составляющих цепи.

Вели-

чины

Варианты контрольного задания 6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

U, B

U(t) = 80√2sinωt + 50√2sin3ωt + 20√sin5ωt

R, Ом

5

5

5

5

5

5

5

5

6

6

6

7

7

7

7

L, мГн

15,98

31,85

47,8

63,7

15,98

31,85

47,8

63,7

15,98

31,85

47,8

63,7

15,98

31,85

46,8

С, мкФ

265,5

91

88,5

29,5

29,5

88,5

91

265,5

91

88,5

29,5

265,5

91

88,5

29,5

Примечание. В вариантах 31—60 катушка индуктивности и конден­сатор включены последовательно, в вариантах 61—90

сопротивление катушки R уменьшить в 2 раза.

Таблица 6

Вели-

чины

Варианты контрольного задания 6

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

U, B

U (t) = 40 + 80√2sinωt + 50√2sin3ωt

R, Ом

8

8

8

8

9

9

9

9

10

10

10

10

12

12

12

L, мГн

63,7

15,98

31,85

47,8

63,7

15,98

31,85

47,8

63,7

15,98

31,85

47,8

63,7

15,98

31,85

С, мкФ

265,5

91

88,5

29,5

265,5

91

88,5

29,5

265,5

91

88,5

29,5

265,5

91

88,5

Продолжение таблицы 6.

Задание 7.

Три потребителя электроэнергии, имеющие одинаковые полные сопро­тивления фаз Z, соединены «звездой» и включены в четырехпроводную трехфазную сеть с системой симметричных линейных напряжений ил. Опреде­лить токи /ф по фазам И в нейтральном проводе In, а также мощность Р трех­фазной цепи с учетом данных, приведенных в табл.7.для каждого варианта задания. Составить электрическую схему питания. Построить векторную диаг­рамму напряжений и токов с учетом характера нагрузки.

Таблица 7.

Варианты

Контрольное задание 7

Величины

Uл, В

Zф, Ом

Фаза А

Фаза В

Фаза С

COS φа

Характер нагрузки

COS φb

Характер нагрузки

COSφc

Характер нагрузки

1

220

5

1

R

0,865

R, XL

0,865

R, Хс

2

380

10

0

Хс

1

R

0

XL

3

660

12,7

1

R

0

Xc

0

Xl

4

220

20

0

Хс

1

R

0

Xl

5

380

25

1

R

0

XL

0

Хс

6

660

30

0

XL

0

Xc

1

R

7

220

35

0,5

R, XL

0,5

R, XL

0,5

R, XL

8

380

40

0,865

R, Xc

0,865

R, XL

1

R

9

660

44

1

R

0

Xl

0

Xc

10

220

50

1

R

0

Xc

0

XL

11

380

55

0

Xc

1

R

0

Xl

12

660

60

0,5

R, XL

1

R

1

R

13

220

80

1

R

0

XL

0

Xc

14

380

100

0

Xc

1

R

0

XL

15

660

127

0,705

R, XL

0,705

R, X.c

1

R

16

220

5

1

R

0

Xi

0

Xc

17

380

10

1

R

0

Xc

0

XL

18

660

10

1

R

0,5

R, XL

0.5

R, Xc

19

220

12,7

0

XL

1

R

1

R

20

380

12,7

0,705

R, XL

0,705

R, XL

0,705

R, XL

21

660

20

0

Xl

0

Xc

1

R

22

220

20

1

R

1

R

0,5

R, Xc

23

380

20

0,865

R, XL

1

R

0,865

R, Xc

24

660

25

0

X

0

XL

1

R

25

220

25

0

XL

0

Xc,

1

R

26

380

30

1

R

0

Xl

0

Xc

27

660

30

0,705

R, Xc

0,705

R, Xc

0,705

R, Xc

28

220

40

0

Xc

1

R

1

R

29

380

44

1

R

0,5

R, XL

0,5

R, XL

30

660

44

0

XL

0

Xc

1

R

Задание 8.

Усилитель на транзисторе собран по схеме на рисунке 9.1. Пользуясь входными и выходными характеристиками транзистора определить положение рабочей точки А, если известно, что Rк Ом, RI =3 кОм, R2= 100 Ом, Eк

Рис.9.1

Таблица 1

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Номера характе-

ристик

119-120

121-122

123-124

125-126

127-128

129-130

131-132

133-134

135-136

Ек [B]

25

20

25

20

25

30

40

25

40

Rк [ом]

240

230

250

240

220

264

253

275

264

Вариант

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Номера характе-

ристик

119-120

121-122

123-124

125-126

127-128

129-130

131-132

133-134

135-136

Ек [B]

40

35

30

25

20

72

25

30

35

Rк [ом]

242

288

276

300

288

264

312

299

325

Вариант

20

21

22

23

24

25

26

27

28

Номера характе-

ристик

121-122

123-124

125-126

127-128

129-130

131-132

133-134

135-136

119-120

Ек [B]

40

35

30

25

25

25

30

35

40

Rк [ом]

286

192

184

200

192

176

216

207

225

Методические указания.

Коэффициент усиления по напряжению

KU=Uвых/ Uвх.

Где Uвых, Uвх – напряжение на выходе и входе усилителя. Коэффициент усиления по напряжению, выраженный в децибелах,

Ku =20lg K.

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя

K= K1 K2…Kn, или

Kдб =K1дб + K2дб + … + Knдб,

Где K= K1 K2…Kn, - коэффициенты усиления отдельных каскадов.

Коэффициент частотных искажений усилительного каскада

M = K0 / K,

Где K0 – коэффициент усиления на средних частотах; K – коэффициент усиления на какой-либо частоте рабочего диапазона.

Коэффициент частотных искажений, выраженный в децибелах,

Mдб = 20lg M

Коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя

Mобщ = M1 M2 … Mn

Или

Mобщ дБ = M1дб + M2дб + … + Mnдб,

Коэффициент усиления транзисторного каскада на средних частотах

K0 =h21э Rн / Rвх

Где h21э - статический коэффициент усиления тока базы в схеме с общим эмиттером;

Rн – сопротивление коллекторной нагрузки, Ом; Rвх – входное сопротивление транзистора, Ом.

Напряжение смещения в транзисторном каскаде при использовании схемы эмиттерной температурной стабилизации

Uбэ = Iдел R2 – IЭ0 RЭ

Где Iдел = EK/ (R1 + R2) – постоянный ток делителя в цепи базы транзистора; IЭ0 – постоянная составляющая тока эмиттера, А.

Ёмкость блокировочного конденсатора в цепи катода (эмиттера)

C≥ 10 / (2πƒHR)

Где ƒH – нижняя частота спектра усиливаемых колебаний, Гц; R – сопротивление резистора в цепи катода (эмиттера), Ом.

Электрический КПД усилителя

ŋ= Pвых / P0

Где Pвых – выходная мощность усилителя; P0 – мощность, расходуемая источником коллектора питания.

Мощность, выделяемая в нагрузке,

PН = ŋ t Pвых

Где ŋt – КПД выходного трансформатора; Pвых – мощность, отдаваемая транзистором.

Сопротивление нагрузки, пересчитанное в первичную обмотку трансформатора (приведенное сопротивление)

R’Н = RH / k2

Где RH – сопротивление нагрузки; ŋ – коэффициент трансформации выходного трансформатора.

Коэффициент усиления каскадного, охваченного отрицательной обратной связью,

= / (1 + Kос K0)

Где K0 – коэффициент усиления каскада до введения ООС; Kос – коэффициент обратной связи.

Добротность колебательного контура

Q= Zв / rk

Где Zв - волновое сопротивление контура, Ом; rk – сопротивление потерь, Ом.

5.Примеры решения задач

5.1 Расчет цепей постоянного тока

Задание 1.

Определить эквивалентное сопротивление Рэк электрической цепи постоянного тока и распределение токов по ветвям.

Дано:

R1=3 Ом; R2=2 Ом; R3=8 Ом; R4=12 Ом; R5=1 Ом; R6=1 Ом; R7=2 Ом; R8=15 Ом; R9=10 Ом; R10=20 Ом; R11=5 Ом; R12=10 Ом; U=110 В.

Найти: I1-I12.

Решение:

1. Определим эквивалентное сопротивление цепи методом свёртывание схемы.

RЭ1=R11+R12=5+10=15Ом

RЭ2=(R9*R8)/(R9+R8)=(10*15)/(10+15)=6Ом

RЭ3=R5+R7=1+2=3Ом

RЭ4=(R2*R4)/(R2+R4)=(2*12)/(2+12)=1,714 Ом

RЭ5=1/((1/RЭ1)+(1/RЭ2+R10)+(1/RЭ3)+(1/R6)+(1/R3+RЭ4)) = 1/((1/15)+(1/6+20)+(1/3)+(1/1)+(1/(8+1,714)))=0,65 Ом.

Рис. 1

Rэк=R1+Rэ5=3+0.65=3.65

2.Определим токи в ветвях схемы:

I=I1=U/Rэк=110/3.65=30.14 A.

Uэ5=U3,э4=U6=Uэ3=Uэ2,10=Uэ1=I*Rэ5=30,14*0,65=19,59 В.

I3=Iэ4=Uэ4,3/R3+Rэ4=19.59/(8+1.714)=2 A.

Uэ4=Iэ4*Rэ4=2*1.714=3.428 В.

I4=Uэ4/R4=3.428/12=0.29 A; I2=Uэ4/R2=3.428/2=1.71 A.

I6=U6/R6=19.59/1=19.59A; I5=I7=Uэ3/Rэ3=19.59/3=6.53 A.

I11=I12=Iэ1=Uэ1/Uэ1=19.59/15=1.3 A;

Iэ2=I10=Uэ2,10/(Rэ2+R10)=19,59/(6+20)=0,72 А;

Uэ2=U9=U8=Iэ2*Rэ2=0.72*6=4.32 В.

I9=U9/R9=4.32/10=0.43 A; I8=U8/R8=4.32/15=0.29 A.

3)Для проверки полученных результатов составим для узла 1 уравнение по первому закону Киргофа:

I-I3-I6-I5-I8-I9-I11=0; 30.14-2-19.59-6.53-0.29-0.43-0.3=30.14-30.14=0,

Следовательно токи в ветвях найдены верно.

Ответ: I=I1=30.14A; I2=1.71 A; I3=2A; I4=0.29A; I5=I7=6.53A; I6=19.59 A; I8=0.29A; I9=0.43A; I10=0.72A; I11=I12=1.3A.

Задание2.

Для электрической цепи постоянного тока (рис 2 ) определить общий ток I, токи I1,I2,I3,I4 в ветвях резисторов и ток I23 в перемычке 2-3 цепи при разомкнутом и замкнутом выключателе В, а также напряжение U23 между узлами 2и3 при разомкнутом выключателе.

Дано: U=220 В; R1=R2=R3=R4=R7=20 Ом; R6=10 Ом.

Найти: I, I1, I2, I3, I4, I23, U23.

Решение: 1)Расчёт схемы при замкнутом выключателе. Сопротивление участка 1-2 схемы:

R34=(R3*R4)/(R3+R4)=(20*20)/(20+20)=10 Ом; R234=R2+R34=20+10=30 Ом;

R1234=(R1*R234)/(R1+R234)=(20*30)/(20+30)=12 Ом.

Сопротивление левой части схемы:

Rлев=(R5*R1234)/(R5+R1234)=(5*12)/(5+12)=3,53 Ом.

Сопротивление правой части схемы:

Рис. 2

Rпр= (R6*R7)/(R6+R7)=(10*20)/(10+20)=6,67 Ом.

Общее сопротивление цепи, как последовательное соединение левой и правой части схемы: Rобщ=Rпр+Rлев=6.67+3.53=10.2 Ом.

Входной ток: I=U/Rобщ=220/10.2=21.57 A.

Ток I1 по формуле делителя тока

I1=I*R5/R1234+R5=21,57*5/(12+5)=6.34 A.

Ток I2 по формуле делителя тока

I2=I*(R1234/(R1234+R5))=21.57*12/(12+5)=15,23 А

Ток I3 по формуле делителя тока:

I3=I*R7/(R6+R7)=21.57*20/(10+20)=14,38 А.

Ток I4 по формуле делителя тока:

I4=I*R6/(R6+R7)=21.57*10/(10+20)=7.19 A

По первому закону Киргофа найдём ток в перемычке:

I23=I1-I3=6.34-14.38=-8.04 A, то есть направление тока I23 противоположно показанному на рис. 2а.

2)Расчёт схемы при разомкнутом выключателе (рис 2б.).

Сопротивление верхнего участка цепи:

Rверх= R1234+R6=12+10=22 Ом.

Сопротивление нижнего участка цепи:

Rниж=R5+R7=5+20=25 Ом.

Общее сопротивление цепи:

Rобщ=(Rверх*Rниж)/(Rверх+Rниж)=(22*25)/(22+25)=11,7 Ом.

По закону Ома найдём ток через всю схему, а также токи I1иI2:

I=U/Rобщ=220/11,7=18,8 А; I1=U/Rверх=220/22=10 A;

I2=U/Rниж=220/25=8.8 A.

Напряжение на зажимах разомкнутого ключа:

U23=|I1R6-I2R7|=|10*10-8.8*20|=76 В

Ток I23, так как перемычка разомкнута. I3=I1; I4=I2, так как токи протекают в одной ветви.

Ответ: 1)I1=6.34A; I2=15.23 A; I3=14.38 A; I4=7.19 A; I23=8.04 A; I=21.57 А.

2)I1=I3=10 A; I2=I4=8.8 A; I23=0; I=18.8 A; U23=76 В.

Задание 3.

Для электрической цепи постоянного тока (рис 3) определить токи I1-I9, режимы работы источников питания, составить баланс мощностей.

Внутренним сопротивлением источников пренебречь.

Дано: Е1=110 В; Е3=40 В; U6=20 В; R1=0,2 Ом; R3=2 Ом; R6=1 Ом; R8=1.9 Ом; R9=1 Ом.

Найти: I1-I9.

Решение.

1. Для определения токов в ветвях используем метод узлового напряжения.

2. Определим узловое напряжение Uав:

Uав=(Е1g1+E3g3+U6g6)/(g1+g2+g3)

Где проводимости ветвей:

g1=1/(R1+R8)=1/(0,2+1,9)=0,476;

g3=1/R3=1/2=0.5; g6=1/(R6+R9)=1/(1+1)=0.5.

Uав=(110*0,476+40*0,5+20*0,5)/(0,476+0,5+0,5)=55,8 В

3.Определим токи в ветвях: I1=(E1-Uав)g1=(110-55,8)*0,476=25,8 А.

I3=(Е3-Uав)g=(40-55,8)*0,5=-7,9 А.

I6=(U6-Uав)g6=(20-55,8)*0,5=-17,9 А.

Направления токов I3и I6 противоположно выбранному следовательно источник Е3 работает в режиме потребителя; источник Е1-в режиме генератора.

4.Составим баланс мощностей:

E1I1-E3I3-U6I6=I1(R1+R8)+I3*R3+I6(R6+R9)

110*25.8-40*7.9-20*17.9=25.82*21+7.92*2+17.92*2

2838-316-358=1397.84+124.82+640.82

2164=2163.48

Следовательно токи определены верно

Ответ: I1=25.8 A; I3=-7.9 A; I6=-17.9 A.

Задание 4.

Для электрической цепи постоянного тока (рис 4) определить токи I1-I7, составить баланс мощностей, режим работы источников питания и напряжение U12 между точками 1 и 2 цепи. Задачу решить методом применения управлений, составленных по законам Киргофа.

Дано: Е1=110 В; U5=40 В; R1=1 Ом; R2= 3 Ом; R2`=2 Ом; R5=3 Ом; J8=5 А.

Найти: I1, I5, I2, I12.

Решение: Схема содержит четыре ветви и два узла. По первому закону Киргофа составим 2-1=1 уравнение для узла 3: I1-I2-I5+J8=0.

По второму закону составим два уравнения для контуров I, II: I1R1+I2(R2+R2`)=Е1;

I5R5-I2(R2+R2`)=U5.

Из (2): I1= 110-5 I2

Из (3): I5=13,33+1,67 I2

Из (1): 110-5I2-I2-13.33-1.67I2=-57.67 I2=101.67

I2=13.26 A

I1=110-5*13.26=43.7 A

I5=13.33+1.67*13.26=35.43 A

Все точки направлены так, как показано на рис. 4, следовательно, оба источника работают в режиме генератора.

2. Составим баланс мощностей:

E1I1+U5I5=I12R1+I22(R2+R2`)+I52R5;

110*43,7+40*35,43=43,72*1+13,262*5+35,432*3

6524,2=6554,68

Погрешность вычислений составляет 0,46%,<1%

3. Напряжение между точками 1и2:

U12=I1R1+I2R2=43.7*1+13.26*3=83.48 В.

Ответ:I1= 43.7 A; I2=13.26 A; I5=35,43 А; U12=83.48 В.

Задание 5.

Электрическая цепь постоянного тока (рис. 5) с последовательным соединением нелинейным R1 и линейным R2 сопротивлениями включена в питающую сеть с напряжением U. Определить ток I в цепи и падения напряжений дельта U1 и дельта U2 на сопротивлениях R1 и R2.

Построить зависимость изменения тока I(U) в электрической цепи при изменении направления U источника питания в пределах ± 20%U.

Дано: U2=10 В; IА=1,7 А

U1, В

2

4

6

8

10

12

14

I, A

0,5

1,1

2,2

3,5

4,8

6

8

Найти: I, ^ U1, ^U2.

Решение.

На рис 6 построим вольт- амперные характеристики (ВАХ) заданных элементов: 1- нелинейное сопротивление, 2- линейное.

При последовательном соединении при любом значении тока I напряжение равно U=U1+U2.

Рис. 5

Построим ВАХ цепи 3 пустим суммирования абсцисс характеристик отдельных элементов. Из точки пересечения прямой U 10В и ВАХ цепи проведём горизонтальную линию до оси ординат Найдём: I=1,1 А.

Точки пересечения прямой I=2 А с ВАХ каждого элемента цепи дадут падения напряжений на каждом сопротивлении: дельта U

1

=3,8 В; ^ U2=6,5 В

Построим зависимость изменения тока I(U) при изменении напряжения U источника в пределах плюс минус 20 град (рис .7).

U=12В; I=1.35 A; U=8 В; I=0,8 А.

Ответ: I=1.1 A; ^U1=1 В; ^U2=15 В

5.2 Расчет цепей переменного тока

Задание 1.

В электрической цепи переменного тока имеет место резонанс напряжений (рис1). Определить показание вольтметра Vк на зажимах катушки индуктивности, активное Rк и индуктивное Xк сопротивления катушки, показание вольтметра W, реальную мощность Qк, катушки, емкость С конденсатора, индуктивность Lк и коэффициент мощности cosφк катушки. Построить векторную диаграмму тока и напряжений в цепи.

Д/з: а)определить емкость С конденсатора, соответствующую условию резонанса напряжений, приняв величину ХL неизменной, если частота питающего напряжения изменялась;

б)по п. а)определить индуктивность катушки Lк при неизменном Хс в условиях резонанса напряжений;

в)по п. а) и б) определить все величины, соответствующие резонансу напряжений в цепи; построить векторную диаграмму напряжений и тока при резонансе напряжений, треугольники сопротивлений и проводимостей катушки индуктивности.

Дано: U=24 В; Uc=74 B; I=12 А; F=60 Гц.

Найти: Vк, Rк, Хк, W, Qк, C, Lк, cosφк, С`, L`к.

Решение :

1. Полное сопротивление цепи:

ZР=U/I=24/12=2 Ом.

Так как ток в цепи имеет место резонанс напряжений, то

Хк=Хс и Rк=ZР=2 Ом.

Показания ваттметра:

W=Rк *I2=2*122=288 Вт.

Индуктивное сопротивление катушки:

Хк=Хс=Uс/I=74/12=6,17 Ом.

Показание вольтметра Vк:

2.Zк=√ Rк2+Хк2=√22+6,172=6,48 Ом.

Vк=Zк*I=6,48*12=77,8 В.

Коэффициент мощности катушки:

cos φк=Rк/Zк=2/6,48=0.3086; φк ≈720.

Реактивная мощность катушки:

Qк=I*Uк*sin φк=12*77,8*0.9511=887.9 вар.

Ёмкость конденсатора:

С=1/2 ∏fXc=1/2 ∏f*6.17=0.0258*1/f.

Индуктивность катушки:

Lк=ХL/2 ∏f=6.17/2 ∏f=0.982*1/f.

Построим векторную диаграмму тока и напряжений в цепи (рис.2) в масштабе µI=2A/см; µU=20 В/см.

URL=Rк*I=2*12=24 В.

UL=Xк*I=6.17*12=74 В.

2. Ёмкость конденсатора при изменении f до F.

С`=0,0258*1/F=0,0258/60=0,43 м Ф.

Индуктивность катушки:

L`к=0,982*(1/F)=0,982/60=16,37 мГн.

Построим треугольник сопротивлений катушки индуктивности, разделив стороны треугольника напряжений на ток I (рис. 3) в масштабе µR=2 Ом/см.

Ответ:Vк=77,8 В; Rк=2 Ом; Хк=6,17 Ом; W= 288 Вт; Qк=887,9 вар; С=0,0258*(1/f); L=0,982*(1/f); С`=0,43 мФ; L`=16.37 мГн; сos φ

к=0,3086.

Задание 2.

К зажимам электрической цепи переменного тока параллельно подключены катушка индуктивности (R,L) и конденсатор (С). К цепи приложено периодическое несинусоидальное напряжение U(t). С учётом схемы включения определить амплитудные Im и действующие I значения несинусоидальных токов и напряжений Um и U, а также их гармонических составляющих, выражение для мгновенного значения тока I(t), активную Р, реактивную Q и полную S мощности отдельных гармонических составляющих цепи.

Дано: U(t)=80*√2 sin ωt+50 √2sin 3ωt+20 sin 5ωt;

R=5 Ом; L=63.7 мГн; С=265,5 мкФ.

Найти: Im, I, Um, U, i(t), P, Q, S.

Решене:

1. первая гармоника.

Полные сопротивления параллельных ветвей:

Z1L=R+XiL;

Х1L=2∏fL=2*3,14*50*63,7*10-3=20 Ом;

Z1L=5+i20, Ом.

Х1С=1/(2∏fС)=1/(2*3,14*50*265,5*10-6)=12 Ом.

Z1Х=-iХ1С=-i12, Ом.

Z1L =-iX1C=-i12, Ом.

Z1L=√52+202=20.6 Ом; Z1X=12 Ом.

Постоянная составляющая несинусоидального тока цепи катушки:

IOL=IO=UO/R=(80√2)/5=22.6 A.

Действующие значение тока в цепи катушки:

I1L=U1/Z1L=80√2/5+i20=80√2(5-i20)/52+202=0.266(5-i20)=1.33-i5.32;

I1L=√1.332+(-5.32)2=5.48 A.

Аргумент комплексного тока:

φ1L=arcty*-5.32/1.33= arcty (-4)=-760.=-0.42∏.

Комплексный ток: I1L=5,48е-i0,42∏, А.

Действующее значение тока в цепи конденсатора:

I1C=U1/Z1C=80√2/-i12=i9.43 Ом; I1C=9.43 Ом.

Амплитудные значения токов:

I1mL=I1L√2=7.75A; I1mc=I1C√2=13.34 A.

Действующее значение тока в неразветвлённой части цепи по первому закону Киргофа:

I1=I1L+I1C=1.33-i5.32+i9.43=1.33+i4.11=4.32ei720=4.32ei0.4∏, A; I1=4.32 A; I1m=I1√2=6,12 А; φ1=0,4∏.

i1=I1m sin (ωt+ φ1)=6.12 sin (ωt+0.4∏), A;

i1L=I1mLsin(ωt- φ1L)=7.75 sin (ωt+0.4*2∏), A;

i1C=I1mC sin (ωt+(∏/2))=13.34 sin (ωt+0.5∏), A.

2. Третья гармоника.

Полные сопротивления параллельных ветвей:

Z3L=R+iX3L=5+i60; Z3L=-iX3C=-i4;

Z3L=√52+602=60.2 Ом; Z3C=4 Ом.

Токи в параллельных ветвях цепи:

I3L=U3/Z3L=50√2/5+i60=50√2(5-i60)/52+602=0.097-i1.17, A;

I3L=1.174e-i850=1.174e-i0.47∏, A; I3L=1.174 A; φ3L=-0.47π.

I3C=U3/Z3C=50√2/-i4=i17.7 A; I3C=17.7 A;

I3mL=I3L√2=1.66 A; I3mC=I3C√2=25 A.

Действующее значение тока в неразветвленной части цепи:

I3=I3L+I3L=0.097-i1.17+i17.7=0.097+i16.53=16.53ei89040`=16.53ei0.5π, А;

I3=16.53A; I3m=I3√2=23.37 A;

Φ3=0.5π.

i3=23.37 sin(3ωt+0.5π);

i3L=1.66sin(3ωt+0.47π);

i3c=25sin(3ωt+0.5π).

3. Пятая гармоника.

Полные сопротивления параллельных ветвей:

Z5L=R+iX5L=5+i100; Z5C=-iX5C=-i2.4;

Z5L=√52+1002=100.1 Ом; Z5C=2.4 Ом.

Токи в параллельных ветвях цепи:

I5L=U5/Z5L=20/5+i100=20(5-i100)/52+1002=0.01-i0.2=0.2e-i0.48π, A;

I5L=0.2A; I5mL=I3L√2=0.28 A; φ3L=-0.48 π.

I5C=U5/Z5c=20/-i24=i0.83; I5c=0.83 A; I5mc=I3c√2=1.18 A.

Действующее значение тока в неразветвлённой части цепи:

I5=I5L+I5c=0.01-i0.2+i0.83=0.01+i0.63=0.63ei890=0.63ei0.49π;

I5=0.63 A; I5m=I5√2=0.89 A; φ5=0.49π.

i5=0.89 sin(5ωt+0.49π);

i5L=0.28 sin(5ωt+0.11π);

i5C=1.18 sin(5ωt+0.5π).

4. Мгновенное значение тока катушки:

iL=i0+i1L+i5L

iL=22.6+7.75 sin (ωt+0.4π)+1.66 sin (3ωt+0.47π)+0.28(sin 5 ωt+0.48π), A

Мгновенное значение тока конденсатора:

Ic=i1c+i3c+i5c;

Ic=13.34 sin(ωt+0.5π)+25sin(3ωt+0.5π)+1.18 sin (5ωt+0.5π), A.

Мгновенное значение тока в неразветвлённой части цепи:

i=i0+i1+i2+i3;

I=22.6+6.12 sin (ωt+0.4π)+23.27 sin (3ωt+0.5π)+0.89 sin (5ωt+0.49π)A.

Действующее значение тока цепи катушки:

IL=√I02+I1L2+I3L2+I5L2=√22.62+5.482+1.1742+0.22=23.3 A.

Действующее значение тока цепи конденсатора:

Ic=√I1c2+I3c2+I5c2=√9.432+17.72+0.832=20.1 A.

Действующее значение тока в неразветвлённой части цепи:

I=√I02+I12+I32+I52=√22.62+4.322+16.532+0.632=28.3 A

Активная мощность потребляемая конденсатором

Рс=0 так как Rc=0.

Активная мощность, потребляемая катушкой индуктивности:

PL=U0I0+U1I1L cosφ1L+U3I3Lcosφ3L+U5I5L cosφ5L;

PL=80√2*22.6+80√2*5.48 *cos760+50√2*1.174*cos850+20*0.28*cos86010`=2556.9+150+7.2+0.4=2714.5 Вт.

Активная мощность всей цепи:

Р=РL+Pc=PL=2.715 кВт.

Полная мощность всей цепи:

S=U*I=80√2*28.3=2264 ВА.

Задание 3

Потребитель электроэнергии (рис. 5), фазы которого соединены “треугольником”, питается симметричной системой линейных напряжений UАВ=UВС=UCA=UЛ. Определить фазные IФ и линейные IЛ токи потребителя и показания ваттметров W1 и W2. Построить векторную диаграмму токов и напряжений.

Дано: UЛ=380 В; Zав=21+i28, Ом; Zвс=20 Ом; Zса=28+i21, Ом.

Найти:IФ, IЛ, W1, W2.

Решение.

1. Сопротивление фаз:

Zав=21+i28=35ei53˚, Ом; Zвс=20 Ом;

Zca=28+i21=35ei37˚, Ом.

2. Фазные токи:

Iaв=Uав/Zав=380еi30˚/35еi53˚=10.86e-i23˚=10.86(cos23˚-I sin23˚)=10.86(0.9205-i0.3907)=10-i4.24, A.

Iвс=Uвс/Zвс=380*е-i90˚/20=19e-i90˚=19(cos90˚-sin 90˚)=-i19, A.

Iса=Uca/Zca=380ei150˚/35ei37˚=10.86ei113˚=10.86(-sin23˚+icos23˚)=10.86(-0.3907+i0.9205)=-4.24+i10, A.

3. Линейные токи:

IA=Iaв-Ica=10-i4,24+4,24-i10=14,24-i14.24=20.1e-i45˚, A.

Iв=Iвс-Iав=-i19-10+i4.24=-10-i14.76=17.8ei236˚, A.

IC=Ica-Iвс=-4.24+i10+i19=-4.24+i29=29.3ei98˚20`, A.

4. Показания ваттметра W1:

UW=UAB=380ei30˚, B; IW=IA=20.1e-i45˚, A;

P1=UW*IW*cos (φU-φI)=380*20.1*cos(30˚+45˚)=1976.7 Вт.

5. Показания ваттметра W2:

UW=UBC=380e-i90˚, B; IW=IC=29.3ei98˚20` A;

Р2=UW*IW*cos (φU-φI)=380*29.3*cos (-90˚+98˚20`)=11016 Вт.

6. Построим векторную диаграмму токов и напряжений в масштабе µU=60 В/см; µI=5A/cм (рис 6).

Задание 4.

В трёхфазную сеть с симметричной системой линейных напряжений Uл включён симметричный потребитель, фазы которого имеют комплексные сопротивления Za=Zв=Zc (рис 7) и соединены “звездой”. Определить линейные Iл и фазные IФ токи, активную Р, реактивную Q и полную S мощности потребителя, построить векторную диаграмму токов и напряжений при замкнутом выключателе.

Определить показания амперметра при разомкнутом выключателе В. Построить векторную диаграмму токов и напряжений при обрыве линейного провода В.

Дано: Uл=380 B; Za=Zв=Zc=10ei(π/6), Ом.

Найти:Iф, Iл, Р, Q, S, IA.

Решение.

1. Напряжения в фазах приемника:

Uф=Uл/√3=380/√3=219,4 В.

UA=219.4ei0, B;

UB=219.4ei120˚,B;

UC=219.4e-i120˚, B.

2. При соединении фаз приемника звездой линейные токи равны фазным:

IA=UA/ZA=219.4ei0/10ei30˚=21.94e-i30˚, A.

IB=UB/ZB=219.4ei120˚/10ei30˚=21.94ei90˚, A;

IC=UC/ZC=219.4e-i120˚/10ei30˚=21.94e-i150˚, A.

3. Полная, активная и реактивная мощности приёмника в силу симметрия цепи:

Sф=UA*IA=219.4ei0*21.94e-i30˚=4813.6e-i30˚=4813.6(cos30˚-isin30˚)=4168.6-i2406,8, BA.

Pф=4168.6 Вт; Qф=-2406.8 Ом.

Полная, активная и реактивная мощности:

S=3Sф=14.44 кВА; P=3Pф=12,5 кВт;

Q=3Qф=-7,22 к вар.

4. Построим векторную диаграмму в масштабе µU=50 в/см; µI=10 A/см (рис. 8).

5. При обрыве фазы в (разомкнут выключатель) фазы а и с окажутся соединенными последовательно друг другу и будут подключены к линейному напряжению UCA. При этом

UA=UC=Uл/2=380/2=190 В.

IВ=0; IA=IC=Uл/2Zф=380/2*10=19 A.

Ответ:Iф=Iл=21.94 A; Р=12,5 кВт; Q=-7,22 к вар;

S=14.44 кВА; IА=19 А.

Задание 5.

Три потребителя электроэнергии, имеющие одинаковые полные сопротивления фаз, соединены звездой и включены в четырёхпроводную трёхфазную сеть с системой симметричных линейных напряжений Uл. Определить токи в фазах и нейтральном проводе, мощность Р цепи. Построить векторную диаграмму напряжений и токов.

Дано: Uл=380 В; Zф=40 Ом; cos φa=0.865;

Sosφ6=0.865; cos φc=1.

Найти: Iф, IN, P.

Решение.

1. Напряжения в фазах: UФ=Uл/√3=380/√3=219,4 В.

UA=219.4ei0, B; UB=219.4ei120˚, B; UC=219.4e-i120˚, B.

Сопротивления фаз:

ZA=R-iXC; ZB=R+iXL; ZC=R.

Cosφa=cosφ6=0.865; φа=φ6=300;

Х/R=tg300; Х=0,577R; R2+X2=202;

R2+(0.577R)2=202;

R=17.3 Ом; ХС=-10 Ом.

ZA=17.3-i10=20e-i30˚;

ZB=17.3+i10=20ei30˚;

ZC=20 Ом.

2. При соединении “звездой” линейные токи равны фазным.

IA=UA/ZA=219.4ei0/20e-i30˚=7.3ei30˚=6.3+i3.65, A.

IB=UB/ZB=219.4ei120˚/20ei30˚=7.3ei90˚=i7.3 A.

IC=UC/ZC=219.4e-i120˚/20=7.3e-i120˚=7.3(cos1200-isin120˚)=7.3(-sin30˚-icos30˚)=-3.65-i6.3, A.

Ток в нулевом проводе:

IN=IA+IB+IC=6.3+I3.65+i7.3-3.65-i6.3=2.65+i4.65=5.35ei60˚, A.

3. Построим векторную диаграмму напряжений и токов (рис. 10) в масштабе µU=50 В/см; µI=2 A/см.

4. Определим активную мощность цепи:

Рi=UiIicosφi;

PA=219.4*7.3*0.865=1.385 кВт

РВ=219,4*7,3*0,865=1,385 кВт

РС=219,4*7,3*1=1,6 кВт

Р=РА+РВ+РС=1,385+1,385+1,6=4,37 кВт

Ответ:Iф=7,3 А; IN=5.35 A; Р=4,37 кВт.

Трёхфазная цепь с нейтральным проводом (четырехпроводная) используется в случае несимметричной нагрузки в фазах; нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приёмника при несимметричной нагрузке. Также нейтральный провод позволяет подключать к трёхфазной цепи однофазные приёмники с номинальным напряжением в √3 раз меньше номинального линейного напряжения сети.

В цепь нейтрального провода нельзя ставить предохранитель, так как перегорание предохранителя приведёт к разрыву нейтрального провода и появлению значительных перенапряжений на фазах нагрузки.

5.3 Электронные приборы и устройства

Пример выполнения задания 8

Усилитель на транзисторе ГТ308А собран по схеме на рисунке 18.3. Пользуясь входными характеристиками и выходными характеристиками транзистора ГТ308А определить положение рабочей точки А, если известно, что RK= 240 Ом, RI =3 кОм, R2= 100 Ом, EK= 10В.

Решение. Определяем напряжение смещения базы:

UБЭ= EKR2/ (R1 + R2) = 10 * 100/ (3000 + 100) = 0.32 В.

По входной характеристике транзистора при напряжении UK = 2.5 В находим ток базы в рабочей точке: IБО= 0,6мА. На выходных характеристиках транзистора строим нагрузочную прямую по точкам IK=0 при UK = EK = 10 B. IK = EK/ RK = 10/240= 42мА при EK = 0. Рабочая точка А является точкой пересечения нагрузочной прямой с выходной характеристикой для IБО = 600 мкА. В рабочей точке А IКО = 21 мА, UK= 4.7 B.

Вопросы к экзамену по учебной дисциплине

Электротехника и электроника

1. Характеристики электрического поля: напряженность, напряжение, потенциал, единицы их измерения.

2. Проводники, диэлектрики в электрическом поле.

3. Основные параметры, характеризующие магнитное поле. Единицы измерения магнитных величин. Физика ферромагнитных материалов.

4. Общие сведения об электрических машинах. Принципы, положенные в основу работы электрических машин

5. Электрическая цепь и ее элементы. Электрический ток, его величина, направление, единицы измерения.

6. Физические основы работы источника электродвижущей силы (ЭДС).

7. Способы соединения приемников и источников электриче­ской энергии.

8. Закон Ома для участка и полной цепи.

9. Электрическое сопротивление и электрическая проводимость, единицы изме­рения. Зависимость электрического сопротивления от температуры.

10. Законы Кирхгофа.

11. Расчет простой и сложной электрической цепи.

12. Преобразование электрической энергии в тепловую, закон Джоуля-Ленца. Использование электронагревательных приборов.

13. Токовая нагрузка проводов и защита их от перегрузок. Расчет проводов на потерю напряжения и на нагревание.

14. Общие сведения о магнитных цепях. Закон полного тока.

15. Закон Ампера. Сила взаимодействия параллельных проводов с токами. Электромагниты и их применение.

16. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

17. Принципы преобразования механической энергии в электрическую и электрической энергии в механическую.

18. Понятие о потокосцеплении. Индуктивность и явление самоиндукции. Взаимная индукция.

19. Использование закона электромагнитной индукции и явления взаимоиндукции в электротехнических устройствах.

20. Аналогия магнитных и электрических цепей. Задачи, алгоритм и особенности расчета магнитных цепей.

21. Переменный синусоидальный ток: основные понятия и определения. Векторные диаграммы.

22. Мощность в цепи синусоидального тока.

23. Элементы и параметры цепи переменного тока.

24. Особенности электрических процессов в про­стейших электрических цепях с активным, индуктивным и емкостным элементом. Закон Ома для этих цепей.

25. Неси­нусоидальные токи. Электрические цепи переменного тока с нелинейными элементами: основные понятия и опреде­ления.

26. Неразветвленные и разветвленные цепи переменного тока с активным, индуктивным и емкостным элементами.

27. Условия возникновения и особенности резонанса напряжения. Активная, реактивная и полная мощность в цепи переменного тока.

28. Резонанс токов. Условия возникновения и особенности резонанса. Коэффициент мощности.

29. Электрические цепи переменного тока с магнитосвязанными элементами.

30. Комплексы электрических величин, комплексное сопротивление.

31. Закон Ома в комплексной форме. Определение мгно­венных напряжений и токов по известным комплексам. Закон Кирхгофа в комплексной форме. Уравнение баланса мощностей в комплексной форме.

32. Понятие о трехфазных электрических цепях, их сравнение с однофазными. Основные элементы трехфазной системы. Получение трехфазной ЭДС.

33. Соединение обмоток генератора и потребителя трехфазного тока «звездой», «треугольником».

34. Основные расчетные уравнения в трехфазных электрических цепях. Соотношения между линейными и фазными величинами. Векторная диаграмма напряжений и токов.

35. Симметричная и несимметричная нагрузка. Нейтральный провод и его значение. Мощность трехфазной системы

36. Прямые и косвенные измерения. Классификация электроизмерительных приборов. Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов.

37. Погрешности измерений. Класс точности электроизмерительных приборов

38. Использование электрических методов для измерения неэлектрических величин при эксплуатации и обслуживании автомобилей.

39. Магнитоэлектрические, электромагнитные, индукционные измерительные механизмы, конструктивные схемы и принцип действия.

40. Расширение пределов измерения вольтметров и амперметров.

41. Измерение мощности и энергии.

42. Электродинамический и ферродинамический измерительные механизмы. Схемы включения ваттметров.

43. Индукционные счетчики. Схемы включения счетчиков электрической энергии.

44. Аналоговые электронные измерительные приборы. Структурная схема, технические характеристики.

45. Измерение тока, напряжения, мощности и энергии, сопротивления, индуктивности, емкости, неэлектрических величин

46. Получение вращающегося магнитного поля.

47. Принцип действия и общее устройство коллекторных машин постоянного тока.

48. Классификация генераторов постоянного тока, схема включения обмотки возбуждения, внешняя и регулировочная характеристики, эксплуатационные свойства.

49. Классификация электродвигателей постоянного тока, схема включения обмотки возбуждения, механические и рабо­чие характеристики. Пуск в ход, регулирование частоты вращения, реверсирование и торможение.

50. Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя. Понятие о скольжении. ЭДС, сопро­тивление и токи в обмотках статора и ротора.

51. Пуск в ход, регулирование частоты вращения и реверс асин­хронного электродвигателя. Механическая характеристика. Потери энергии и КПД асинхронного электродвигателя.

52. Однофазные асинхронные электродвигатели, их устройство, принцип действия и область применения.

53. Понятие о синхронном электродвигателе.

54. Назначение, классификация трансформаторов. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

55. Урав­нения и схемы замещения трансформатора.

56. Режимы работы трансформатора. Потери энергии. КПД трансформатора.

57. Трехфазные трансформаторы. Понятие о трансформаторах специального назначения

58. Пускорегулирующая и защитная аппаратура: классификация, устройство, принцип действия, область применения.

59. Релейно-контакторные системы управления электродвигателями. Использование этих систем для управления машинами и механизмами в процессе технического обслуживания автомобилей

60. Электропроводность полупроводников, образование и свойства р-n-перехода, прямое и обратное включение p-n-перехода. Виды пробоя.

61. Выпрямительные диоды и стабилитроны: условные обозначения, устройство, принцип действия, вольт-амперные характеристики, параметры, маркировка и применение.

62. Биполярные и полевые транзисторы: условные обозначения, устройство, принцип действия, схемы включения, ха­рактеристики, параметры, маркировка. Область применения.

63. Тиристоры: устройство, принцип действия, область применения.

64. Сведения об интегральных схемах микроэлектроники. Гибридные, тонкопленочные, полупроводниковые интегральные схемы. Технология изготовления микросхем

65. Соединение элементов и оформление микросхем. Классификация оптоэлектронных индикаторных приборов.

66. Газоразрядные индикаторы. Полупроводниковые индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы.

67. Основные сведения о выпрямителях; их назначение, классификация, обобщенная структурная схема.

68. Однофазные и трехфазные выпрямители; схемы, принцип действия, графическая иллюстрация работы, основные соотношения между электрическими величинами.

69. Сглаживающие фильтры, их назначение, виды.

70. Стабилизаторы напряжения и тока, их назначение, простейшие принципиальные схемы, принцип действия, коэффициент стабилизации.

71. Назначение и классификация электронных усилителей. Основные параметры и показатели усилителей.

72. Принцип построения и режимы работы усилителей переменного напряжения.

73. Усилители постоянного тока. Операционные усилители.

74. Основные понятия об электронном генераторе, условия возникновения незатухающих колебаний в электрической цепи. Электронные генераторы синусоидальных колебаний типа RC и LC (электрическая схема, принцип работы).

75. Мультивибраторы. Триггеры.

76. Общие сведения об электронных измерительных приборах.

77. Электронно-лучевая трубка, ее устройство, принцип действия. Электронный осциллограф, его назначение, структурная схема, принцип действия.

78. Электронный вольтметр, его назначение, структурная схема, принцип измерения напряжения

79. Общие сведения об электронных устройствах автоматики и вычислительной техники. Основные элементы и особенности работы электрических аппаратов.

80. Коммутирующие аппараты распределительных устройств и передающих линий.

81. Аппараты управления режимом работы различных электротехнических устройств

82. Применение микропроцессоров и микроЭВМ для комплексной автоматизации управления производством, в информационно-измерительных системах, в технологическом оборудовании.

Информационное обеспечение обучения

Основная литература:

1. Бутырин, П. А. Электротехника : учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / П. А. Бутырин, О. В. Толчеева, Ф. Н. Шакирзянов; под. ред. П. А. Бутырина. - 11-е изд., стер. - Москва : Издательский центр Академия, 2017. - 272 с.

Дополнительная литература:

2. Евдокимов, Ф. Е. Теоретические основы электротехники : учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / Ф. Е. Евдокимов. - 9-е изд., стер. - Москва : Издательский центр Академия, 2004. - 560 с.

3. Лоторейчук, Е. А. Теоретические основы электротехники : учебник / Е. А. Лоторейчук. - Москва : ФОРУМ:ИНФРА-М, 2008. - 320 с. - (Профессиональное образование).

4. Полещук, В. И. Задачник по электротехнике и электронике / учебное пособие / В. И. Полещук. – Москва : Издательский центр Академия, 2006. - 256 с.

5. Прошин, В. М. Электротехника : учебник для студ. учреждений сред.

проф. образования / В. М. Прошин. - 6-е изд., стер. - Москва : Издательский центр Академия, 2017. - 288 с.

6. Прошин, В. М. Лабораторно-практические работы по электротехнике : учебное пособие для нач. проф. образования / В. М. Прошин. - Москва : Издательский центр Академия, 2004. - 192 с.

7. Прошин, В. М. Рабочая тетрадь к лабораторно-практическим работам по электротехнике : учебное пособие для нач. проф. образования / В. М. Прошин. - Москва : Издательский центр Академия, 2006. - 80 с.

8. Синдеев, Ю. Г. Электротехника с основами электроники : учебное пособие / Ю. Г. Синдеев. - 12-е изд., доп. и пер. - Ростов на Дону : Феникс, 2010. - 407 с.

9. Электротехника и электроника : учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Б. И. Петленко, Ю. М. Иньков, А. В. Крашенинников ; под ред. Б. И. Петленко. - 10-е изд., стер. - Москва : Издательский центр Академия, 2014. - 368 с.

10. Ярочкина, Г. В. Основы электротехники : учебное пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / Г. В. Ярочкина,. - 4-е изд., стер. - Москва : Издательский центр Академия, 2016. - 240 с.

Интернет-ресурсы:

11. Видеокурс «Электротехника и электроника». www.eltray.com