К выполнению контрольной работы № 1

ЗАДАНИЯ

Для домашней контрольной работы №1

Для учащихся заочной формы обучения

По дисциплине «Электротехника с основами

электроники»

Специальность 2 – 36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов»

Разработчик:

И.В.Евсюкова преподаватель учреждения образования «Новополоцкий государственный политехнический колледж»

Рассмотрено на заседании цикловой комиссии механических и электротехнических дисциплин

Протокол № _1__ от «____»__________08________ 2015г.

Председатель цикловой комиссии ____________ М.В.Лабохо

 

2015г.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ № 1

В контрольную работу входят 11 тем, т.е. весь первый раздел программы. На темы 1.2. и 1.6. предусмотрены задачи, на остальные темы - теоретические вопросы. В таблице 1 указаны варианты и данные к задаче №1, а также номера теоретических вопросов, в таблице 2 данные для задачи №2. Варианты для каждого учащегося – индивидуальные, согласно шифра.

 

Методические указания к решению задачи 1

Решение задачи требует знаний закона Ома для всей цепи и ее участков, законов Кирхгофа, методики определения эквивалентного сопротивления цепи при смешанном соединении резисторов, а также умения вычислять мощность и работу электрического тока. Содержа­ния задач и схемы цепей приведены в условии, а данные к ним — в таблице 1. Перед решением задачи рассмотрите типовой пример 1.

Пример 1. Для схемы, приведенной на рис. 1, а, определить экви­валентное сопротивление цепи R_АВ и токи в каждом резисторе, а также расход электроэнергии цепью за 8 ч работы.

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

1. Определяем общее сопротивление разветвления R_CD, учитывая, что резисторы R₃ и R₄ соединены последовательно между собой, а с резистором R₅ параллельно: R_CD = (R₃ + R₄) R₅ / (R₃ + R₄+R₅) = (10 + 5)_*10 / (10 + 5 + 10) = 6 Ом (рис. 1,6).

2. Определяем общее сопротивление цепи относительно вводов СЕ. Резисторы и R_CD и R₂ включены параллельно, поэтому R_СЕ = R_CD R₂ / /(R_CD+R₂) = 6_*3 / (6+3)=2 Ом (рис. 1, в).

3. Находим эквивалентное сопротивление всей цепи: R_АВ = R₁ + R_СЕ = = 8 + 2 = 10 Ом (рис. 1, г).

4. Определяем токи в резисторах цепи. Так как напряжение U_AB приложено ко всей цепи, а R_АВ = 10 Ом, то согласно закону Ома I₁ = U_AB / R_AB = = 150/10 = 15 А.

Внимание! Нельзя последнюю формулу писать в виде I₁ = U_AB / R₁, так как U_АВ приложено ко всей цепи, а не к участку R₁.

Для определения тока I₁ находим напряжение на резисторе R₂, т. е. U_CE. Очевидно, U_CB меньше U_AB на потерю напряжения в ре­зисторе R₁, т. е. U_СЕ = = U_АВ – I₁ R₁ = 150 – 15_*8 = 30 В. Тогда I₁ = U_CE / R₂ = 30/3 = 10 А. Так как U_CD = = U_CD, то можно определить токи I_3,4 и I₅: I_3,4 = U_CD/(R₃ + R₄) = 30/(10 + 5) = 2 А; I₅ = U_CD/R₅ = 30/10 = 3 А.

На основании первого закона Кирхгофа, записанного для узла С, проверим правильность определения токов:

I₁ = I₂ + I₃,₄ + I₅, или 15 = 10 + 2 + 3 = 15 А.

 

5. Расход энергии цепью за восемь часов работы:

 

W = Pt = U_ABI₁t = 150_*15_*8 = 18 000 Вт_*ч = 18 кВт_*ч.

 

Пусть в схеме примера 1 известны сопротивления всех резисторов, а вместо напряжения U_AB задан один из токов, например I₂ = 2 А. Найти остальные токи и напряжение U_AB. Зная I₂, определяем U_CE = I₂R₂ = 2-3 = 6 В. Так как U_CE = U_CD, то

I_3,4 = U_CD/(R₃ + R₄) = 6/(10 + 5) = 0,4 А;

I₅ = U_CD / R₅ = 6/10 = 0,6 А.

 

На основании первого закона Кирхгофа I₁ = I₂ + I_3,4 + I₅ = 2 + 0,4 + 0,6 = =3А. Тогда U_AB = U_CE + I₁R₁ = 6 + 3_*8 = 30 В.

При расплавлении предохранителя Пр₅ резистор R₅ выключается и схема принимает вид, показанный на рис. 1, д. Вычисляем экви­валентное сопротивление схемы: R'_AB = R₁+ (R₃ + R₄)R₂ / (R₃+R₄ R₂) = 8 + (10 + 5)_*3 / (10 + 5 + 3) = 10,5 Ом. Так как напряжение U_AB остается неизменным, находим ток I₁ = = U_AB/R'_AB = 150/10,5 = 14,28 А. Напряжение U_CE = U_AB – I₁R₁ = 150 - 14,28 _* 8 = = 35,75 В.

Тогда токи

I₂ = U_CE/R₂ = 35,75/3 = 11,9 A; I_3,4 = U_CE/R_3,4 = 35,75/(10 + 5) = 2,38 A.

Сумма этих токов равна току I₁: 11,9 + 2,38 = 14,28 А.

Рис. 1

Методические указания к решению задачи 2

Эта задача относится к неразветвленным и разветвленным це­пям переменного тока. Перед ее решением изучите материал темы 1.5, ознакомьтесь с методикой построения векторных диаграмм, изложен­ной ранее.

Пример 2. Неразветвленная цепь переменного тока содержит катушку с активным, сопротивлением R_K = 3 Ом и индуктивным X_L = 12 Ом, активное сопротивление R = 5 Ом и конденсатор с сопро­тивлением x_C = 6 Ом (рис. 2,а). К цепи приложено напряжение U = 100 В (действующее значение). Определить: 1) полное сопротив­ление цепи; 2) ток; 3) коэффициент мощности; 4) активную, реак­тивную и полную мощности; 5) напряжение на каждом сопротивле­нии. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.

Решение. 1. Определяем полное сопротивление цепи:

Z = V(R_K+R)²+(x_L-x_C)² + = V(3 + 5)² + (12 - б)² = 10 Ом.

2. Определяем ток цепи

 

I = U/Z = 100/10 = 10 А.

3. Находим коэффициент мощности цепи. Во избежание потери знака угла (косинус - функция четная) определяем sin φ: sin φ = (x_L- - x_C)/Z = (12 - 6)/10 = 0,6; φ = 36°50'. По таблицам Брадиса определяем коэффициент мощности cos φ = cos 36°50' = 0,8.

4. Определяем активную, реактивную и полную мощности цепи:

Р = U I cosφ = 100-10_*0,8 = 800 Вт или Р = I²(R_K+ R) = 10² (3+5) =800 Вт;

Q = I²(x_L-x_C) = 10²(12 - 6) =600 вар или Q=U I sinq>=1000-10-0,6=600 вар;

S = UI = 100_*10 = 1000 B_*А или S = I² Z = 10²-10 = 1000 В_*А или

S = VP² +Q² = V800² + 600² = 1000 В_*А.

5. Определяем падения напряжения на сопротивлениях цепи: U_RK=10_*3 = 30 В; U_L = Ix_L = 10_*12 = 120 В; U_R = I_R = 10_*5 = 50 В; U_C = Iх_C = = 10_*6 = 60 В.

Построение векторной диаграммы начинаем с выбора масштаба для тока и напряжения. Задаемся масштабом по току: в 1 см - 2,0 А и масштабом по напряжению: в 1 см - 20 В. Построение векторной диаграммы (рис. 2, б) начинаем с вектора тока, который откладываем по горизонтали в масштабе 10 А/2 А/см = = 5 см.

Вдоль вектора тока откладываем векторы падений напряжения на активных сопротивлениях U_RK и U_R: 30 В/20 В/см = 1,5 см; 50 В/20 В/см = 2,5 см.

Из конца вектора U_R откладываем в сторону опережения вектора тока на 90° вектор падения напряжения U_L на индуктивном сопро­тивлении длиной 120 В/20 В/см = 6 см. Из конца вектора U_L отклады­ваем в сторону отставания от вектора тока на 90° вектор падения напряжения на конденсаторе Uc длиной 60 В/20 В/см = 3 см. Гео­метрическая сумма векторов U_RK, U_R, U_L, U_C равна полному напря­жению, приложенному к цепи.

Рис. 2

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Задача 1. Цепь постоянного тока содержит шесть резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи и значения резисторов указаны на соответствующем рисунке. Номер рисунка и величина одного из заданных токов или напряжений приведены в таблице 1. Индекс тока или напряжения совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток или на котором действует указанное напряжение. Например, через резистор R₅ проходит ток I₅ и на нем действует напряжение U_5. Определить по полной схеме на рисунке: 1) эквивалентное сопротивление цепи относительно вводов АВ; 2) ток в каждом резисторе; 3) напряжение на каждом резисторе; 4) расход электрической энергии цепью за 10 ч. Затем выполнить действие с резистором, начертить схему и определить эквивалентное сопротивление цепи.

 

Таблица 1-исходные данные задачи 1 и теоретические вопросы

 

Номера вариантов	Номера рисунков	Задаваемая величина	Действие с резисторами	Номера теоретических вопросов
замыкается накоротко	выключается из схемы
		J4,5=6А	-	R3	1,26,40
		U2=100В	R6	-	3,18,42
		J2=10А	-	R4	7,29,38
		U3=40В	R5	-	5,20,44
		U1=100В	-	R2	6,19,45
		UАВ=200В	R3	-	8,17,30
		UАВ=30В	-	R6	9,16,32
		J1=1,08А	R4	-	10,21,33
		U1=10,8В	-	R1	11,22,34
		J2=0,72А	R5	-	12,23,43
		J3=1,8А	-	R2	13,29,44
		U4=12В	R3	-	14,35,45
		UАВ=60В	-	R2	15,36,46
		J2=6А	R1	-	16,26,37
		U1=36В	-	R4	2,20,43
		J3,4=2,16А	R2	-	7,23,46
		U5=14,4В	-	R3	1,26,40
		J1=2,4А	R3	-	3,18,42
		J1,2=3,6А	-	R6	7,29,38
		U5=21,6В	R1	-	5,20,44
		J3=10,8А	-	R5	6,19,45
		U6=108В	R4	-	8,17,30
		J5=7,2А	-	R3	9,16,32
		U4=72В	R2	-	10,21,33
		J1=8А	-	R2	11,22,34
		U6=48В	R1	-	4,30,46
		J3=3,2А	-	R3	7,23,43
		U1=32В	R2	-	9,21,46
		UАВ=80В	-	R4	13,20,45
		J6=4,8А	R3	-	16,22,38
		UAB=100B	R1		1,18,45
		I1=20 A		R4	3,20,44
		U2=30B	R5		5,17,40
		I5 =10A		R2	11,23,46
		UAB=50B	R3		8,26,45
		I2=2 A		R2	13,27,42
		I1 =5 A	R3		6,16,40
		U5 =18 B		R6	5,21,38
		I3 =1,2 A	R5		4,18,41
		I5 =6 A		R3	3,16,37

Рис. 1 Рис. 2

Рис.3 Рис.4

 

Рис.5

Рис.6 Рис.7

Задача 2. Неразветвленная цепь переменного тока, показанная на соответствующем рисунке, содержит активные и реактивные сопротивления, величины которых заданы в таблице № 2. Кроме того, известна одна из дополнительных величин (U, I, P, Q, S). Определить следующие величины, если они не заданы в таблице вариантов: 1) полное сопротивление цепи Z; 2) напряжение U, приложенное к цепи; 3) силу тока в цепи; 4) угол сдвига фаз φ (величину и знак); 5) активную Р, реактивную Q, и полную S мощности, потребляемые цепью. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить ее построение. С помощью логических рассуждений пояснить, как изменится ток в цепи и угол сдвига фаз, если частоту тока увеличить вдвое. Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным.

 

 

Таблица 2-исходные данные задачи 2

Номер варианта	Номер рисунка	R1, Ом	R2, Ом	XL1, Ом	XL2, Ом	XC1, Ом	XC2, Ом	Дополнительная величина
					-		-	J = 10 А
					-		-	P = 120Вт
					-		-	P2 = 100Вт
					-		-	Q= -100 вар
			-				-	U = 40 В
			-				-	P = 16Вт
			-				-	QL1 = 135вар
			-				-	UR1=80 В
			-		-			P = 100Вт
			-		-			UC2 = 40 В
			-		-			J = 1А
					-			UR2 = 28 В
					-			P = 200Вт
					-			QC1 = -320вар
					-			P =270 Вт
			-					Q = - 64вар
			-					J = 4А
			-					UL1 = 125В
			-					Q=100 вар
							-	J = 5А
							-	J = 10А
							-	Q = 1600вар
							-	U=100 B
			-		-	-		P = 72Вт
			-		-	-		U = 30В
			-		-	-		Q = - 48вар
			-		-	-		QL1=125 вар
				-			-	U = 20В
				-			-	Q = - 192вар
				-			-	Y = 4А
				-			-	P=80 Вт
			-	-	-			J = 6А
			-	-	-			P = 64Вт
			-	-	-			Q = - 48вар
			-	-	-			P= 1000 Вт
			-		-			P = 24Вт
			-		-			P = 64Вт
			-		-			U = 80В
			-		-			QL1 =125 вар
			-		-			U =200 B

 

 

Рис.8 Рис.9

 

 

Рис.10 Рис.11

 

 

Рис.12 Рис.13

 

 

 

Рис.14 Рис.15

 

Рис.16 Рис.17

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

к контрольной работе №1

1. Основные характеристики электрического поля: напряженность электрического поля, электрическое напряжение.

2. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

3. Краткие сведения о различных электроизоляционных материалах и их практическое использование.

4. Электрическая емкость. Конденсаторы. Соединения конденсаторов.

5. Общие сведения об электрических цепях.

Электрический ток: разновидности, направление, величина и плотность.

6. Электрическая проводимость и сопротивление проводников.

7. Законы Ома.

8. Проводниковые материалы: основные характеристики, материалы с малым удельным сопротивлением, сверхпроводники, материалы с большим удельным сопротивлением.

9. Основные элементы электрических цепей постоянного тока. Режимы электрических цепей.

10. Источники и приемники электрической энергии, их мощность и КПД.

11. Законы Кирхгофа.

12. Нелинейные электрические цепи постоянного тока.

13. Основные свойства и характеристики магнитного поля.

14. Индуктивность: собственная, катушки, взаимная. Коэффициент магнитной связи.

15. Электромагнитные силы.

16. Магнитные свойства вещества.

17. Электромагнитная индукция.

18. Принципы преобразования механической энергии в электрическую и электрическую энергию в механическую.

19. Общие сведения об электрических измерениях и электроизмерительных приборах. Классификация электроизмерительных приборов.

20. Измерение тока. Приборы, погрешности, расширение пределов измерения амперметров.

21. Измерение напряжения. Приборы, погрешности, расширение пределов измерения вольтметрами.

22. Измерение электрического сопротивления. Косвенные и прямые измерения.

23. Переменный ток: определения, получение. Характеристики.

24. Векторная диаграмма и ее обоснование. Элементы и параметры электрических цепей переменного тока.

25. Трехфазная система электрических цепей трехфазная цепь.

26. Соединение обмоток генератора. Фазные и линейные напряжения, соотношения между ними.

27. Соединение потребителей, применение этих соединений.

28. Назначение трансформаторов. Классификация, конструкция.

29. Принцип действия и устройство трансформатора. Режимы работы.

30. Типы трансформаторов и их применение: трехфазные, многообмоточные, сварочные, измерительные, автотрансформаторы.

31. Назначение машин переменного тока и их классификация. Устройство машин переменного тока.

32. Пуск и регулировка частоты вращения двигателей переменного тока.

33. Однофазный электродвигатель.

34. Устройство и принцип действия машины постоянного тока.

35. Генераторы постоянного тока.

36. Электродвигатели постоянного тока.

37. Понятие об электроприводе. Классификация.

38. Выбор электродвигателей по техническим характеристикам.

39. Нагрев и охлаждение электродвигателей. Режимы работы электродвигателей.

40. Схемы управления электродвигателей: общие сведения, магнитные пускатели, релейно-контактная аппаратура

41. Схемы электроснабжения потребителей электрической энергии, общая схема электроснабжения, понятие об энергетической системе и электрической системе.

42. Простейшие схемы электроснабжения промышленных предприятий, схемы осветительных электросетей.

43. Элементы устройства электрических сетей: воздушные линии, кабельные линии, электропроводки, трансформаторные подстанции.

44. Выбор проводов и кабелей.

45. Эксплуатация электрических установок: компенсация реактивной мощности, экономия электроэнергии.

46. Защитное заземление, защита от статического электричества.

 

Экзаменационные вопросы по дисциплине

«Электротехника с основами электроники»

1. Электрическая энергия и ее свойства. Значение электрической энергии.

2. Электрическое поле и его характеристики: напряженность, потенциал, напряжение. Дать определение, формулы нахождения.

3. Электрическая емкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Схемы, основные соотношения между характеристиками.

4. Электрический ток. Электрическая цепь. Элементы электрической цепи. Дать определение, изобразить схему.

5. Электрическое сопротивление. Резистор. Соединение резисторов. Основные соотношения.

6. Законы Ома для электрических цепей. Формулировка, ВАХ.

7. Законы Кирхгофа для электрических цепей. Формулировка.

8. Режим работы электрических цепей. Виды, характеристики.

9. Работа и мощность в электрических цепях. Потеря напряжения в линии электропередачи.

10. Переменный ток и его характеристики. Определение, обозначения, взаимосвязь.

11. Цепь переменного тока с R, L, C. Соотношения между характеристиками. Векторная диаграмма.

12. Цепь переменного тока с RL. Соотношения между характеристиками. Векторная диаграмма.

13. Цепь переменного тока с RС. Соотношения между характеристиками. Векторная диаграмма.

14. Неразветвленная цепь переменного тока с RLC. Соотношения между характеристиками. Векторная диаграмма.

15. Резонанс напряжения. Понятие, значение. Расчетные формулы.

16. Трехфазный ток. Достоинства. Назначение нулевого провода.

17. Трехфазный ток. Соединение обмоток генератора и потребителей звездой. Соотношение между линейными и фазными напряжениями и токами. Схемы соединения.

18. Трехфазный ток. Соединение обмоток генератора и потребителя треугольником. Соотношение между линейными и фазными напряжениями и токами. Схемы соединения.

19. Магнитное поле и его характеристики: напряженность, магнитная индукция, магнитный поток. Определения, обозначения, взаимосвязь.

20. Классификация магнитных материалов. Признак, примеры, применение, единицы измерения.

21. Ферромагнитные вещества. Магнитный гистерезис. Петля гистерезиса. Понятие, применение.

22. Электромагнитная сила. Величина. Направление ее действия..

23. Явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции, направление ЭДС, определение электромагнитной индукции.

24. Самоиндукция. Индуктивность. Взаимоиндукция, определение, средства измерений.

25. Электрические измерения. Средства измерения. Виды, примеры. Классификация электроизмерительных приборов.

26. Приборы магнитоэлектрической системы. Устройство, принцип работы, особенности, применение.

27. Приборы электромагнитной системы. Устройство, принцип работы, особенности, применение.

28. Приборы электродинамической и ферродинамической систем. Устройство, принцип работы, особенности, применение.

29. Приборы индуктивной системы. Счетчики электрической энергии. Устройство, принцип работы, особенности, применение.

30. Измерение напряжения. Расширение пределов измерения вольтметрами. Добавочные сопротивления. Формулы расчета.

31. Измерение электрического тока. Расширение пределов измерения амперметрами. Шунты. Формулы расчета.

32. Измерение сопротивлений. Виды, схемы, характеристики.

33. Однофазный трансформатор. Режим работы. Потери и КПД.

34. Трехфазный трансформатор. Сварочный трансформатор. Схема, принципы работ.

35. Трехфазный асинхронный двигатель. Устройство, принцип работы.

36. Способы регулирования частоты вращения 3-х фазного асинхронного двигателя. Виды. Достоинства и недостатки.

37. Трехфазный асинхронный двигатель. Включение 3-х фазного асинхронного двигателя, способы пуска.

38. Однофазный асинхронный двигатель. Включение 3-х фазного асинхронного двигателя в однофазную сеть. Схема, работа.

39. Синхронные машины. Устройство. Асинхронный пуск синхронного двигателя.

40. Устройство машин постоянного тока. Генераторы постоянного тока и их характеристики.

41. Двигатели постоянного тока. Механическая характеристика. Потери мощности в машинах постоянного тока. Способы регулирования частоты вращения.

42. Схемы управления электродвигателями. Магнитный пускатель. Виды, достоинства и недостатки.

43. Аппаратура защиты ручного управления. Виды, характеристики.

44. Эксплуатация электроустановок. Защита от КЗ, статического напряжения. Виды, характеристики.

45. Проводимость полупроводников. Виды, характеристики.

46. Электро-дырочный переход. Определение. ВАХ.

47. Полупроводниковый диод. Конструкция, назначение, режимы работы, виды.

48. Биполярный транзистор. Конструкция, назначение, режимы работы, виды.

49. Полевой транзистор. Конструкция, назначение, режимы работы, виды.

50. Тиристор. Виды, назначение, конструкция, режимы работы.

51. Интегральные микросхемы. Классификация, характеристики.

52. Логические микросхемы и их резисторное, диодное, транзисторное решение.

53. Выпрямители. Виды однофазных выпрямителей, характеристики, работа.

54. Сглаживающие фильтры. Виды, характеристики, работа.

55. Регулируемые выпрямители. Схема, работа.

56. Стабилизаторы напряжения. Виды, работа, характеристики.

57. Электронные усилители. Конструкция, назначение, виды.

58. Электронные генераторы синусоидального напряжения. Виды, особенности, работа.

59. Электронные генераторы линейно-меняющегося напряжения. Схема, назначение, работа.

60. Электронный осциллограф. Назначение, функциональная схема, работа.