close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Открытое акционерное общество «Управляющая компания;pdf

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство п о образованию
ФГОУ С П О Тверской технологический колледж
Электротехника и электроника
Методические указания и контрольные задания для
студентов-заочников по специальности 190629
«Техническая эксплуатация подъемно-транспортных,
строительных, дорожных машин и оборудования». .
Тверь
2012
Методические указания составлены в
соответствии с рабочей программой,
утвержденной цикловой комиссией, по
дисциплине « Электротехника и
электроника» по специальности 190629
«Техническая эксплуа гатдая подъемнотранспортных, строительных, дорожных
машин и оборудования».
Обсуждены и одобрены цикловой
комиссией,
у.
Протокол № / ^ от. :> ^^^2012 г.
Председатель цикловой комиссии
•"^"1^;>0''1^'~ /В .В • Баранов/
Сосчавитеяь:
Л.Н.Никифорова
Рецензент:
Г.К.Лебедева
1. Введение
Электротехника и электроника рассматривает
электрические цепи постоянного тока, электрические
цепи переменного однофазного и трехфазного тока,
электроизмерительные
приборы
и
электрические
измерения, электрические машины постоянного и
переменного тока, основы электропривода, принцип
передачи и использование электрической энергии,
полупроводниковые приборы, основные сведения об
электронных
выпрямительных,
усилительных,
измерительных и других устройствах.
Необходимость
изучения
этого
предмета
обусловлена тем, что при эксплуатации и техническом
обслуживании
дорожных
машин,
используется
электрическая
энергия.
В
своей
практической
деятельности дорожный механик использует рачличное
электрооборудование, электроизмерительные приборы,
устройства автоматики, которые в настоящее время
применяются
при
эксплуатации
и
техническом
обслуживании дорожных механизмов.
Знания и умения, полученные студентами при
изучении данной дисциплины, являются
основой
общепрофессиональной
подготовки
студентов
по
дисциплинам
«Дорожные
машины»,
«Техническая
эксплуатация
дорожных
машин,
автомобилей
и
тракторов».
Учебным планом по предмету предусмотрена одна
контрольная работа. Вариант контрольной работы
определяют по последней цифре учебного шифра
студента. Если шифр оканчивается нулем, следует
выполнять десятый вариант.
При выполнении контрольной работы следует
2
соблюдать следующие требования:
1. контрольная работа выполняется в отдельной
тетради, желательно в клетку. Страницы нумеруются.
Оставляются поля шириной 25-30 мм для замечаний
рецензента, а в конце тетради - 1-2 свободных страницы
для рецензии;
2. решение
задач
обязательно
ведется
в
Международной системе единиц (СИ);
3. условия задач переписываются;
4. решение задачи ведется в следующем порядке:
• записывается краткое условие задачи, которое
сопровождается чертежом или схемой;
• решение проводится по этапам с указанием цели
каждого этапа;
•
•
•
выписывается
формула,
используемая
для
решения на данном этапе, после чего в нее
подставляются числовые значения величин;
формулы и расчеты пишутся ручкой, а чертежи
и схемы делаются карандашом с необходимыми
условными обозначениями и размерами;
условные обозначения должны соответствовать
ГОСТу;
•
на графиках указывается масштаб;
•
промежуточные
результаты
решения
выписываются на поля и подчеркиваются;
указываются
размерности
вычисляемых
величин;
•
•
при завершении решения задачи записывается
ответ.
После получения работы с оценкой и замечаниями
рецензента надо исправить отмеченные ошибки.
3
Если
контрольная
работа
получила
неудовлетворительную оценку, то студент выполняет ее
снова по прежнему или новому варианту в зависимости
от указания рецензента и вновь отправляет на рецензию
вместе с первой работой.
При возникновении затруднений в выполнении
контрольной работы студент может обратиться в колледж
для получения консультации.
Сдача экзаменов разрешается студентам, которые
получили положительные оценки по контрольной работе
и имеют зачет по практическим работам, которые
выполняются в период экзаменационной сессии.
1
2. Перечень рекомендуемой литературы
'!
1. Березкина Т.Ф., Гусева Н.Г., Масленников В.В.
Задачник по общей электротехнике с основами
^ - ^ л е к т р о н и к и . - М., Высшая школа, 1998.
2.\^5анилов И.А., Иванов П.М. Дидактический
^ — м а т е р и а л по общей электротехнике с основами
, , электроники. - М., Высшая школа, 1987.
3. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника
с основами электроники. - М., Высшая школа,
1998.
4. Евдокимов Ф.Е. Электротехника. - М., Высшая
школа, 1989.
5. Емельянов В.А., Масленников В.В. Общая
,. электротехника с основами электроники.
Руководство по проведению лабораторных работ
для учащихся средних специальных учебных
- заведений. _ М., Высшая школа. 1989.
5
6. Методические рекомендации по преподаванию
предмета «Общая электротехника с основами
электроники» (сборник статей), вьш.1., 1982; вьш.2
1984; вып. 3, 1985; вып.4, 1988 и т.д.
7. Надеев А.И. Основы электроники. - Астрахань.
1999.
8. Напрасник М.В, Микропроцессоры и микро-ЭВМ. М., Высшая школа. 1989.
9. Новиков П.Н., Кауфман В.Я., Толчеев О.В.,
Ярочкина Г.В. Задачник по электротехнике. - М.,
Высшая пткола, 1992.
Ю.Обозначения буквенно-цифровые в электрических
с х е м а х - Г О С Т 2 710-81.
I
11. Правила выполнения электрических схем - ГОСТ 2
702-75.
12. Рабинович Э.А. Сборник задач и упражнений по
электротехнике. - М.,1992,
3. Методические указания по темам
Раздел 1. Электротехника
Тема 1.1. Электрическое поле
Понятие об электрическом поле. Основные
характеристики электрического поля, напряженность,
электрическое напряжение, потенциал, единицы их
измерения. Влияние электрического поля на проводники
и диэлектрики.
Определение и назначение конденсатора, его
емкость. Соединение конденсаторов.
Тема 1.2. Электрические цепи постоянного тока
Электрическая цепь и ее элементы. Электрический
ток, его величина, направление, единицы измерения.
Физические основы работы электродвижущей силы
(ЭДС) источника тока.
Закон Ома
для участка и полной цепи.
Электрическое
сопротивление
и
электрическая
проводимость,
единицы
измерения.
Зависимость
электрического сопротивления от температуры.
Работа и мощность электрического тока .
Преобразование электрической энергии в тепловую,
закон Джоуля-Ленца. Использование
электронагревательных приборов в дорожном
строительстве. Токовая нагрузка проводов и защита их от
перегрузок.
Режимы работы электрической цепи.
Виды соединения приемников энергии. Законы
Кирхгофа. Понятие о расчете электрических цепей.
6
Тема 1.3. Электромагнетизм
Основные параметры, характеризующие магнитное
поле в каждой его точке. Единицы измерения магнитных
величин.
Магнитные материалы. Намагничивание и
циклическое перемагничивание ферромагнитньпс
материалов. Явление гистерезиса. Применение
ферромагнитных материалов.
Общие сведения о магнитных цепях. Закон полного
тока. Воздействие магнитного поля на проводнит с током.
Закон Ампера. Сила взаимодействия параллельных
проводов с токами. Электромагниты и их применение.
Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
Индуктивность и явление самоиндукции,
взаимоиндукции. Использование закона
электромагнитной индукции и явления взаимоиндукции в
электротехнических устройствах.
......
Тема 1.4. Электрические цепи однофазного
переменного тока
Переменный синусоидальный ток и его
определение. Целесообразность использования
переменного тока. Параметры и форма представления
переменных ЭДС, напряжения, тока и магнитного потока.
Получение переменной ЭДС.
Особенности электрических процессов в простейших
элертрических цепях с активным , индуктивным и
емкостным элементом. Закон Ома для этих цепей.
Векторные диаграммы напряжения и тока.
Неразветвленные цепи переменного тока с
активным, индуктивным и емкостным элементами.
Условия возникновения и особенности резонанса
^'
7
напряжения. Векторные диафаммы. Активная,
реактивная и полная мопщости в цепи переменного тока.
Разветвленная цепь переменного тока с активным,
индуктивным и емкостным элементами. Резонанс токов.
" Коэффициент мощности и способы его повышения.
Тема 1.5. Электрические цепи трехфазного
переменного тока
Понятие о трехфазных электрических цепях и
сравнение их с однофазными. Основные элементы
трехфазной системы. Получение трехфазной ЭДС.
Соединение обмоток генератора и потребителя
трехфазного тока «звездой». Основные расчетные
уравнения Соотношения между линейными и фазными
величинами. Векторная диаграмма напряжений и токов.
Симметричная и несимметричная нагрузка. Нелинейный
провод и его значение.
Соединение обмоток генератора и потребителя
трехфазного тока «треугольником». Соотношения между
фазными и линейными величинами. Векторная диаграмма
напряжений и токов. Симметричная и несимметричная
нагрузка.
Мощность трехфазной системы. Основы расчета
трехфазной цепи при симметричной нагрузке.
-
^
-пер,
Тема 1.6. Электрические измерения и
электроизмерительные приборы.
Общие сведения об электрических измерениях и
электроизмерительных приборах. Прямые и косвенные
измерения. Классификация электроизмерительньгх ., ,
8
приборов. Погрешности измерений. Класс точности
электроизмерительных приборов.
Измерение
напряжения
и
тока.
Магнитоэлектрический
и
электромагнитный
измерительные
механизмы.
Расширение
пределов
измерения вольтметров и амперметров.
Измерение
мощности
и
энергии.
Электродинамический
и
ферродинамический
измерительные
механизмы.
Схемы
включения
ваттметров. Индукционные счетчики.
Измерение
электрического
сопротивления
постоянному току: методы
вольтметра-амперметра,
мостовой.
Использование
электрических
методов
для
измерения неэлектрических величин при эксплуатации и
обслуживании дорожно-строительных машин.
Тема 1.7. Трансформаторы
Назначение трансформаторов, их классификация,
применение.
Устройство
и
принцип
действия
однофазного трансформатора. Элементы конструкции.
Основные
параметры.
Электрическая
схема
однофазного трансформатора.
Режимы работы трансформатора; холостого хода,
короткого замыкания, нагрузочный. Потери энергии и
КПД трансформатора.
Понятие
о
трехфазных
трансформаторах,
специального назначения (сварочных, измерительных,
автотрансформаторах), особенности конструкции и
применения.
•Гм»:;;.-
Тема 1.8. Электрические машины переменного
тока
Назначение, классификация и область применения машин
переменного тока. Получение вращающегося электромагнитного
поля.
Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного
электродвигателя. Понятие о скольжении, ЭДС, сопротивлении и
токах в обмотках статора и ротора.
Вращающий момент асинхронного электродвигателя. Пуск в
ход, регулирование частоты вращения и реверс асинхронного
электродвигателя. Механическая характеристика. Потери энергии и
КПД асинхронного электродвигателя.
Однофазные асинхронные электродвигатели, их устройство,
принцип действия и область применения.
Понятие о синхронном электродвигателе.
г
Тема 1.9. Электрические машины постоянного тока.
Назначение, область применения, устройство и принцип
действия машин постоянного тока. Принцип обратимости , ЭДС и
реакция якоря.
Генераторы постоянного тока: классификация, схемы
включения обмотки возбуждения, механические и рабочие
характеристики. Пуск в ход, регулирование частоты вращения,
реверсирование и торможение.
Потери энергии и КПД машин постоянного тока.
Применение машин постоянного тока для электроснабжения
дорожных машин.
Тема 1.10. Основы электропривода
Классификация электроприводов. Классификация режимов
работы
электропривода.
Выбор
типа
и
мощности
электродвигателей, применяемых в электроприводе. Определение
мопщости при продолжительном и повторно кратковременном
режимах работы.
Пускорегулирующая
и
защитная
аппаратура:
классификация,
устройство,
принцип
действия,
область
применения.
10
Релейно-контакторные
системы
управления
электродвигателями. Использование этих систем для управления
машинами и механизмами в процессе обслуживания дорожной
техники.
Тема 1.11. Передача и распределение электрической
энергии.
Современные схемы электроснабжения промышленных
предприятий от энергетической системы. Назначение и устройство
трансформаторных подстанций и распределительных пунктов.
Электрические сети промышленньк предприятий: воздушные,
кабельные, внутренние.
Наиболее распространенные марки проводов и кабелей.
Защитное заземление, его назначение и устройство. Способы учета
и контроля потребления электроэнергии. Компенсация реактивной
мощности. Экономия электроэнергии. Защитное заземление.
Контроль электроизоляции.
Электробезопасность
при
производстве
дорожностроительных работ.
н»*
Раздел 2. Электроника
Тема 2.3. Интегральные схемы микроэлектроники
Общие
сведения
об
интегральных
схемах
микроэлектроники. Понятие о гибридных, тонкопленочных,
полупроводниковых интегральных микросхемах.
Технология изготовления микросхем. Соединение элементов и
оформление микросхем.
Классификация, маркировка и применение микросхем.
Тема 2.4. Электронные выпрямители и стабилизаторы
Основные сведения о выпрямителях: их назначение,
классификация, обобщенная структурная схема.
Сглаживающие фильтры, их назначение, виды.
Стабилизаторы напряжения и тока, их назначение,
простейшие
принципиальные
схемы,
принцип
действия,
коэффициент стабилизации.
Тема 2.5. Электронные усилители
Назначение и классификация электронных усилителей.
Схема и принцип действия полупроводникового усилительного
каскада с биполярным транзистором по схеме ОЭ.
Многокаскадные транзисторные усилители и связь между
каскадами. Понятия об усилителях постоянного тока, импульсных
и избирательных усилителях.
* -
Тема 2.1. Физические основы электроники
Электропроводность полупроводников, образование и
свойства р-п перехода, прямое и обратное включение р-п перехода,
вольт-амперная характеристика р-п перехода, виды пробоя.
Тема 2.2. Полупроводниковые приборы
Выпрямительные диоды и стабилитроны: условные
обозначения, устройство, принцип действия, вольт-амперные
характеристики, параметры, маркировка и применение.
Биполярные и полевые транзисторы: условные обозначения,
устройство, принцип действия, схемы включения, характеристики,
параметры, маркировка, область применения.
Тиристоры: устройство, принцип действия, область применения.
-
Тема 2.6. Электронные генераторы и измерительные
приборы
Основные понятия об электронном генераторе, условиях
возникновения незатухающих колебаний в электрической цепи.
Электронные генераторы синусоидальных колебаний типа КС и ЬС
(электрическая схема, принцип работы). Мультивибраторы.
Триггеры.
Общие сведения об электронных электроизмерительных
приборах. Электронный осциллограф, его назначение, структурная
схема, принцип действия.
*
Электронный вольтметр, его назначение, структурная схема,
принцип измерения напряжения.
12
Тема 2.7. Электронные устройства автоматики и
вьшислительной техники
Общие сведения об электронных устройствах автоматики и
вычислительной техники.
Приншап действия, особенности и функциональные
возможности электронных реле, основных логических элементов,
регистров, дешифраторов, сумматоров.
Тема 2.8. Микропроцессоры и микро-ЭВМ
Микропроцессоры и микро-ЭВМ, их место в структуре
средств вычислительной техники. Применение микропроцессоров
и микро-ЭВМ для комплексной автоматизации управления
производством, в информационно-и змерительных системах, в
технологическом оборудовании.
Типовые задачи и их решение
Задача 1. Для схемы, изображенной на рис.1 (при замкнутом
рубильнике К), заданы величины всех сопротивлений и
напряжение Ч/дв- Определить токи в каждом сопротивлении и
общую мощность цепи. Решение проверить с помощью законов
Кирхгофа и баланса мощностей. Как измениться ток, потребляемый
цепью от источника при размьпсании рубильника К ? (Удв^вО В;
Г1=3 Ом; Г2=10 Ом; Гз=15 Ом; Г4=3 Ом; Г5=12 Ом;
Гб= 4 Ом; Г7= 2 Ом).
^
й
0-
11
•7.
Ч:
г
3,-
6
Рис.1.
ГАВ = Г1+ГСО+ГОЕ = 3+ 2+3
= 8 (Ом).
'
5. Общий ток цепи
11 = иАв/гАВ = 80/8 = 10(А).
6. Напряжение на участке СВ
14
исо=11Гсо = 10 2 = 20(В).
. *
7. Токи разветвления СО:
12 = ^с^/Г2 = 20/10 = 2(А);
13 = Усо/гз = 20/15 = 1,33 (А);
14 = исо/г4 = 20/3 = 6,67(А).
8. Проверяем соблюдение первого закона Кирхгофа:
I, = ь + ь + ц
или
10 = 2+1,33+6,67
9. Напряжение на участке ОЕ
ОоЕ = ЬгоЕ = 10-3 = 30 (В).
г»
^
13
Решение. 1. Обозначаем стрелками токи, проходящие через каждое
сопротивление (см. рис. 1.).
2. Общее сопротивление разветвления СО. Сначала найдем
^'
г^з= Г2УГ2+Г3 = 10-15/10+15 = 6 (Ом);
теперь вычислим
гсо = гуГ4/2^+Г4 = 6-3/6-нЗ = 2 (Ом),
3. Общее сопротивление разветвления ВЕ
гоЕ= Г5Г6/5+Г6 = 12-/12+4 = 3 (Ом).
4. Эквивалентное сопротивление цепи
/Г
10. Токи разветвления ОЕ:
15 = иоЕ/Г5 = 30/12-- 2,5 (А);
16 = ПвЕ/Гб = 30/4 = 7,5 (А).
11. Проверяем соблюдение первого закона Кирхгофа:
11 = 15+1б,
или
10 = 2,5+7,5.
12. Проверяем правильность решения задачи с помощью второго
закона Кирхгофа:
УАВ = ОАС+исо+УпЕ,
или
УАВ = 11Г1+11ГС0+11ГОЕ,
14
80 = 10-3+10-2+10-3
13. Проверяем правильность решения задачи с помощью баланса
мощностей:
РАВ = Р1+Р2+Рз+Р4+Р5+Рб,
или
идв-!! = I^г,+IV2+I^гз+I ^ 1 ^ 5 1 ^ 6 .
8010 = ] О^-З+г^-10+1,332-15+6,67^-3+2,5^-12+7,54.
Таким образом, задача решена верно.
14.
При размыкании рубильника К в цепь вводится
сопро-гавление г? = 2 Ом и эквивалентное сопротивление цепи
увеличивается до Г"АВ = Гдв+Гу = 8+2 = 10 (Ом), а сила тока,
потребляемого от источника, уменьшится до
Г1 = САВ/Г^АВ = 80/10 = 8(А).
Ответ: при размыкании рубильника К сопротивление цепи
увеличивается до 10 Ом, а сила тока, потребляемого от источника,
уменьшится до 8 А .
Задача 2. Активное сопротивление катушки Кк = 6 Ом,
индуктивное
= 10 Ом. Последовательно с катушкой включено
активное сопротивление К = 2 Ом и конденсатор сопротивлением
Хс = 4 Ом (рис.2а). К це1ш приложено напряжение 11 = 50 В
(действующее значение). Определить: 1) полное сопротивление
цепи; 2) ток; 3) коэффициент мощности; 4) активную, реактивную
и полную мощности; 5) напряжения на каждом сопротивлении.
Начертите в масштабе векторную диаграмму цепи.
,
о
I
1
I
1
^VVЛ^V.
а
а)
15
Решение. 1. Определяем полное сопротивление цепи:
2 =
+ Л ) ' + {Х^ - Хс )' = л/(6 + 2)' + (10 - 4)' = 10(Ом)
2. Определяем ток:
1= и/2 = 50/10 = 5 (А).
3 Определяем коэффициент мощность цепи:
зшф = (Х1,-Хс)/2 = (10-4)/10 = 0,6;
по таблицам Брадиса находим ф = 36° 50'. Угол сдвига фаз ф
находим по синусу во избежании потери знака угла (косинус
является четной функцией).
4). Определяем активную мощность цепи:
^ Р = Г(Кк+К) = 5^(6+2) = 200 (Вт)
или
'
Р = Шсо8ф = 50-5-0,8 = 200 (Вт).
Здесь С08ф = (Кк+К)/2 = (6+2)/10 = 0,8.
5. Определяем реактивную мощность цепи:
- О = I^(X^- X с) = 5^10-4) = 150 (ВАр)
или
о = Ш 81Пф = 50-5-0,6 = 150 (ВАр)
6. Определяем полную мощность цепи:
8 = ^Р- + д ' = л/200' +150' = 250 (В-А)
или
г
5 = и-1 = 50-5 = 250 (В-А).
7. Определяем падения напряжения на сопротивлениях цепи:
иккЛКк=5-6 = 30(В);
иь = 1Хь=5-10 = 50 (В);
= Ш = 5-2 = 10 (В);
У с - 1Хс = 5-4 = 20(В).
Построение векторной диаграммы начинаем с выбора
масштаба для тока и напряжения. Задаемся масштабом по току: в 1
см - 1,0 А и масштабом по напряжению: в 1 см - 10 В. Построение
векторной диаграммы (рис. 2, 6) начинаем с вектора тока, который
откладьтаем по горизонтали в масштабе
Рис.2.
5)
— = 5см.
\А1см
Вдоль вектора тока откладываем
векторы
напряжения на активных сопротивлениях Пкк и и»:
падений
16
•
305
,
'Ъсм,
17
105
= \см.
10В/см
тв/см
Из конца вектора 11к откладываем в сторону опережения
вектора тока на 90° вектор падения напряжения
на
50В
индуктивном сопротивлеЕши длиной
= 5см. Из конца
ЮВ/см
вектора
откладываем в сторону отставания от вектора тока на
90° вектор падения напряжения на конденсаторе Ус длиной
20В
= 2см.
10В/сл<
Геометрическая сумма векторов Икк, 11к,
и Ус равна
полному напряжению 1), приложенному к цепи.
'
Ответ: 2 = 10 Ом, I = 5 Ом, 81Пф = 0,6;
Р - 200 Вт, д = 150 вар, 8 - 250 В А ,
' ^'"^
'"* "
икк= 30 В, Сь = 50 В, Щ = 10 В, Ус = 20 В.
Задача 3, Катушка с активным сопротивлением К.1 = 6 ОМ и
индуктивным Х]. = 8 Ом соединена параллельно с конденсатором,
емкостное сопротивление которого Хсз = 10 Ом (см. рис. 3,а).
Определить: 1) токи в ветвях и в неразветвленной части цепи; 2)
активные и реактивные мощности ветвей и в неразветвленной
части цепи; 2) активные и реактивные мощности ветвей и всей
цепи; 3) полную мощность цепи; 4) углы сдвига фаз между током и
напряжением в каждой ветви и во всей цепи. Начертить в масштабе
векторную диаграмму цени. К цепи приложено напряжение
и = 100 В
Решение. 1. Определяем токи в ветвях:
г
^
100
,^,д,
11 = - у = _ = = = - = = Л О (А);
^К\ + Х^;
л/б'+8'
12 = и/Хс2=100/10=10(А).
2. Углы сдвига фаз в ветвях находим по синусам углов во
избежание потери знака угла:
7,
л/б'+8'
г,
>/бЧ8'
-
Так, как ф1>0, то напряжение опережает ток, 8гаф2 = "Хсг/гг =
-10/10 = -1,0; ф2 =-90°, т.е. напряжение отстает от тока, так как
Ф2<0. По таблицам Брадиса находим созф! = 53°10' - 0,6;
С08 ф2 = 0.
3.Определяем активные составляющие токов в ветвях:
1а1 = 11С08 ф1 = ЮЮ.б = 6 (А);
1р,Л18шф1Л0-0,8 = 8(А);
1а2 = 0;1р2=10(-1,0) = -10(А).
4. Определяем ток в неразветвленной части цепи:
I=
+ ( V ^ = 7(6 + 0)'+(8 + 10У - 6 , З З А
5. Определяем коэффициент мощности всей цепи:
6. Определяем активные и реактивные мощности ветвей и всей
цепи:
Р, - Ш 1 С О 8 Ф 1 = 10010-0,6 - 600 (Вт);
Р2 = 0; Р = Р,-ьР2 = 600(Вт);
О, = Ц118Шф1 = 100-10-0,8 =800 (ВАр);
О, = Ц151ПФ2 = 100-10(-1,0) = '1 ООО (ВАр);
О = 01+02 = 800-1000 = -200 (ВАр).
Внимание!
Реактивная
мощность
ветви с емкостью
отрицательная, так как ф2<0.
7. Определяем полную мощность цепи:
5 = Т ^ Ч й ' = л/б00Ч 200- = 633 (В-А).
Ток в неразветвленной части цепи можно определить значительно
проще, без разложения токов на составляющие, зная полную
мощность цепи и напряжение:
I = 5/и = 633/100 = 6,33 (А).
8. Для построения векторной диаграммы задаемся масштабом по
току: в 1 см - 2,5 А и масштабом по напряжению: в 1 см - 25 В.
18
Построение начинаем с вектора напряжения У (рис. 36). Под углом
ф! к нему (в сторону отставания) откладываем в масштабе
вектор тока Гх, под углом фг (в сторону опережения) - вектор тока
Ь. Геометрическая сумма этих токов равна току в неразветвленной
части цепи. На диаграмме показаны также проекции векторов токов
на вектор напряжения (активная составляющая 1а1) и вектор,
перпендикулярный ему (реактивные составляющие 1р1 и Хрг). При
отсутствии конденсатора реактивная мощность первой ветви не
компенсировалась бы и ток в цепи увеличился бы до I = 1} = 10 А.
Ответ: Ь = 10 А; Ь = 10 А; I = 6,33 А; Р = 600 В; р ="200 вар;
8 = 633 В-А;ф1 = 53°1б;ф2=-90°.
II
о)
>
Задача №4. На рис. 4,а задана векторная диаграмма для
неразветвленной цепи, ток I и падения напряжений на каждом
сопротивлении (1)], и^и т.д.). Определить характер и величину
каждого сопротивления, начертить эквивалентную схему цепи,
вычислить приложенное напряжение и угол сдвига фаз (р.
5)
Рис.4.
Решение. 1. Из векторной диаграммы следует, что напряжение \]\
отстает от" тока на угол 90°. Следовательно, на первом участке
включен конденсатор, сопротивление которого
Хс1 = и1Д = 20/5 = 4(Ом).
Вектор напряжения на втором участке Уг направлен
параллельно вектору тока, т.е. совпадает с ним по фазе. Значит, на
втором участке включено активное сопротивление
Яг =
= 20/5 = 4 (Ом).
Вектор напряжения на третьем участке Пз опережает
вектор тока на угол 90°, что характерно для индуктивности,
сопротивление которой
Хьз = УзД = 60/5 = 12 (Ом).
На четвертом участке включено активное сопротивление
К4=У4/1=10/5 = 2(Ом).
Эквивалентная схема цепи приведена на рис. 4,6.
2. Из векторной диафаммы определяем значение приложенного
напряжения и угол сдвига фаз:
и = ^([/, +и,у + ([/3 - и,)' - ^/(20+щ~ + (бо - 20)' = 50В;
. ш ф = ^ Л ° - : : ^ = 0,8; ф = 53°10'.
^
V
50
Ответ: Х а = 4 Ом; Кг = 4 Ом; Х и = 12 Ом; К4 = 2 Ом;
и = 5 0 В ; ф = 53°10'.
.л
20
Задача 5. В трехфазную четырехпроводную сеть
включили звездой несимметричную нагрузку: в фазу А конденсатор с емкостным сопротивлением Хд = 10 Ом; в фазу В активное сопротивление Кв = 80м и индуктивное Хв = 6 Ом, в фазу
С - активное сопротивление Кс = 5 Ом. Линейное напряжение сети
Уном = 380 В. Определить фазные токи, начертить в маспггабе
векторную диаграмму цепи и найти графически ток в нулевом
проводе. Схема цепи дана на рис. 5,а.
В
с
4
%-Ц05
71 *
21
диаграммы начинаем с векторов фазных напряжений Уд, Ув и Ус,
располагая их под углом 120° друг относительно друга (рис.5,6).
Ток 1А опережает напряжение Уд на угол 90°; ток 1в отстает от
напряжения Ув на угол <рв> который определяется из выражения:
созфв = ^
= , ^
= 0,8; Фв = 36°50'.
л/8' + 6'
Ток 1с совпадает с напряжением Ус- Ток в нулевом проводе равен
геометрической сумме трех фазных токов. Измеряя длину вектора
тока 1о, которая оказалась равной 6,8 см, находим ток ]о= 68 А.
2в
Задача №6. В трехфазную сеть включили треугольником
несимметричную нагрузку (рис.6,а): в фазу АВ - конденсатор с
емкостным сопротивлением Хдв =10 Ом; в фазу ВС - катушку с
активным сопротивлением Квс = 4 Ом и индуктивным Хвс = 3 Ом;
в фазу СА - активное сопротивление Кед = Ю Ом. Линейное
напряжение сети У„ом = 220 В. Определить фазные токи, углы
сдвига фаз и Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи. По
векторной диаграмме определить числовые значения линейных
токов.
0-)
^ ^Ш) 3003
01 1 1 1 1
1
10 го 30 1Ю
50 60 9^0А
Рис.5.
Решение. 1. Определяем фазные напряжения установки
УА = ив = Ос = Оном/л/З = 380/л/з = 220 (В)..
2. Находим фазные токи
1А = УА/ХА -= 220/10 = 22 (А); 1в = Ув/гв = 220/10 = 22 (А).
Здесь 2в = 4К\+Х\
= л/8' + б' = 10 (Ом);
1с = У(УКс = 220/55 = 44(А).
Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы по
току: 1 см - 10 А и по напряжению: 1 см - 100 В. Построение
Рис.6.
\
23
Ретени& 1. Коэффициент нагрузки трансформатора равен
отношению дейстБительной мощности Рг к активной мощности при
номинальной нагрузке:
22
Решение: 1. Определяем фазные токи и углы сдвига фаз:
1АВ=ЦНОМ/ХАВ = 220/10 = 22А;(РАВ = -9(У^
1вс=ином/гвс = и н о м / 7 л ^ + ^ ^ = 2 2 0 / л / 4 Ч З ^ = 44А;
'
созфвс = КвсУ 2вс = 4/5 = 0,8, где 2вс = л / 4 Ч З ' = 5 (Ом).
Отсюда угол фвс = 36°50'.
1сА= Уно-/КсА= 220/10 = 22 А; ф с А = 0.
Для построения векторной диаграммы выбираем масштаб по току:
1 см - 10 А, по напряжению: 1 см - В. Затем в принятом масштабе
откладьтаем векторы фазных (они же линейные) напряжений ОАВ,
Уве, УСА под углом 120° друг относительно друга (рис.6,6). Под
углом ФАВ =-90° к вектору напряжения ПАВ
откладьшаем вектор тока Цв; в фазе ВС вектор тока 1вс должен
отставать от вектора напряжения Уве на угол фвс= 36°50', а в фазе
СА вектор тока 1СА совпадает с вектором напряжения ПСА- Затем
строим векторы линейных токов на основании известных
уравнений;
1А= 1АВ- 1СА= 1АВ+(- 1СА);
1в= 1вс+(- 1АВ);
1с = 1сА+(- 1вс).
Измеряя длины векторов линейных токов и пользуясь
принятым масштабом, находим значения линейных токов:
1А=ПА;
1в=57А;
1с = 47 А .
Ответ: 1АВ= 22 А; 1вс= 44 А; 1СА= 22 А; 1А=1 1 А;1в= 57 А;
1с = 47 А; фАв = -90^; фвс = 36°50'; ФСА = 0; 1А= 11 А;1в= 57 А;
1с = 47 А.
Р = _ 1 - . - _ ^ . 0 7 5
5,008^2 1000-0,8
2. Токи в обмотках при Р = 0,75:
, _ /35„ -1000 0,75-1000-1000
'
^^
' ' - ~ Щ : = ~ ^
Ь
=
^
^
^
у/зи^„
^
= 1080(А).
л/з-400
»
^^
Номинальные токи обмоток составили бы:
_ ^„-1000 1000-1000
11н = — — = — р ^ —
96,4 (А);
л/3{/,„
л/З-6000
^ ^
•
Ьн =
5^-1000
1000-1000
= —=
1440 (А).
у1зи,_
л/з-4оо
^^
3. К.П.Д. трансформатора при р = 0,75 и созф, = 0,8
/»„со8<г>,100
0,75 1000-0,8-100
1^„<^^92+Рх + Р'Р,
0,75 1000-0,8 + 2,8 + 0,75''Ч1б ^
4 К.П.Д. при номинальной нагрузке составил бы
^_
5„со8<2>2-100
1000-0,8 100
5„ 005 (р^+Р^+
1000 -0,8 + 2,8 + 11,6 ~
"- • •
5. К.п.д. достигает максимального значения при коэффициенте
нагрузки
Величина максимального к.п.д.
Задача №7. Трехфазный трансформатор номинальной мощностью
8ном = 1000 кВ-А имеет номинальные напряжения обмоток 1]1„ =
6000 В; 112н = 400 В. Потери в стали
= 2800 Вт; потери короткого
замыкания Рк= 11600 Вт. Определить первичный и вторичный токи
и К.П.Д. при коэффициенте мощности созф = 0,8, если от
трансформатора потребляется активная мощность Рг = 600 кВт.
0,49-1000-0,8-100
0,49 1000-0,8 + 2,8 + 0,49^-11,6
Ответ. I, = 72,4 А; Ь - 1080 А; 1,„ = 96,4 А; Ь н - 1440 А; ,
983%; 7?^ =98,7%.
'•
24
Задача №8. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
имеет данные: номинальная мощность Р„ = 17 к Вт, номинальное
напряжение Ун = 380 В, число оборотов пг = 1450 об\мин, к.п.д. !/„
=
0,89, С08ф„ =
0,89, кратность
пускового
тока
у--7,0,
Определить:
потребляемую
мопщость,
номинальный
и
максимальный моменты, пусковой ток, номинальное скольжение.
Как изменится М„ при снижении напряжения на 5%?
Решение. 1 .Потребляемая мощность
^'' - • •'
•
Р
17
'
7„
26
2. Номинальный момент
Задача №9. Составить схему мостового вьшрямителя, использовав
один из четырех диодов со следующими параметрами:
Диод
Д
перегрузочная способность —— - 2,0.
-
25
Ответ: Рх = 19,1 кВт; М„ = 112 Н-м;М„ = 224 Н м ; 1„ = 228 А;
5„=3,34%; ДМ = 2 2 Н м .
0,89
ц*,в
1»>А
1,0
200
180
250
Ш
2,0
и
д
д.
Мощность потребителя Р =300 Вт, напряжение \]л ==100 В.
Решение. 1. Определяем ток потребителя 1,1 из формулы
Р = Уа 11:
• •
-
Мн= 9565^=.9565 — - 1 1 2
1<1 =
(Нм).
3. Максимальный момент
М„ = 2,0-М„ = 2,0-112 = 224 (Нм).
4. Номинальный ток
/>я 1000
П4000
^3
^•и„щсо^(р„
1,73-380-0,89-0,89
^ ^1
^^^^
5. Пусковой ток
1„ = 7-1„= 7-32,6 = 228 (А).
6. Номинальное скольжение
. г.„ .
5„=^^^^=-^-100% .
: п^.
«
гч»»^Г!«>
При Пн = П2 = 1460 об/мин скорость поля равна пх 1500 об/мин;
1500-1450^^^3
"
1500
7. При снижении напряжения в сети на 5% его величина составит
0,95 Ун. Так как момент пропорционален квадрату напряжения, то
: М'„ = 0,95^М„ = 0,903-224 = 202 (Нм);
Д М = М„ - М'м = 224 - 202 = 22 (Н-м).
Р
300
100
= 3 (А).
2.0пределяем напряжение для мостовой схемы
действующее на диод в непроводящий период:
ли, ЗД4 100
= 157 (В).
2
2
3. Выбираем диод из условия Гдоп > 0,5-1^, Уобр> Уь:
1доп> 0,5-3 > 1,5 А; иобр> 157 В.
Как видно, этим условиям удовлетворяет диод Дг:
выпрямителя,
.
,
Тдоп = 2,0 А > 1,5 А; Уобр-180 В > 157 В.
Диоды Д, и Дз удовлетворяют только напряжению Уобр > Уь, так
как 200 В и 250 В > 157 В, но не подходят по допустимому току 1доп
>0,5-1й,так как 1,0 А и 1,2 А < 1,5 А.
Диод Д4, наоборот, подходит по допустимому току, так как
2,5 > 1,5 А, но не подходит по обратному напряжению, так как 130
<157В.
4. Составляем схему мостового вьшрямителя (рис.7). В этой схеме
каждый из диодов имеет параметры диода Дг:
1доп - 2,0 А и Уобр = 180 В.
<,
27
Таблица 1
26
Дейспие с рсзисггором
4. Задания для контрольной работы
Задача 1. Цепь постоянного тока содержит несколько резисторов,
соединенных смешанно. Схема цепи с указанием сопротивлений
резисторов приведена на соответствующем рисунке. Номер
рисунка, заданные и искомые ве;шчины приведены в таблице № 1 .
Напряжение УАВ считать неизменным. Индекс тока или
напряжения совпадает с индексом резистора по которому проходит
этот ток или действует напряжение. Например: через резистор Кз
проходит ток 1з и на нем действует напряжение Уз. 1). Определить
мощность потребляемую данной цепью и^расход электрической
энергии этой цепи за 8 часов работы. 2)Г~Т1утем расчетов
определить характер изменения указанной в таблице величины
Указание: смотреть решение типовой задачи №1.
№
вариан
-та
№
рисун­
ка
Задявасчт
величина
Опредалшъ
Изменение
какой
величины рассншрсть
Замыкается
накоротко
Выклю­
чается
иэ сис­
темы
-
15
К,
01
1
Ц А В = 100
1
1,= 2 0 А
1,
Ь
К.
02
03
2
им-50 в
ь
К,
04
2
Ь=2А
05
3
1,=
12А
к,
-
и
и,
и>
06
3
Ц = ЗА
-
к,
V^
07
4
1, = 5 0 А
к.
-
08
.4
09
ОО
В
-
Ь=15А
11»в
-
к.
5
15 = 1 А
Цдв
к.
-
5
и4=12В
01
-
-
11
Об
Задача 2. Цепь переменного тока содержит различные элементы
(резисторы,
индуктивности,
емкости),
включенные
последовательно. Схема цепи для каждого варианта приведена на
соответствующем
рисунке.
Номер
рисунка
и
значения
сопротивлений всех элементов, а также один дополнительный
параметр заданы в таблице №2.
Начертить схему цепи и определить следующие величины,
относящиеся к данной цени, если они не заданы в таблице №2: 1)
полное сопротивление г, 2) напряжение {], приложенное к цепи; 3)
ток I; 4) угол сдвига фаз (по величине и знаку); 5) активную Р,
реактивную О и полную 5 мощность цепи. Начертить в масштабе
векторную диаграмму цепи и пояснить ее построение. С помощью
логических
рассуждений
пояснить
характер
изменения
(уменьшится, увеличится, останется без изменения) тока, активной,
реактивной мощности в цепи при увеличении частоты тока в два
раза. Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным.
Указание: смотреть решение типовой задачи №2.
29
28
Примечание: индексы буквенных обозначений следует понимать
так: Ои - реактивная мощность в первом индуктивном
сопротивлении, Ос1 - то же, но в емкостном сопротивлении, Рк1 активная мощность в первом активном сопротивлении, Укь Уьь
11с1 - падения напряжения соответственно в первом активном,
индуктивном, емкостном сопротивлениях
1
I .
варианта
01
02
03
04
05
06
07
08
09
00
(
№
рисунка
б
7
8
9
10
И
12
13
14
15
Таблица № 2.
Я,
о»
4
6
106
4
3
8
16
0
2
«2
Он
Хи
Ои
2
6.
2
4
-
6
3
6
3
-
12
б
2
10
-
-
5
Ои
-
3
8
-
Хс1
Ом
3
9
12
2
4
6
8
6
Хс2
Ом
-
Дополнительный
параметр
и = 40в
1 = 5А
Рщ.
150 Вт
2
2
5 = 360 ВА
1А
Р=200Вт
-
и-80в
4
2
1 = 2А
0 = -192
вар
Задача 3. 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 таблице №3. 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 таблице №3: 1) токи Ь
и Ь в обеих ветвях; 2) ток I в неразветвленной части цепи; 3)
напряжение 1), приложенное к цепи; 4) активную Р, реактивную О
и полную 5 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 для этого. Начертить
схему такой цепи.
Указания: 1) смотреть решение типовой задачи №3; 2) смотреть
примечание к задаче №2.
Таблица № 3
№
•арнанта
01
02
03
04
05
06
07
08
09
00
№
рисунка
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
К,
»•
5
10
4
4
16
24
5
15
8
4
К:
о>
3
8
Хи
-
-
-
6
3
12
8
-
12
6
20
-
16
4
12
16
8
-
Хи,
0»
4
-
-
12
. ,
Хс,
о«
Хс2
Ои
-
6
5
10
Дополнительный
параметр
0 = 64 »ар
и = 20В
1,=5А
12 = 4 А
256 Вт
-
-
и=«ов
Ь = 6А
6
3
4
12
6
Р , - 2 4 0 Вт
и = 100 В
Р2=2«8Вт
-
-
-
32
Задача 4. По заданной векторной диаграмме для цепи переменного
тока с последовательным соединением элементов (резисторов,
индуктивностей и емкостей) начертить эквивалентную схему цепи
и определрггь следующие величины: 1) сопротивление каждого
элемента и полное сопротивление цепи г; 2) напряженне 1],
приложенное к цепи; 3) угол сдвига фаз (по величине и знаку); 4)
активную, реактивную и полную мощности (Р,
8) цепи.
С помощью логических рассуждений пояснить характер
изменения (увеличиться, уменьшится, останется без изменения),
ток и угол сдвига фаз (по величине и знаку) при уменьшении
частоты тока в два раза. Напряжете, приложенное к цепи, считать
неизменным. Данные для своего варианта принять из таблицы № 4.
Указание: смотреть решение типовой задачи №4, а также
примечани в к задаче ^^22.
Таблица №4
№
варианта
01
02
03
04
05
06
07
08
09
00
№
рисунка
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
I
и.
А
в
5
4
3
2
4
2
3
5
4
10
15
32
60
4
12
16
9
50
32
20
Ц,
в
15
80
48
8
20
2
3
25
56
40
В
5
16
24
12
16
12
3
50
12
30
В
-
в
-
16
.
4
4
6
6
_
8
_
8
20
40
30
Задача №5. В трехфазную четырехпроводную сеть с линейным
напряжением ином
включили звездой разные по характеру
сопротивления (смотреть рисунок соответствующий своему
варианту). 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 таблицы №5.
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 ?
Указаинв; смотреть решение типовой задачи №5.
Таблица №5
№
«ариаига
01
02
03
04
№
рисунка
36
37
38 _^
39
Х2
В
380
220
660
380
варианта
05
06
07
08
№
рисунка
40
41
42
43
ив
№
варианга
09
00
220
660
380
220
№
рисунка
44
45
-
.
и».
в
660
380
-
-
Таблица №7
-
Задача №6. В трехфазную трехпроьодную сеть с линейным
напряжением Увдм включили треугольником разные по характеру
сопротивления (смотреть рисунок соответствующий своему
варианту). Определить фазные токи и начертить в масштабе
векторную диаграмму цепи. Из векторной диафаммы определить
числовые значения линейных токов. Данные для своего варианта
взять из таблицы №6.
Как изменятся значения фазных и линейных токов и
взаимное расположение векторов токов и напряжений при
увеличении частоты тока в сети в два раза?
Указание: смотреть решение типовой задачи №6.
Таблица №6
варианта
01
02
03
04
№
рисунка
46
47
48
49
и».
В
220
380
660
220
№
варианга
05
06
07
08
рисунка
50
51
32
53
и»в
380
660
220
380
№
варианта
09
00
-
31
Задача №7. К трехфазному трансформатору с номинальной
мощностью Зном и номинальными напряжениями
первичной Пном! и вторичной и„ом2 обмоток присоединена активная
нагрузка Ра при коэффициенте мощности со8
. Определить: 1)
номинальные токи в обмотках 1„о„1 и 1ном2; 2) коэффициент нагрузки
трансформатора кн; 3) тхэки в обмотках I) и Ь при фактической
нагрузке; 4) суммарные потери мощности
при номинальной нагрузке; 5) коэффициент полезного
действия трансформатора при фактической нагрузке. Данные для
своего варианта взять из таблицы №7.
Каково назначение замкнутого стального магнитопровода
в трансформаторе? Почему магнитопровод должен иметь
минимальный воздушный зазор и вьшолняться не сплошным, а из
отдельных стальных листов, гоолированньк друг от друга лаком?
;
Указание: смотреть решение типовой задачи №7.
№
рисунка
54
55
и»»
в
660
220
№
варианта
01
02
03
04
05
06
07
08
09
00
кВА
1000
160
100
250
400
630
40
1600
63
630
ин»1
и««7
Р2
кВ
10
6
6
10
10
10
6
10
10
10
кВ
0,69
0,4
ОДЗ
0,4
0,4
0,69
0,23
0,4
0,23
0,4
кВт
850
150
80
200
350
554
35
1400
56
520
С05
0,95
1,0
0,9
0,85
0,92
0,88
1,0
0,93
1,0
0,9
Задача №8. Трехфазный асинхронный электродвигатель с
короткозамкнутым ротором установлен для привода ленточного
конвейера. Двигатель употребляет из сети мощность Р] при
номинальном напряжении Пном и номинальном токе 1„ом. Полезная
мопщость на валу равна Рном2. Коэффициент полезного действия
двигателя п
Суммарные потери мощности в
двигателе равны ЕР. Коэффициент мощности двигателя составляет
созфном- Двигатель развивает на валу полезный момент Мж)м Щ>н
32
• •
частоте вращения ротора Пномг- При этом двигатель работает со
скольжением 5„ом- Частота вращения поля статора равна П1. Частота
тока во вращающемся роторе 1?2з; частота тока в сети ^1= 50 Гц.
Используя данные, приведенные в таблице №8,
определить все величины, отмеченные прочерками в таблице
вариантов.
Как изменится при увеличении нагрузки на валу двигателя
частота вращения ротора пг; частота тока в роторе и
значение тока, потребляемого двигателем из сети? Приведите
соответствующие пояснения. •
Указание: смотреть рещение типовой задачи №8.
Таблица №8
Величина
Р., кВт
и., в
кВТ
л»»
Р, кВт
01
380
12,5
5,3
0,78
0,81
02
22,6
380
-
-
2,6
0,85
М™,.н,
Пши1.(П/мм1
О , 0№|Ш1
{2.
Гц
2950
_
-
03
220
16
3000
1,3
0,85
29,5
1440
4,0
04_^
-
220
4,5
0,84
Варианты
05
Об
20,4
380
38.8
Ш
0,88
0,85
-
-
07
5,18
220
4,45
08
5,36
220
17.6
-
0,86
45,2-
0,89
-
0.8
-
0,85
-
.
730
2,67
-
1500
2,0
.
0,8
950
1000
2,0
1500
-
-
-
-
2,5
09
-
380
17,34
3,06
0,8
226,8
750
-
00
11,36
380
22,1
1,36
950
2,5
Задача 9. Двухполупериодный выпрямитель должен питать
потребитель постоянным током. Мощность потребителя Ра Вт, при
напряжении Па В. Выбрать из таблицы №9 полупроводниковые
диоды для схемы вьшрямителя и пояснить,
на основании чего сделан выбор. Для каждого диода даны его
параметры: допустимый ток 1доп и величина обратного напряжения
Побр. Начертить схему вьшрямителя.
Указание: стотреть решение типовой задачи М9.
с
8— 1
.1\
'
0 - &
О
II
А,
Л",, г
0—1—1—
Рис 16
Рис. 17
О-В
Рис. 18
Рис. 19
г<2
О-В-
и
о Г"!- *
Рис 21
Рис. 20
г
Г
1
Рис. 23
Рис. 22
т
Рис.24
Рис. 25
\
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа