ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ»
(КГБПОУ «Алтайский государственный колледж»)
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Методические указания и контрольные задания
для студентов – заочников средних профессиональных учебных заведений
по специальности 23.02.03«Техническое обслуживание и
Ремонт автомобильного транспорта»
Барнаул 2012
Обсуждено на заседании ЦМК Утверждено на заседании
профессиональных дисциплин методического совета
«___»_______________20___г. «___»___________20___г.
Председатель ЦМК ______________________
___________ Просекова Ю.Н.
Переработал и составил: Г.Н. Жоров, преподаватель
электротехнических дисциплин КГБПОУ АГК
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Студент-заочник, приступая к самостоятельному изучению дисциплины «Электротехника и электроника», должен подробно ознакомиться с содержанием настоящего пособия, и руководствоваться им в работе.
Учебный материал изучают в последовательности, указанной в программе. После проработки каждой темы следует законспектировать основные понятия, законы и формулы в отдельной тетради. Если возникают трудности при изучении учебного материала, следует обратиться за консультацией к преподавателю. Особое внимание нужно уделить решению типовых примеров в настоящем пособии.
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
По дисциплине «Электротехника и электроника» должны быть выполнены 2 контрольные работы. Варианты для каждого студента индивидуальные.
Контрольная работа выполняется в отдельной тетради в клеточку. Для замечаний рецензента оставляют в тетради поля 25-30 мм, в конце тетради — 2 страницы для рецензии. Записи и расчеты выполняют аккуратно, чертежи и схемы выполняют карандашом с помощью чертежного инструмента, соблюдая ЕСКД, на миллиметровой бумаге.
Размерность всех величин должна соответствовать международной системе единиц (СИ).
Рекомендуется следующий порядок решения задач:
1. Полностью записать условия задачи.
2. Выписать из условия, данные в виде условных обозначений и их цифровые значения. Начертить принципиальную электрическую схему.
3. Решение выполнить, нумеруя каждый пункт с поясняющим текстом
4. В концё задачи записать ответ.
Ответы на теоретические вопросы к задачам должны быть подробными грамотными.
В конце работы пишут список литературы, которая была использована при выполнении контрольной работы.
После получения зачтенной работы следует изучить все поправки и замечания преподавателя и исправить ошибки, выполнив необходимые записи на оставшихся чистых листах тетради, озаглавив их «Работа над ошибками».
Если работа не зачтена ее выполняют заново по варианту указанному преподавателем. В этом случае на проверку передаются обе работы: не зачтенная и выполненная заново. Неаккуратное выполнение контрольной работы не соблюдение принятой размерности и плохое выполнение чертежей и схем могут послужить причиной возвращения ее для переделки.
В случае возникновения затруднений при выполнении контрольной работы студент может обратиться в техникум для получения письменной или устной консультации.
Лабораторные работы выполняют в период экзаменационно - лабораторной сессии. К этим работам студенты допускаются после сдачи всех контрольных работ. По каждой лабораторной работе составляется отчет по установленной форме.
Сдача экзамена разрешается студентам, получившим положительные оценки по всем контрольным работам и имеющим зачет по лабораторным работам
Тематический план учебной дисциплины
«Электротехника и электроника»
Наименование разделов и тем
Литература
1 Данилов Н. А.. Иванов П. М. О6щая электротехника с основами электроники. М: Высшая школа, 1989, 1998, 2000
2. Касаткин А. С. Основы электротехники. М.: Высшая школа, 1986,
3, Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника. М.: Высшая школа, 1990.
4. Федотов В. И. Основы электроники. М.: Высшая школа, 1990.
5. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Электротехника. М.: Энергоиздат, 1985.
Введение
Студент должен:
иметь представление:
- о дисциплине «Электротехника и электроника» и о значении электрической энергии в народном хозяйстве;
- о значении электротехники и электроники в развитии автотранспорта
Содержание учебного материала
Определение электротехники и электроники как отрасли науки и техники, решающей задачи преобразования и передачи энергии и информации. Этапы развития электротехники.
Основные задачи и содержание дисциплины «Электротехника и электроника», взаимосвязь со специальными дисциплинами «Техническое обслуживание и ремонт автомобилей», «Электрооборудование автомобилей», «Теория автомобилей», «АСУ».
Значение электротехнической подготовки и формирование специалистов среднего звена и в освоении ими современной техники и передовой технологии.
РАЗДЕЛ 1. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Содержание учебного материала
Понятие об электрическом поле. Основные характеристики электрического поля: напряженность, электрическое напряжение, потенциал, единицы их измерения. Влияние электрического ноля на проводники и диэлектрики.
Определение и назначение конденсатора, его емкость. Соединение конденсаторов.
Литература
Л-1, § 1.1-1.8; Л-З, § 1.1-1.3.
Задачи и вопросы
1. Какое поле называют электростатическим?
2. Что называют электрическим потенциалом?
3. Что называют напряжением между двумя точками поля?
4. Каким зарядом обладает конденсатор емкостью 2 мкф, если напряжение между его пластинами равно 100 Вт?
Ответ: 2 * 10 -4 Кл.
Содержание учебного материала
Электрическая цепь и ее элементы. Электрический ток, его величина, направление, единицы измерения. Физические основы работы источника электродвижущей силы (ЭДС).
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. Токовая нагрузка проводов и защита их от перегрузок.
Режимы работы электрической цепи.
Виды соёдинения приемников энергии. Законы Кирхгофа. Понятие о расчете электрических цепей.
Лабораторная работа
Изучение соединений резисторов и проверка законов Ома и Кирхгофа.
Практическое занятие
Расчет электрических цепей постоянного тока
Литература
Л-1, § 2.1-2.14; Л-2, §21-2.6.
Задачи и вопросы
1. Дайте определение э.д.с. источника, напряжения на зажимах и внутреннего падения напряжения. Чему равны эти величины, если ток в цепи 2 А, внутреннее сопротивление 0,5 Ом, а внешнее — 9,5 Ом?
Ответ: 20 В, 19 В, 1 В.
2. Напишите закон Ома для всей цепи и для одного ее участка: внешнего и внутреннего.
3. Напишите формулу для определения мощности в резисторе сопротивлением R через квадрат тока и сопротивление.
4 Какое влияние называют коротким замыканием цепи? Как защитить цепь от тока короткого замыкания?
5. Приведите определение участков схемы электрической цепи: узел, ветвь, замкнутый контур.
Тема 1.3. Электромагнетизм
Студент должен.
иметь представление:
- об областях применения электромагнитных устройств;
- об области применения ферромагнитных материалов по виду петли гистерезиса;
знать:
- параметры, характеризующие магнитное поле;
- воздействие магнитного поля на проводник с током;
- закон электромагнитной индукции, правило Ленца;
- явления самоиндукции;
уметь:
- рассчитывать основные параметры магнитного поля;
- эксплуатировать электромагнитные устройства.
Содержание учебного материала
Основные параметры, характеризующие магнитное поле в каждой его точке. Единицы измерения магнитных величин.
Магнитные материалы. Намагничивание и циклическое перемагничивание ферромагнитных материалов.
Общие сведения о магнитных цепях. Закон полного тока. Воздействие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера. Сила взаимодействия параллельных проводов 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. Взаимная индукция. Использование закона электромагнитной индукции и явления взаимоиндукции в электротехнических устройствах.
Литература
Л-1, § 3.1-3.17; Л-2, §3.1-3.13; Л-3, § 3.1-3.6.
Задачи и вопросы
I Как определить направление магнитного поля проводника с током?
2. Свойства ферромагнитных веществ.
3. Сформулируйте определение основных магнитных величин: магнитного потока, магнитной индукции, напряженности магнитного поля.
4. Приведите определение самоиндукции.
5. В каком случае имеет место взаимная индукция?
6. Как определить величину и направление электромагнитной силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
7. Как определить величину и направление э.д.с. индукции, возникающей в проводе, движущемся в магнитном поле?
Содержание учебного материала
Переменный синусоидальный ток и его определение. Целесообразность технического использования переменного тока. Параметры и форма представления переменных ЭДС, напряжения, тока и магнитного потока. Получение переменной ЗДС
Особенности электрических процессов в простейших электрических цепях с активным, индуктивным и емкостным элементом. Закон Ома для этих целей Векторные диаграммы напряжений и тока.
Неразветвленные цепи переменного тока с активным, индуктивным и емкостным элементами. Условия возникновения и особенности резонанса напряжения. Векторные диаграммы. Активная, реактивная и полная мощности в цепи переменного тока
Разветвленная цепь тока с активным, индуктивным и емкостным элементами. Резонанс токов. Коэффициент мощности и способы его повышения.
Лабораторные работы
Исследование неразветвленной цепи однофазного переменного тока.
Исследование разветвленной цепи однофазного переменного тока.
Литература
Л-1, § 4.1-44; Л-2, § 4.1-4.14; Л-3, § 4.1-4.5.
Задачи и вопросы
1. Поясните основные параметры переменного тока период частота амплитуда, фаза, начальная фаза.
2. Поясните процесс получения синусоидальной э.д.с. с помощью простейшего генератора переменного тока.
3. В паспорте электродвигателя указано значение напряжения 380 В. К какому значению относится его напряжение: мгновенному, амплитудному, действующему?
4. Начертите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей для неразветвленной цепи с R, L и С.
5. В чем заключается явление резонанса напряжений?
6. При каких условиях в цепи наступает резонанс токов? Каковы последствия резонанса токов?
7. В чем заключается принципиальное отличие реактивной мощности от
активной?
8. Первое предприятие имеет коэффициент мощности 0,9, а второе — 0,8. Какое предприятие лучше использует потребляемую полную мощность?
Содержание учебного материала
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. Нейтральный провод и его значение.
Соединение обмоток генератора и потребителя трехфазного тока «треугольником». Соотношения между фазными и линейными величинами. Векторная диаграмма напряжения и токов. Симметричная и несимметричная нагрузка.
Мощность трехфазной системы. Основы расчета трехфазной цепи при симметричной нагрузке.
Лабораторная работа
Исследование трехфазной цепи при соединении приемников «звездой» или «треугольником».
Литература
Л-1, §6.1-6.7, Л-2, § 5.1-5.6; Л-З, § 5.1-5.3.
Задачи и вопросы
1. Поясните методику получения трехфазной симметричной системы э.д.с.
2. Чем отличатся несвязная и связная трехфазные системы? Начертите их схемы.
3. Какие стандартные напряжения в трехфазных цепях Вам известны?
4. К трехфазной цепи с линейным напряжением 380 В присоединили симметричную нагрузку, активное сопротивление которой в каждой фазе 4 Ом, а индуктивное З Ом. Определить фазные токи и напряжения при соединении нагрузки «звездой» и «треугольником».
5. Начертите трехфазную четырехпроводную цепь. Соотношение между фазными и линейными токами и напряжениями. Роль нейтрального провода.
Содержание учебного материала
Общие сведения об электрических измерениях и электроизмерительных приборах. Прямые и косвенные измерения. Классификация электроизмерительных приборов. Условные обозначения на шкалах электроизмерительных 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 автомобилей.
Лабораторная работа
Измерение сопротивления методом вольтметра-амперметра.
Литература
Л-1, §11.1-11.16; Л-2, §10.1-10.14; Л-3, §6.1-6.4.
Задачи в вопросы
1. Перечислите основные методы измерений.
2. Какие погрешности существуют для оценки точности измерений?
3. На какие классы точности делятся электроизмерительные приборы?
4. Какими условными знаками на шкале обозначаются приборы магнитоэлектрической, электромагнитной и индукционной систем?
5. Каким образом можно расширить пределы измерения тока и напряжения?
6. Поясните методику расчета шунта для расширения пределов измерений токов. Начертите схему включения прибора с внешним шунтом.
Тема 1.7. Трансформаторы
Студент должен:
иметь представление:
- о режимах работы трансформаторов;
- о трехфазных и специальных трансформаторах;
знать:
- назначение, устройство и принцип действия трансформаторов;
- основные параметры;
- схему включения трансформатора в электрическую цепь;
- определять основные параметры трансформатора;
-. измерять напряжения, токи и мощности в номинальном режиме и режиме холостого хода.
уметь:
- определять основные параметры трансформатора;
- измерять напряжения, токи и мощности в номинальном режиме и режиме холостого хода.
Содержание учебного материала
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, схемы и группы соединения трехфазных трансформаторов. Понятие о трансформаторах специального назначения (сварочных, измерительных, автотрансформаторах), особенностях конструкции и применения.
Лабораторная работа
Исследование режимов работы однофазного трансформатора.
Литература
Л-1, § 7.1-7.7; Л-2, § 6.1-6.10; Л-3, § 7.1-7.3.
Задачи и вопросы
1. Каково назначение трансформатора в энергосистеме при передаче и распределении электрической энергии?
2. Поясните назначение и устройство отдельных элементов транспорта:
магнитопровода, обмоток, расширителя, изоляторов.
3. Поясните принцип работы трансформатора. Почему он может работать только на переменном токе?
4. Число витков первичной обмотки 100, вторичной — 500. Определить напряжение холостого хода вторичной обмотки, если к первичной подведено напряжение 220 В. какой ток будет протекать через активную нагрузку, при- соединенную ко вторичной обмотке, если в первичной ток 10 А?
Ответ: 1100 В, 2 А.
5. Схемы соединений трехфазных трансформаторов.
6. Каковы особенности сварочного трансформатора?
7. Какие трансформаторы необходимо применять при ремонте и обслуживании автомобиля?
Содержание учебного материала
Назначение, классификация и область применения машин переменного тока. Получение вращающегося электромагнитного поля.
Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя. Понятие о скольжении. ЭДС, сопротивление и токи 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 и принцип действия, и область применения.
Понятие о синхронном электродвигателе.
Синхронный трехфазный генератор. Особенности конструкции трехфазных генераторов, применяемых в автомобиле. Рабочие характеристики синхронного генератора.
Лабораторная работа
Исследование работы трехфазного асинхронного электродвигателя. Пуск в ход и снятие рабочих характеристик.
Литература
Л-1, §8.1-8.14; Л-2, §11.1-11.11; Л-3, § 8.1-8.5.
Задачи и вопросы
1. Приведите классификацию машин тока. Каковы их преимущества и недостатки?
2. Поясните получение трехфазного вращающегося магнитного поля. Какие синхронные скорости можно получить при частоте тока в сети 50 Гц?
3. Поясните устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
4. Напишите формулу для определения скольжения. В каких пределах может измениться его значение? Из формулы напишите выражение для определения частоты вращения ротора.
5. Номинальная частота вращения ротора 730 об/мин. Чему равно его скольжение, если частота тока в сети 50 Гц?
Ответ: 2,7%.
6. Чему равно скольжение ротора при пуске двигателя?
7. Напишите формулу для частоты тока f 25 ротора.
Содержание учебного материала
Назначение, область применения, устройство и принцип действия машин постоянного тока. Принцип обратимости. ЭДС и реакция якоря.
Генераторы постоянного тока классификация, схемы включения обмотки возбуждения, внешняя и регулировочная характеристики, эксплуатационные свойства.
Электродвигатели 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 автомобилей.
Лабораторная работа
Испытание электродвигателей постоянного тока с параллельным или смешанным возбуждением.
Литература
Л-1, § 9.1-9.12; Л-2, § 12.1-12.12.
Задачи и вопросы
1. Поясните принцип действия генератора и двигателя постоянного тока.
2. Напишите формулы, связывающие э.д.с., напряжение на выводах и падение напряжения в обмотке якоря для генератора и двигателя постоянного тока.
3. Начертите схемы генераторов с независимым, параллельным и смешанным возбуждением.
4. В генераторе с параллельным возбуждением ток возбуждения равен 6 А. Определить напряжение на выводах генератора, если сопротивление обмотки возбуждения 10 Ом, а сопротивление регулировочного реостата 27 Ом.
Ответ: 222 В.
5. Поясните, почему в момент пуска двигателя постоянного тока потребляет значительный ток. Какова здесь роль противо-э.д.с.?
6. Выведите формулу для определения частоты вращения двигателя постоянного тока.
7. Начертите схему соединения двигателя с параллельным возбуждением
Содержание учебного материала
Классификация электроприводов. Классификация режимов работы электропривода. Выбор типа и мощности электродвигателей, применяемых в электроприводе. Определение мощности при продолжительном и повторно-кратковременном режиме работы.
Пускорегулирующая и защитная аппаратура: квалификация, устройство, принцип действия, область применения.
Релейно-контакторные системы управления электродвигателями. Использование этих систем для управления машинами к механизмами в процессе технического обслуживания автомобилей.
Литература
Л-1, §13.1-13.4.
Задачи и вопросы
1. Начертите структурную схему электропривода.
2. Режимы работы электродвигателей, начертите диаграммы для каждого режима.
3. Как определить мощность электродвигателя при каждом режиме работы.
Содержание учебного материала
Современные схемы электроснабжения промышленных предприятий от энергетической системы. Назначение и устройство трансформаторных подстанций и распределительных пунктов. Электрические сети промышленных 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. Контроль электроизоляции.
Электробезопасность при производстве работ по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей.
Литература
Л-1. § 12.1-12.14.
Задачи и вопросы
1. Классификация электрических сетей.
2. Потери напряжений в линиях электроснабжения.
3. Почему линии электропередач называют высоковольтными?
4. Как определяют сечение проводов по допускаемой токовой нагрузке?
5. Каковы назначение, устройство и принцип действия защитного заземления?
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Решение
Задача относится к теме «Электрические цепи постоянного тока». Обозначим стрелками направление тока в каждом резисторе, индекс тока должен соответствовать номеру резистора, по которому он проходит.
Дано:
Определить:
1. Определяем сопротивление соединенных
резисторов
Схема цепи принимает вид, показанный на рис. 1б.
2. Резисторы R 4 и R 3,5 соединены параллельно, их общее сопротивление:
Схема цепи после упрощения приведена на рис. 1в.
З. Резисторы R 6 и R 4,3,5 соединены последовательно, их общее сопротивление:
Схема будет иметь вид, приведенный на рис. 1г.
4. Заменяем резисторы R 2 и R 6,4,3,5 соединенные параллельно, одним резистором с сопротивлением:
Схема цепи приведена на рис. 1д.
5. Находим эквивалентное сопротивление всей цепи (см. рис. 1е.)
R экв.=
6. Зная силу тока I 2 , находим напряжение на резисторе R 2:
7. Определяем ток в резисторе R 6, так как
8. Определяем напряжение в резисторе R 6:
9. Определяем напряжение на участке
10. Определяем ток в резисторах R 3 и R 5:
11. Определяем ток в резисторе R 4:
12. Определяем ток на резисторе R 3:
13. Определяем ток в резисторе R 5:
14. Определяем ток I, для этого по 1-му закону Кирхгофа для узла d пишем уравнение:
15. Определяем напряжение в резисторе R 1:
16. Определяем напряжение источника питания
17. Рассчитываем мощность, потребляемую всей цепью:
18. Расход энергии за 10 часов работы равен:
Ответ:
Решение
Дано:
Определить:
1. При соединении потребителей треугольником выполняется соотношение:
2. Определяем сопротивление емкостного элемента в фазе АВ:
З. Определяем сопротивление индуктивного элемента в фазе ВС:
4. Определяем полное сопротивление фазы ВС:
5. Определяем фазные токи:
6. Определяем активную мощность Р АВ:
7. Определяем активную мощность Р ВС :
8. Определяем активную мощность фазы СА:
9. Определяем реактивную мощность фазы Q АВ:
10. Определяем реактивную мощность Q ВС :
11. Определяем реактивную мощность Q СА :
12. Определяем активную мощность трехфазной цепи:
13. Определяем реактивную мощность всей цепи:
14. Определяем полную мощность трехфазной цепи:
Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы по току MU = 10 А/см и по напряжению MU = 50 В/см.
Определяем длины векторов фазных токов и фазных (они же линейные) напряжений:
Определяем угол сдвига фаз между током I АВ и напряжением UAB:
Вектор тока I АВ опережает вектор напряжения UA на 90о так как а фазе АВ включен емкостный элемент.
Определяем угол сдвига фаз между током I ВС и напряжением UB С :
Вектор тока I ВС отстает от вектора напряжения UB С на угол 
, так как в фазе ВС включена активно - индуктивная нагрузка.
Определяем угол сдвига фаз между током I СА и напряжением U СА :
Вектор тока I СА совпадает по фазе с вектором напряжения U СА, так как нагрузка в фазе СА чисто активная, 
Строим векторы фазных напряжений U АВ , U ВС , U СА под углом 120° друг относительно друга и векторы фазных токов I АВ , I ВС , I СА с учётом углов сдвига фаз 
Затем строим векторы линейных токов на основании уравнений, составленных по 1-му закону Кирхгофа.
Измеряя длину векторов линейных токов IA, IB, IC, получаем:
Ответ: I АВ =22 А, I В C =44 А, ICA = 22 А, Р = 12,6 кВт, Q = 0,97 кВАр,
S= 12,64 кВА, I А = 10 А, IB= 55А, IC =46 А.
Таблица 1. Технические данные трансформаторов.
Примечания: 1. ТМ-630/6 – трехфазный трансформатор с масляным естественным охлаждением, номинальная мощность 630 кВА; номинальное первичное напряжение 6 кВ, номинальное вторичное напряжение 0,4 0,23 и 0,69 кВ.
Отношение линейных напряжений в трехфазных трансформаторах называют линейным коэффициентом трансформации, который равен отношению чисел витков обмоток, если они имеют одинаковые схемы соединений
При других схемах соединения коэффициент трансформации находят по формулам:
Пример 4. Трехфазный трансформатор, обмотки которого соединены 
, имеет следующие номинальные характеристики: S ном =1000 кВА, U ном1=1О кВ, U ном2=400 В. Потери в стали РСТ =2,45 кВт, потери в обмотках РО.НОМ=12,2 кВт. Первичные обмотки соединены в треугольник, вторичные - в звезду. Сечение магнитопровода Q = 450 см2, амплитуда магнитной индукции Bm = 1,5 Тл. Частота тока в сети f = 50 Гц. От трансформатора потребляется активная мощность Р2 = 810 кВт при коэффициенте мощности cosj2 = 0.9
Определить
1. Номинальные токи в обмотках и токи при фактической нагрузке.
2. Числа витков обмоток.
3. КПД трансформатора при номинальной и фактической нагрузках.
Решение
1. Номинальные токи в обмотках:
2. Полная мощность трансформатора при фактической нагрузке:
3. Коэффициент нагрузки трансформатора:
4. Токи в обмотках при фактической нагрузке:
5. Фазные э.д.с., наводимые в обмотках.
Первичные обмотки соединены в треугольник, а вторичные - в звезду, поэтому, пренебрегая падением напряжения в первичной обмотке,
считаем:
6. КПД трансформатора при номинальной нагрузке:
7. КПД при фактической нагрузке:
Ответ: I ном = 58 А, I 2ном = 1145 А, I 1 = 52 А, I 2 = 1300 А, W 1 = 667 витков, W 2 = 15 витков, hном = 98,4%, h = 98,5%.
Пример 5. Однофазный понижающий трансформатор номинальной мощностью S ном =500 ВА служит для питания ламп местного освещения металлорежущих станков. Номинальные напряжения обмоток U ном = 380 В, U ном2 = 24 В. К трансформатору присоединены десять ламп накаливания мощностью 40 Вт каждая, их коэффициент мощности cosj2 = 1 ,0. Магнитный поток в магнитопроводе Ф m = 0,005 Вб. Частота тока в сети f=50 Гц. Потерями в трансформаторе пренебречь.
Определить:
1) номинальные токи в обмотках;
2) коэффициент нагрузки трансформатора;
3) токи в обмотках при действительной нагрузке;
4) числа витков обмоток;
5) коэффициент трансформации.
Решение
1. Номинальные токи в обмотках:
2. Активная мощность, потребляемая лампами накаливания:
3. Коэффициент нагрузки трансформатора:
4. Токи в обмотках при действительной нагрузке:
5. В режиме холостого хода
Числа витков обмоток находим из формулы:
6. Коэффициент трансформации:
Ответ: I ном1 = 1,32 А, I ном2 = 20,8 А, Кн = 0,8, I 1= 1,06 А, I 2 = 16,6 А, W 1 = 340 витков, W 2 = 22витка, К=15,5.
Решение
1. Потребляемая двигателем мощность:
2. Номинальный момент, развиваемый двигателем:
3. Максимальный и пусковой моменты:
4. Номинальный и пусковой токи:
5. Номинальное скольжение:
6. Условное обозначение двигателя расшифровывается следующим образом: двигатель четвертой серии, асинхронный, корпус полностью чугунный; высота оси вращения 132 мм; размеры корпуса по длине М (промежуточная); сельскохозяйственного назначения; четырехполюсный; для умеренного климата и работы на открытом воздухе.
Ответ: Р1 = 12,6 кВт, Мном = 72,4 Нм, М n = 144,8 Нм, М max = ‘150,3 Нм, I n = 165, S ном= 0,033.
Таблица 2. Технические данные некоторых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором серии 4А.
Решение
1. Ток в обмотке возбуждения:
2. Ток в нагрузке:
3. Ток в обмотках якоря:
4. Э. д. с. генератора:
5. Полезная мощность:
6. Мощность приводного двигателя для вращения генератора:
7. Электрические потери в обмотках якоря:
8. Электрические потери в обмотке возбуждения:
9. Суммарные потери мощности в генераторе:
10. Электромагнитная мощность, развиваемая генератором:
Ответ: IВ = 4 А, Iа = 204 А, IН = 200 А, Е= 236 В. Р=44 кВт, Р1 = 52 кВт, Ра = 3,3 кВт, РВ = 0,88 кВт. Σ Р = 8 кВт, РЭМ = 48,3 кВт.
Пример 8. Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением присоединен к сети с напряжением U ном = 110 В и вращается со скоростью n = 1500 об/мин. Двигатель развивает полезный момент на валу М = 200 Н.М, к. п. д. двигателя hном = 0,84. Суммарные сопротивления обмоток якоря и возбуждения R а + пс = 0,02 Ом.
Определить: 1) полезную мощность Р2; 2) потребляемую мощность Р2; 3) потребляемый из сети ток I ном ;4) сопротивление пускового реостата, при котором ток ограничивается до 2,5 I ном ; 5) противо – э. д. с. Е в обмотке якоря.
Решение
1. Полезную мощность двигателя определяем из формулы полезного момента:
2. Мощность, потребляемая из сети:
3. Ток, потребляемый из сети:
4. Необходимое сопротивление пускового реостата:
5. Противо – э. д. с. в обмотке якоря Е
Ответ: Р2= 18,85 кВт, Р1 = 22,44 кВт, I ном = 204 А, Rρ = 0,196 Ом, Е = 105,9B.
Вопросы и задачи
1. Какова структурная схема электронного цифрового вольтметра?
2. Структурная схема электронного осциллографа, область применения.
З. Как получить изображение на экране электронно-лучевой трубки.
РАЗДЕЛ 2. ЭЛЕКТРОНИКА
Содержание учебного материала
Электропроводность полупроводников, образование и свойства р-п перехода, прямое и обратное включение р-п перехода, вольтамперная характеристика р-п перехода, виды пробоя.
Литература
Л-1, § 16.1-16.10; Л-2, § 7.1-7.4; Л-4, § 2.1-2.4.
Задачи и вопросы
1 Что называют собственной проводимостью полупроводников?
2. Что называют примесной проводимостью полупроводников?
З. Объясните свойства электронно-дырочного р-п перехода.
Содержание учебного материала
Выпрямительные диоды и стабилитроны: условные обозначения, устройство, принцип действия, вольтамперные характеристики, параметры, маркировка и применение.
Биполярные и полевые транзисторы: условные обозначения, устройство, принцип действия, схемы включения, характеристики, параметры, маркировка. Область применения. Работа транзистора в ключевом режиме. Особенности этого режима и применение в электрооборудовании автомобиля (система зажигания, реле-регуляторы, автоматика).
Тиристоры: устройство, принцип действия и область применения.
Фотодиод, устройство, принцип действия и область применения фотодиодов.
Лабораторные работы
Снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода
Снятие входных и выходных характеристик биполярного транзистора.
Литература
Л-1, § 16.6-16.10, § 19.1-19.6; Л-4, § 2.3-2.6, § 3.1-3.2, § 5.1-5.8.
Задачи и вопросы
1. Почему полупроводниковый диод используют как выпрямитель переменного тока?
2. Основные параметры полупроводникового диода.
З. Начертите структурную схему транзистора и объясните принцип его работы.
4. Работа транзистора в ключевом режиме, особенности этого режима.
Содержание учебного материала
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 названия, виды.
Стабилизаторы напряжения и тока, их назначение, простейшие принципиальные схемы, принцип действия, коэффициент стабилизации.
Лабораторные работы
Исследование однофазной однополупериодной схемы выпрямления.
Исследование трехфазной мостовой схемы выпрямления.
Практическое занятие
Расчет параметров и составление различных схем выпрямителей.
Литература
Л-1, § 18.1-18,6; Л-4, § 4.1-4.5.
Задачи и вопросы
1. Назначение выпрямителей переменного тока.
2. Начертить схему однофазного мостового выпрямителя и пояснить принцип его действия.
З. Принцип действия трехфазного мостового выпрямителя. Где применяется этот выпрямитель?
4. Назначение сглаживающих фильтров. Их типы.
5. Назначение стабилизаторов напряжения и тока.
Содержание учебного материала
Назначение и классификация электронных усилителей. Схемы и принцип действия полупроводникового усилительного каскада с биполярным транзистором по схеме ОЭ.
Динамические характеристики усилительного элемента. Определен не рабочей точки на линии нагрузки, построение графиков напряжения и токов цепи нагрузки. Многокаскадные транзисторные усилители и связь между каскадами.
Понятия об усилителях постоянного тока, импульсных и избирательных усилителях.
Практическое занятие
Определение рабочей точки на линии нагрузки и построение графиков напряжения и тока в цепи нагрузки усилительного каскада.
Литература
Л-1, § 19.1-19.6, Л-4, § 5.1-5.7.
Задачи и вопросы
1. Классификация электронных усилителей.
2. Принцип работы усилителя низкой частоты.
З. Отличие выходного каскада усиления от предварительного каскада усиления.
4 Импульсные усилители, область их применения.
Содержание учебного материала
Основные понятия об электронном генераторе, условия возникновения не затухающих колебаний и электрической цепи. Электронные генераторы синусоидальных колебаний типа RC и LC (электрическая схема, принцип работы). Мультивибраторы. Триггеры.
Общие сведения об электронных измерительных приборах. Электронно-лучевая трубка, ее устройство, принцип действия. Электронный осциллограф, его назначение, структурная схема, принцип действия.
Электронный вольтметр, его назначение, структурная схема. Принцип измерения напряжения.
Литература
Л-4, § 6,6-6.7.
Вопросы и задачи
1. Какова структурная схема электронного цифрового вольтметра?
2. Структурная схема электронного осциллографа, область применения.
3. Как получать изображение на экране электронно-лучевой трубки?
Содержание учебного материала
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.
Литература
Л-1, § 21.1-21.9; Л-4, § 7,1-7.5.
Вопросы и задачи
1. Дать определение полупроводниковой интегральной микросхемы..
2. Дать определение гибридной интегральной микросхемы.
3. Какой усилитель называется операционным усилителем (ОУ) и какие функции он может выполнять?
Содержание учебного материала
Общие сведения об электронных устройствах автоматики и вычислительной технике. Принцип действия, особенности и функциональные возможности электронных реле, основных логических элементов, регистров, дешифраторов, сумматоров.
Литература: Л-4, § 8.3-8.4.
Содержание учебного материала
Микропроцессоры и микро-ЭВМ, их место в структуре средств вычислительной техники. Применение микропроцессоров и микро-ЭВМ для комплексной автоматизации управления производством, в информационно измерительных системах, в технологическом оборудовании.
Архитектура и функции микропроцессоров.
Литература
Л-4, § 8.1-8.2, § 8.5-8.13.
Решение
1. Выписываем из 3 таблицы параметры диода Д243Б:
2. Определяем ток потребителя:
Таблица 3. Технические данные полупроводниковых диодов
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий полупериод:
4. Проверяем диод по параметрам I доп и U обр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям
В данном случае первое условие не выполняется, т.к. 200 < 314 U обр < U в. Второе условие выполняется, т.к. 0,5Id = 0,5 * 2,5 = 1,25A. 1,25A < 2A
5. Составляем схему выпрямителя чтобы выполнялось условие U обр < U в , необходимо два диода соединить последовательно, тогда U обр = 200•2 = 400 В. 400 > 314 В.
Полная схема выпрямителя представлена на рас. 8.
Пример 2. Составить схему однофазного мостового выпрямителя, использовав один из трех диодов Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Pd = 300 Вт, напряжение потребителя Ud = 200 В.
Решение
1. Выписываем из 3 таблицы параметры указанных диодов:
2. Определяем ток потребителя:
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий полупериод для мостовой схемы выпрямителя:
4. Выбираем диод из условий
Этим условиям удовлетворяет диод КД202Н: 
Диод Д222 подходит по напряжению (600 В > 314 В), но не подходит по току (0,4 А< 0,75 А).
Диод Д215Б подходит по току (2 А > 0,75 А), но не подходит по напряжению (200 В < 314 В).
5. Составляем схему мостового выпрямителя (рис.9). В этой схеме каждый из диодов имеет параметры диодов КД202Н: 
Пример 3. Для питания постоянным током потребителя мощностью Pd = 40 Вт при напряжении Ud = 80 В собрать схему трехфазного однотактного выпрямителя на диодах Д207.
Решение
1. Выписываем из табл. 3 параметры диода Д207:
2. Определяем ток потребителя:
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящую часть периода:
Проверяем диод по параметрам I доп и U обр. Для данной схемы диоды должны удовлетворять условиям:
В данном случае условие по допустимому току не выполняется, т.к. 0,1<0,5/3; 0,1< 0,16, чтобы выполнить это условие следует в каждую фазу включить 2 диода параллельно, тогда 2 • 0,1>0,16;
условие по обратному напряжению выполняется. Схема трехфазного выпрямителя на диодах Д207 представлена на рис. 10
Пример 4. Начертить схему трехфазного мостового выпрямителя для питания постоянным током потребителя мощностью Р d = 40 Вт при напряжении Ud = 14 В, выбран стандартные диоды из таблицы №3 Методуказаний. Пояснить принцип действия выпрямителя, используя временные графики напряжений.
Решение
1. Определяем ток потребителя:
2. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящую часть периода:
3. Для трехфазной мостовой схемы диоды должны удовлетворять по параметрам условию по допустимому прямому току I доп и обратному напряжению U обр .:
Из табл.3 выбираем диод Д224Б, удовлетворяющий этим условиям. Его параметры: I доп. = 2 А, U обр. = 50 В.
2 А > 0,97 А; 50 В > 15 В.
Схема трехфазного мостового выпрямителя приведена на рис.11.
В этой схеме три диода VD 2, VD 4, VD 6 объединены в катодную группу, а три диода VD 1, VD 3, VD 5 - в анодную группу. При работе схемы ток всегда проводят два диода: один в катодной группе, а другой в анодной. В любой момент времени в катодной группе открыт тот диод, потенциал анода которого выше потенциалов анодов других диодов в группе, а в анодной группе открыт диод, потенциал катода которого ниже потенциалов катодов других диодов группы.
На рис. 11-а построены кривые фазных напряжений. Как видно из этого рисунка, диоды схемы проводят ток в течении 1/З периода. Например: в моменты времени t=t1/t2 ток проходит по цепи ma – VD 2 - RH - VD З – mb. В результате потенциал общих катодов схемы (положительного полюса выпрямителя) изменяется по верхней огибающей кривых фазных напряжений, а потенциал общих анодов (отрицательного полюса выпрямителя) - по нижней огибающей.
На рис. 11-в построена кривая выпрямленного напряжения Ud. Кратность пульсаций выпрямленного напряжения по отношению к частоте сети равна шести.
Схема усилителя низкой частоты
Решение
1. По входной характеристике (рис.14) определяем при U бЭ = 0,3 В ток базы равен:
2. По выходным характеристикам (рас. 15 ) для UКЭ = 25 В и Iб =300 мкА определяем ток коллектора IК = 22 мА в рабочей точке А.
3. По выходным характеристикам строим отрезок АВ, из которого находим:
4. Определяем коэффициент усиления:
при
5. Определяем мощность на коллекторе:
6. Определяем сопротивление в цепи коллектора RK из уравнения для коллекторной цепи усилительного каскада:
Пример 6. Для транзистора, включенного по схеме эмиттером, используя входную и выходную характеристики определить напряжение на коллекторе UКЭ, ток коллектора IК в рабочей точке, коэффициент усиления h2/Э, мощность на коллекторе РК, если известно напряжение на базе U бЭ = 0,25 В, сопротивление нагрузки в цепи коллектора RK = 0,8 кОм, напряжение питания EK = 20В.
Входная и выходная характеристики приведены на рис. 16 и рис. 17.
Решение
1. Для коллекторной цепи усилительного каскада в соответствии со 2-м законом Кирхгофа можно написать уравнение:
На семействе выходных характеристик строим вольт –амперную характеристику резистора RK, удовлетворяющую уравнению:
так называемую линию нагрузки. Точки её пересечения с коллекторными выходными характеристиками дают графическое решение уравнения для данного резистора RK и различных значений тока базы Iб.
Уравнение удобно строить по двум точкам:
здесь RK = 0,8 кОм = 800 Ом.
2. Соединяем эти точки прямой и получаем линию нагрузки.
3. Находим на входной характеристике для U бЭ = 0,25 В ток базы Iб = 200 мкА.
4. Находим на выходных характеристиках точку А на пересечении линии нагрузки с характеристикой, соответствующей Iб = 200 мкА.
5. Определяем для точки А ток коллектора IК = 12,5 мА и напряжение U КЭ = 11 В.
Коэффициент усиления по току h2/Э и мощность на коллекторе РК определяются, как это показано в примере 5 в пунктах 3, 4, 5.
Ответ: U КЭ = 11 В, IК = 12,5 мА.
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ»
(КГБПОУ «Алтайский государственный колледж»)
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Методические указания и контрольные задания
для студентов – заочников средних профессиональных учебных заведений
по специальности 23.02.03«Техническое обслуживание и
Дата: 2018-12-21, просмотров: 989.
