ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания и контрольные задания

для студентов - заочников 

По специальности: 23.02.03

 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного  транспорта»

 

 

2015

 

 

    РАССМОТРЕНО   Цикловая комиссия   ОПД и ПМ (РА,ТМ,ТО,СВ)   Протокол № ______   от _______________ 2015   Председатель ЦК    ________________ О.В.Князева    УТВЕРЖДЕНО  Методическим советом  Протокол №_____от________2015г        

 

 

                                                    Методические указания составлены

                                                    согласно требованиям ФГОС

                                                    в соответствии с рабочей программой по

                                                        дисциплине «Электротехника и электроника»

 

Составитель: М.Г. Сиротова, преподаватель первой категории

 

              

 

               СОДЕРЖАНИЕ                                                     стр                        

 

 1Пояснительная записка                                                               3

2 Программа учебной  дисциплины                                                  5

3Методические указания к выполнению контрольной работы   12

4Задания для контрольной работы                                              37

5 Требования к выполнению контрольной работы                   45

6 Перечень лабораторных  и практических работ                          46

7 Вопросы для подготовки к промежуточной аттестации        47

8Контрольно-измерительные материалы для промежуточной  50

аттестации

9 Перечень рекомендуемых учебных изданий                          59

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Методические указания разработаны для реализации требований федеральных государственных образовательных стандартов по  специальности

23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» при заочной форме обучения по дисциплине «Электротехника и электроника», оказания помощи студентам-заочникам в организации их самостоятельной работы по изучению учебного материала.

 Методические указания разработаны на основе рабочей программы –календарно-тематического плана по дисциплине «Электротехника и электроника» для заочной формы обучения.

Учебная дисциплина «Электротехника и электроника» является общепрофессиональной, устанавливающей базовые знания для усвоения специальных дисциплин.

Требования к результатам освоения учебной дисциплины в соответствии с ФГОС

В результате освоения дисциплины обучающийся  должен:

 знать:

    - методы расчета и измерения основных параметров электрических,

 магнитных и электронных цепей;

    - компоненты автомобильных электронных устройств;

    - методы электрических измерений;

    - устройство и принцип действия электрических машин

уметь:

    - пользоваться измерительными приборами;

    - производить проверку электронных и электрических элементов

автомобиля;

     - производить подбор элементов электрических цепей и  электронных схем

 

Обучающийся должен освоить следующие профессиональные и общие компетенции в разрезе учебной дисциплины:

ПК 1.1. Организовывать и проводить работы по техническому обслуживанию и ремонту автотранспорта.

ПК 1.2. Осуществлять технический контроль при хранении, эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте автотранспортных средств.

ПК 1.3. Разрабатывать технологические процессы ремонта узлов и деталей.

ПК 2.3. Организовывать безопасное ведение работ при техническом обслуживании и ремонте автотранспорта.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ОК 10. Исполнять воинскую обязанность, в том числе с применением полученных профессиональных знаний (для юношей).

 

Этапы самостоятельной работы

Основной формой учебного процесса является индивидуальная самостоятельная работа, основным источником знаний - учебная литература.

Дисциплина "Электротехника и электроника" изучается в следующем порядке:

- Изучение программного материала по рекомендованной литературе,      конспектирование основных понятий.

- Составление ответов на вопросы для самоконтроля.

- Закрепление изученного материала через решение рекомендуемых задач в методических указаниях и по задачнику.

- Выполнение контрольной работы.

Не рекомендуется переходить к изучению последующего материала, не уяснив предыдущий.

 Изучаемый материал нужно конспектировать в специальной тетради (лучше в клеточку). При этом выписывают основные определения и формулы с пояснениями и обязательной простановкой размерности величин. В конспекте необходимо вычерчивать электрические схемы, поясняющие изучаемый материал. Решение задач целесообразно выполнять в этом же конспекте для того, чтобы все данные, необходимые для подготовки к выполнению лабораторных работ и к экзаменам, были сосредоточены в одном месте. При работе с учебником рекомендуется обратить внимание на примеры,  решение которых представлено в методических указаниях. Можно осуществить самоконтроль усвоения материала путем самостоятельного решения таких примеров с последующей проверкой по учебнику.

В период лабораторно-экзаменационной сессии студенты выполняют лабораторные работы в объеме, предусмотренном рабочей программой.

Формой промежуточной аттестации является экзамен.

Сдача экзамена разрешается тем студентам, у которых выполнены и зачтены все контрольные и лабораторные работы.

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

 

Введение

Содержание дисциплины, ее задачи. Роль и место дисциплины в развитии автомобилестроения,  современной техники и технологии; связь с другими дисциплинами, с теорией и практикой.

 Электрическая энергия, ее  особенности, способы получения и область применения. Электрические свойства тел.

Основные этапы и перспективы развития отечественной электроэнергетики, электротехники и электроники.

 

Раздел 1 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

 

Раздел 2 ЭЛЕКТРОНИКА

 

Тема 2.1 Физические основы электроники. Электронные приборы

Классификация и область применения электронных приборов.

Электропроводимость полупроводников. Собственная и примесная проводимость. Электронно-дырочный переход и его свойства. Прямое и обратное включение "p-n" перехода.

Полупроводниковые диоды: классификация, свойства, маркировка, область применения.

Транзисторы: классификация, принцип действия, назначение, область применения, маркировка.

Биполярные транзисторы. Физические процессы в биполярном транзисторе. Схемы включения биполярных транзисторов: общая база, общий эмиттер, общий коллектор. Вольтамперные характеристики, параметры схем. Статические параметры, динамический режим работы, температурные и частотные свойства биполярных транзисторов. Полевые транзисторы: принцип работы, характеристики, схемы включения.

Тиристоры: классификация, характеристика, область применения, маркировка.

Фотоэлектронные приборы: вакуумные, газонаполненные, полупроводниковые.

 

Вопросы для самоконтроля.     

1Объясните строение атомов германия и кремния?

2В чем состоит различие между электронной и дырочной проводимостью?

3Каково устройство германиевого вентиля?

4В чем заключается принцип работы транзистора?

5Перечислите схемы включения транзистора. В чем их особенности, преимущества и недостатки?

6Каково устройство тиристора? Где они нашли применение?

7В чем особенности работы фотоэлектронных приборов?

 

Тема 2. 2 Электронные устройства.

Электронные выпрямители, основные сведения, структурная схема. Однофазные и трехфазные выпрямители. Сглаживающие фильтры.

  Электронные усилители: назначение, типы, технические характеристики, принцип работы, обратная связь в усилителях.

Многокаскадные усилители, усилители постоянного тока, импульсные и избирательные усилители, операционные усилители.

Колебательный контур. Структурная схема электронного генератора. Генераторы синусоидальных колебаний: генераторы LC-типа, генераторы RC- типа. Импульсные генераторы, генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН - генератор). Мультивибраторы

Понятие о микропроцессорах и микро-ЭВМ. Устройство и работа микро-ЭВМ. Структурная схема, взаимодействие блоков.

Арифметическое и логическое обеспечение микропроцессоров и микро-ЭВМ.

Архитектура микропроцессора. Микропроцессоры с жесткой и гибкой логикой. Интерфейс микропроцессоров и микро-ЭВМ.

 Интегральные схемы микроэлектроники, логические элементы и их параметры, логические микросхемы. Триггеры.

Периферийные устройства микро - ЭВМ. Микропроцессоры и микроконтроллеры. Аналогово-цифровые преобразователи.

Вопросы для самоконтроля.

1Объясните работу однофазной однополупериодной и мостовой схемы выпрямления.

2Чему равно обратное напряжение в двухполупериодной, мостовой и трехфазной схемах выпрямления?

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Указания к решению задачи 1

Решение задачи 1 требует знания материала темы «Электрические цепи постоянного тока»: основных законов цепей постоянного тока (законов Ома, Кирхгофа, последовательного и параллельного соединения резисторов), производных формул этих законов и умения их применять для расчета электрических цепей со смешанным соединением резисторов.

Расчет электрических цепей со смешанным соединением резисторов выполняется путем постепенного упрощения схемы в следующей последовательности

1Определить узлы и ветви схемы; обозначить стрелками направление токов во всех ветвях

23аменить группу последовательно соединенных резисторов эквивалентным сопротивлением участка цепи

3Заменить группу параллельно соединенных резисторов также их эквивалентным сопротивлением

4Найти эквивалентное сопротивление всей цепи

5Определить силу тока в неразветвленной части цепи

6Посредством обратного преобразования найти разность потенциалов  (напряжение) на отдельных резисторах и силу тока во всех ветвях

7Проверить правильность выполненных расчетов. 

Методику и последовательность действий при решении задач со смешанным соединением резисторов рассмотрим в общем виде на конкретном примере.

Условие задачи. Цепь постоянного тока со смешанным соединением состоит из четырех резисторов. Заданы схема цепи (рисунок 1), значения сопротивлений резисторов: R1 = 30 Ом, R2 = 20 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 5 Ом, мощность цепи Р = 320 Вт.

Определить: эквивалентное сопротивление цепи Rэк; 2) токи, проходящие через каждый резистор I1 – I4 . Решение задачи проверить, применив законы Кирхгофа. Составить баланс мощностей.

 

 

Рисунок 1

  Выписываем условие задачи (содержание условий задач выписывать применительно к своему варианту) и продумываем план (порядок) решения.    

 В нашем случае принимаем такой порядок решения:

1. Определяем, что в данной схеме  (рисунок 1) два узла (а, б) и три ветви, в каждой из которых протекает свой ток: I1, I2, I = I3 = I4

2. Находим эквивалентное сопротивление цепи, заменяя группу параллельно соединенных резисторов R1 и R2 их эквивалентным сопротивлением R1,2

R1,2 = R1R2 / (R1+R2)                        

 

Схема примет вид (рисунок 2):

                     R1,2     R3             R4                            

 


   

                                    

                        

                              + - Рисунок 2

 

где R1,2; R3; R4  соединены последовательно и их общее (эквивалентное) сопротивление определяется по формуле:  

Rэк = R1,2 + R3 + R4               

3. Из формулы мощности находим общий ток в неразветвленной части цепи ( I ) и токи во всех ветвях ( I1, I2, I3, I4 ):                                       

P=I2Rэк   →    I= ;

 I3 = I4 = I, так как при последовательном соединении на всех участках цепи один и тот же ток.

 Токи  I1, I2 - определяются по  закону Ома для участка цепи

I1 = U1,2 / R1; I2 = U1,2 / R2

где U1,2 = I R1,2 - падение напряжения на параллельном участке цепи:

U1,2 = Uаб =U1 = U2

4. Выполняем решение, не забывая нумеровать и кратко описывать действия. Отсутствие письменных пояснений действий приводит к неполному пониманию решения задач, быстро забываются.

5. Выполняем проверку решения следующими способами: а) логичность получения такого результата;  б) проверка результатов с применением первого и второго закона Кирхгофа, подсчетом баланса мощности; в) сравнивание результатов решением задачи другими способами

Объясним некоторые способы проверки результатов решения.

Применение первого закона Кирхгофа.

Формулировка закона: алгебраическая сумма токов в любой узловой точке электрической цепи равна нулю.

Математическая запись для узла б схемы цепи рисунок 1:

I1+I2 = I  или  I1+I2 - I = 0.

Применение второго закона Кирхгофа.

Формулировка закона: во всяком замкнутом контуре электрической цепи  алгебраическая сумма ЭДС ( ∑Е )  равна алгебраической сумме падений напряжений ( ∑ IR )  на отдельных сопротивлениях этого контура.

В замкнутом контуре (рисунок 1) приложенное напряжение U аналогично ЭДС при внутреннем сопротивлении источника тока, равном нулю.                 Падения напряжения на сопротивлениях контура равны:

U1,2 = I R1,2; U3=I R3 и U4 = I R4.

 Обходя контур по направлению тока ( в данном случае по часовой стрелке), составим уравнение по второму закону Кирхгофа:

U = U1,2+U3+U4.

Подсчет баланса мощности.

Общая мощность цепи равна сумме мощностей на отдельных резисторах.

Для схемы цепи (рисунок 1)   Р=Р1234;    так как Р = U I = I2 R,   то

Р = I12 ∙ R1+ I22R2+ I32R3+ I42R4

                       

Для закрепления материала рекомендуется рассмотреть решение примеров 1 - 3.

Пример 1. На рисунке 3 изображена электрическая цепь со смешанным соединением резисторов. Известны значения сопротивлений резисторов R1 = 3 Ом, R2 = 10 Ом, R3 = 15 Ом, R4 = 1 Ом, напряжение U= 110 B и время работы цепи t = 10 ч. Определить токи, проходящие через каждый резистор, I1, I2, I3, I4, общую мощность цепи Р и расход энергии W.

Дано : R1 = 3 Ом, R2 = 10 Ом, R3 = 15 Ом, R4 = 1 Ом, U= 110 B, t = 10 ч. Определить : I1, I2, I3, I4


Решение

1. В схеме два узла и три ветви. Обозначим стрелками токи, проходящие через каждый резистор, с учетом их направления (рисунок 3).

2. Определим общее эквивалентное сопротивление цепи, метод подсчета которого для цепи со смешанным соединением резисторов сводится к последовательному упрощению схемы.

Сопротивления R2 и R3 соединены параллельно. Найдем общее сопротивление при таком соединении:

1/R2,3 =1/R2+1/R3,

 или, приводя к общему знаменателю, получим

R2,3 = R2R3 / (R2+R3) = 10 ∙15 / (10+15) = 150 / 25 = 6 Ом.

 Схема примет вид: (рисунок 4), где резисторы R2,3, R1, R4 соединены последовательно, их общее (эквивалентное) сопротивление равно:

Rэк = R1+R2,3+R4 = 3+6+1 = 10 Ом.

 

 

 

    Рисунок 3                                                           Рисунок 4                                

 

3. По закону Ома для внешнего участка цепи определим общий ток

 I = U / Rэк=110 / 10 =11А.

4.Найдем токи, проходящие через все резисторы. Через резистор R1 проходит ток I1 = I. Через резистор R4 проходит ток I4 = I.

Для определения токов, проходящих через резисторы R2 и R3, нужно найти напряжение на параллельном участке U2,3. Это напряжение можно определить двумя способами:

U2,3 = I R2,3 = 11 ∙ 6 = 66 В

или U2,3 = U - I R1 - I R4 = U - I(R1+R4) = 110 - 11(3+1) = 66 В.

По закону Ома для параллельного участка цепи найдем

I2 = U2,3 / R2 = 66/10 = 6,6 A;  I3 = U2,3 / R3 = 66/15 = 4,4 A или,

5. Найдем общую мощность цепи:

Р = UI = 110 ∙ 11 = 1210 Вт = 1,21 кВт

6. Определим расход энергии:

W = Р t = 1,21 ∙ 10 = 12,1 кВт ∙ ч

7. Выполним проверку решения задачи описанными ранее способами:

а) проверим баланс мощности

P = P1 +P2+ P3 + P4 = I12 R1 + I22 R2+I32 R3+I42 R4 = 112∙3 + 6,6 2 ∙ 10+ 4,42∙15 + 112 ∙ 1 = 363 + 435,6 + 290,4 + 121 = 1210 Вт = 1,21кВт;

1210 Вт = 1210 Вт;

б) для узловой точки А схемы рисунка 2 применим первый закон Кирхгофа:

I = I2 + I3 = 6,6 + 4,4 A = 11А;

11A = 11A;

в) составим уравнение по второму закону Кирхгофа, обходя контур цепи по часовой стрелке,

U = U1 + U2,3 + U4 = IR1 + IR2,3 + IR4

110 = 11 ∙ 3 + 11 ∙6 + 11 ∙ 1

110 В = 110 В

Все способы проверки подтверждают правильность решения задачи. В вашем варианте достаточно использовать только тот способ, который предусмотрен условием.

 

Пример 2. Электрическая цепь, состоящая из нескольких резисторов, имеет эквивалентное сопротивление Rэк1 = 10 Ом. Каким способом, и какой, по величине сопротивления, резистор Rx следует подключить к цепи, чтобы увеличить эквивалентное сопротивление этой цепи до величины Rэк2 = 25 Ом?

Дано: Rэк1 = 10 Ом, Rэк2 = 25 Ом.

Определить значение и способ подключения Rx.

Решение:

При последовательном соединении резисторов эквивалентное сопротивление цепи равно сумме их сопротивлений. Так как эквивалентное сопротивление цепи Rэк2 по сравнению с прежним значением Rэк1 увеличивается, то резистор Rx надо включить в цепь последовательно:

Rэк2 = Rэк1 + Rx → Rx = Rэк2 - Rэк1= 25 - 10 = 15 Ом.

Ответ: Rx = 15 Ом (Рисунок 5)

 

Пример 3.  Электрическая цепь, состоящая из нескольких резисторов, имеет эквивалентное сопротивление Rэк1 = 10 Ом. Каким способом, и какой, по величине сопротивления, резистор Rx следует подключить, чтобы уменьшить эквивалентное сопротивление цепи до Rэк2 = 6 Ом?

Дано: Rэк1 = 10 Ом, Rэк2 = 6 Ом.

Определить значение и способ подключения Rx.

Решение:

При параллельном соединении резисторов обратное значение эквивалентного сопротивления цепи равно сумме обратных значений сопротивлений отдельных резисторов

1/ Rэк = 1/R1 + 1/R2 + …+1/Rn

и будет меньше наименьшего сопротивления резисторов. Например, параллельно соединены резисторы сопротивлениями 100, 50, 10; 0,5 Ом. Эквивалентное сопротивление такого соединения меньше 0,5 Ом.

По условию задачи, эквивалентное сопротивление Rэк2 меньше первоначального значения Rэк1, поэтому резистор Rx подключается к цепи параллельно, а значение его сопротивления определяют следующим образом:

1/Rэк1 + 1/Rx → 1/Rx = 1/Rэк2 - 1/ Rэк1 = 1/6 - 1/10 = 1/15.

Ответ: Rx = 15 Ом (рисунок 6)

 

Применяя описанную методику, рекомендуется решить задачи 1 - 3, к которым даны ответы для контроля правильности решения.

 

 

          Рисунок 5                                                   Рисунок 6

 

 

            Рисунок 7                                                 Рисунок 8

 

           Рисунок 9                                                Рисунок 10

 

 

                                                                                                            

Рисунок 11

 

Задача1.Определить эквивалентное сопротивление схем электрических цепей, приведенных на рисунке 7 - 11.

Ответ: Rэк = 10 Ом (рисунок 7), Rэк = 3 Ом (рисунок 8),

          Rэк = 10 Ом (рисунок 9).

 

Задача 2 Определить эквивалентное сопротивление цепи (рисунок 10), токи, проходящие через каждое сопротивление, стоимость электрической энергии за время t = 10ч, если 1 кВт∙ч стоит по действующему тарифу.

Ответ: Rэк =10 Ом, I = I1 = I5 = 10 A, I2= 6 A, I3,4 = 4 A,   стоимость электрической энергии по действующему тарифу.

 

Задача 3 Для схемы, изображенной на рисунке 11, определить эквивалентное сопротивление, напряжения на каждом сопротивлении.

Ответ: Rэк = 5 Ом, U3 = 72 B, U1 = 48 B, U2 = 24 B,

         U45 = U4 + U =48B.

 

Указания к решению задачи 2

Для решения задачи 2   нужно знать программный материал темы "Трехфазные цепи переменного тока", отчетливо представлять  соотношения между фазными и линейными значениями токов и напряжений при соединении потребителей электрической энергии звездой и треугольником.

Для ознакомления с общей методикой решения задач данной темы приведены формулы, показано их практическое применение.

Соединение потребителей звездой. На рисунке 12 (а – в) показано разное выполнение схем такого соединения с нейтральным проводом и без него.

     
 

     
 


 

а)                                   б)                                            в) 

                                               Рисунок 12

 

Принятые обозначения на схемах:

линейное напряжение U л = UAB = UBC = UCA;

фазные напряжения U ф, UA, UВ, UС;

линейные токи (они же фазные токи) I л , I ф, IA, IB, IC,

ток в нейтральном (нулевом) проводе, равен геометрической сумме фазных токов

I О = I А + I В + I С

 При равномерной нагрузке фаз ток I 0 = 0 и надобность в нем отпадает

 

Соединение потребителей треугольником. На рисунке 13 (а, б) показано разное выполнение схем такого соединения.

Принятые обозначения на схемах:

линейные (они же фазные) напряжения: U л = U ф = UAB = UBC = UCA,

фазные токи:       I ф, IAB, IBC, ICA,  

линейные токи: I л; IA; IB; IC.

 

 

 

                  а)                                                б)

 

                                               Рисунок 13

 

 

 

                                              Рисунок 14

 

Подсчет активной мощности для любого соединения в трехфазных цепях выполняется по формулам:

фазные мощности:           РфА = UфА IфА cos φфА

                                     РфВ = UфВ IфВ cos φфВ

                                     РфС = UфС IфС cosфС

 

общая мощность:           Р = РфА+ РфВ + РфС

                                

При равномерной  нагрузке фаз общая мощность трехфазной цепи:

Р = Uл Iл cos φф.

 

или                                      Р = 3 Рф

 

Для подсчета параметров ламп накаливания (Рламп) и электронагревательных элементов ТЭНов (Рнагр) нужно применять формулы:

Рламп = UлампIламп cos φламп,

Pнагр = Uнагр Iнагр ∙ cos φнагр;

 учитывая, что cos φламп= cos φнагр = 1, так как эта нагрузка активная.

 

Применение формул рассмотрим в решенных примерах.

Пример 4. Три активных сопротивления Rф1 = 22 Ом, Rф2= 27,5 Ом, Rф3 = 11 Ом соединены треугольником и присоединены к трехпроводной трехфазной линии с линейным напряжением Uл = 220 В (рисунок 14). Определить фазные (IAB, IBC,ICA) и линейные (IA,IB,IC) токи, фазные мощности (Рф1ф2, Рф3) и общую (Р) мощность трехфазной цепи.

Дано: Uл = 220 В; Rф1 = 22 Ом, Rф2= 27,5 Ом, Rф3 = 11 Ом

Определить: IAB, IBC, ICA, IA, IB, IC, Рф1, Рф2, Рф3, Р                                         


Решение

Найдем значение фазных токов по закону Ома:

Iф1 = Uф1/ Zф1;   Iф2 = Uф2/ Zф2;   Iф3 = Uф3/ Zф3.

Так как в каждой фазе приемника энергии только по одному активному сопротивлению, то полные сопротивления фаз будут равны:

Zф1 = Rф1;  Zф2 = Rф2;  Zф3 = Rф3.

Зная, что при соединении треугольником линейное напряжение равно фазному:                        Uл = Uф1 = Uф2 = Uф3 = 220В

 окончательно получим:

Iф1 = Uф / Rф1 = 220/22 = 10 А;

 Iф2 = Uф / Rф2 = 220/27,5 = 8 А;

Iф3 = Uф / Rф3 = 220/11 = 20 А.

В этом случае линейные токи IA, IB, IC нужно определить по векторной диаграмме, которую необходимо строить в масштабе по данным задачи и вычисленным значениям фазных токов. Подробное построение векторной диаграммы описано далее.

Обратите особое внимание на порядок построения и точность вычерчивания диаграммы, так как от этого зависит, насколько правильно будут определены величины линейных токов.

1. Выписываем значения токов и напряжения:

напряжения: Uл = UAB = UBC = UCA = 220 B;

фазные токи:  Iф1= IAB=10 A;   Iф2 = IBC = 8 A;   Iф3 = ICA = 20 A.

2. Задаемся масштабом: по току m1 = 8 A/см по напряжению mU = 66 В/см.

3. Определяем длину векторов напряжений и токов

L AB = L BC = L CA = Uл / mU = 220 B / 66 B/см = 3,33 см;

LIAB = IAB / m1 = 10 A / 8 A/см = 1,25 см;

LIBC = 1 см и  LICA = 2,5 см.

 

Рисунок 15

 

4. Откладываем векторы фазных (линейных) напряжений найденной длины под углом 120 ° относительно друг друга (рисунок 15).

5. В фазах с AB, BC, CA откладываем векторы фазных токов IAB, IBC, ICA, вдоль векторов напряжений, так как по условию задачи нагрузка всех приемников энергии активная, т.е. углы сдвига фаз равны нулю

(φ = φф1 = φф2 = φф3 = 0).

6. Векторы линейных токов A, B, C определяем из соответствующей геометрической разности фазных токов (Рисунок 16):

A = AB - CA;            B = BC - AB;              C = CA - BC

 

 

 

Рисунок 16

 

Вычитание векторов можно свести к геометрическому сложению. Для этого к векторам АВ, ВС, СА следует прибавить векторы СА, АВ, ВС, предварительно  повернув их на 180 °; получим на векторной диаграмме векторы - СА, - АВ, - ВС.

 Сложение векторов, например, АВ и - СА и т.д. следует выполнять по правилу многоугольника, когда к концу одного вектора пристраивают начало другого, а замыкающий вектор является результирующим, т.е. в данном случае линейный ток

А = АВ -  СА = АВ + (- СА).

 Аналогично, для токов В, С.

Измерив линейкой длину векторов линейных токов и зная масштаб для тока mI, определяем их числовые значения. Например, LIA = 3,4 см. Тогда IA =LIAmI = 3,4 см ·8 А/см = 27,2 А. Аналогично IB= 16 A и IC = 24 A.

Зная вычисленные значения фазных токов Iф1, Iф2, Iф3 и сопротивления приемников энергии Rф1, Rф2, Rф3, можно определить фазные Рф1, Рф2, Рф3 и общую Р мощности трехфазного потребителя энергии.

а) Фазные мощности Так как нагрузка активная, то и мощности приемников энергии активные. Активная мощность первой фазы

Рф1 = Uф1Iф1cos φф1.

Учитывая, что при активной нагрузке φф = 0, а cos φф = 1, получим

Рф1 = UфIф1, но Uф1 = Iф1Rф1,

 тогда                             Рф1 = I2ф1Rф1.

Для второй и третьей фаз:   Рф2 = I2ф2Rф2; Рф3 = I2ф3Rф3.

Подставляя значения токов и сопротивлений получим:

Рф1 = РАВ = I2ф1Rф1 = 102·22 = 100·22 = 2200 Вт = 2,2 кВт;

Рф2 = РВС = I2ф2Rф2 = 82·27,5 =64·27,5= 1760 Вт = 1,76 кВт;

Рф3 = РСА = I2ф3Rф3 = 202·11 = 400·11 = 4400 Вт = 4,4 кВт.

б) Активная мощность трехфазной цепи.

Для ее подсчета нельзя применить формулу

                                  Р = Uл Iл cosφф

так как в данном примере нагрузка  приемников энергии неравномерная.

   Поэтому активную мощность  трехфазной цепи можно определить как сумму фазных мощностей всех трех приемников энергии:

Р = Рф1+ Рф2 + Рф3 = 2,2 + 1,76 + 4,4 = 8,36 кВт.

Пример 5. Три одинаковых потребителя, имеющих активные сопротивления Rф1 = Rф2 = Rф3 = 10 Ом, соединены треугольником (рисунок 14) и подключены к трехфазной электрической цепи с линейным напряжением Uл = 220 В. Определить: фазные IAB, IBC, ICA и линейные IA, IB, IC токи, фазные мощности РАВ, РВС, РСА и общую активную мощность трехфазной цепи Р.

Дано: Rф1 = Rф2 = Rф3 = 10 Ом, Uл = 220 В.

Определить: IAB, IBC, ICA, IA, IB, IC, РАВ, РВС, РСА

Решение

1. Фазные токи IAB, IBC, ICA определим по закону Ома для фазы

Iф = Uф / Zф.

 По условию задачи все фазы нагружены одинаково сопротивлениями R = 10 Ом. При соединении треугольником линейные напряжения равны фазным, значит, в данном случае Uф = 220 В. Тогда

Iф = IAB = IBC =  ICA = Uф / R = 220/10 = 22 A

2. Линейные токи найдены по формуле, определяющей соотношение между линейными и фазными токами при одинаковой нагрузке фаз, что соответствует условиям задачи:

IA = IB = IC=  Iф = 1,73 · 22 = 38 А.

3. Фазные мощности определим по формуле

Рф = РАВ = РВС = РСА = I2 Rф = 222 · 10 = 4840 Вт.

Тогда мощность трехфазной цепи

Р = 3Рф= 3 · 4840 = 14520 Вт = 14,5 кВт.

Так как нагрузка фаз одинаковая, мощность цепи также можно найти по формуле

Р = UлIлcosφф = 1,73 · 220 · 38 · 1 = 14480 Вт = 14,5 кВт.

Пример 6. Три активных сопротивления Rф1 = 10 Ом, Rф2 = 20 Ом, Rф3 = 5 Ом соединены звездой с нейтральным проводом и присоединены к четырехпроводной трехфазной линии с линейным напряжением Uл = 220В (рисунок 17). Определить: 1) фазные токи Iф1, Iф2, Iф3; 2) ток в нулевом (нейтральном) проводе I0;  3) фазные мощности Рф1, Рф2, Рф3; 4) общую активную мощность трехфазной цепи Р.

Дано: Uл = 220 В, Rф1 = 10 Ом, Rф2 = 20 Ом, Rф3 = 5 Ом.

Определить: Iф1, Iф2, Iф3, Рф1, Рф2, Рф3, Р.

Решение

При наличии нейтрального провода при любой нагрузке (равномерной  или  неравномерной) справедливо соотношение между фазным Uф и линейным Uл напряжением

                                    Uф = Uл / ,

Uф = 220/ 1,73 = 127 В.

Помня, что нейтральный провод при любых нагрузках обеспечивает равенство фазных напряжений приемников энергии, получим

Uф = UA= UB= UC= 127 B.

1. Определяем значение фазных (они же линейные) токов по закону Ома:

            Iф1 = IA = Uф / Rф1 = 127/10 = 12,7 А;

            Iф2 = IB = Uф / Rф2 = 127/20 = 6,35 А;

         Iф3 = IC =Uф / Rф3 = 127/5 = 25,4 А.

2. Нагрузка чисто активная, поэтому мощности фаз определяем по тем же формулам, которые применялись в примере 4.

Рф1 = РА = I2ф1Rф1 = 12,72 · 10 = 161,29 · 10 = 1612,9 Вт = 1,613 кВт;

Рф2 = РВ = I2ф2Rф2 = 6,352 · 20 = 806,45 Вт = 0,806 кВт;

Рф3 = РС = I2ф3Rф3 = 25,42 · 5 = 645,16 · 5 = 322,8 Вт = 3,228 кВт.

Активную мощность трехфазной цепи Р определим как сумму мощностей трех фаз:

Р = РАВС = 1,613 + 0,806+3,226=5,645 кВт.

 Для определения тока в нейтральном проводе при соединении приемников энергии звездой нужно построить векторную диаграмму, придерживаясь такой последовательности как в примере 4:

 

 

 

 

Рисунок 17

 

1 Выписываем значения вычисленных напряжений и токов: фазные напряжения          Uф = UA = UB = UC = 127 B,

фазные (линейные) токи IA = 12,7 A;   IB = 6,35 A;  IC = 25,4 A.

2 Задаемся масштабом: по напряжению mU = 30 B/см, по току mi = 7 А/см.

3 Определяем длину векторов напряжения и токов:

 

L A=L B=L C=Uф / mU = 127 B/30 B/см = 4,23 см;

LIA = IA / m1 = 12,7 А / 7 А/см = 1,81 см;

LIB = IB / m1= 6,35 A / 7 A/см = 0,9 см;

LIC = IC / m1 = 25,4 А / 7 А/см = 3,62 см.

4 Откладываем векторы фазных напряжений А, В, С найденной длины под углом 120 ° относительно друг друга.

5 Вдоль  векторов фазных напряжений А, В, С откладываем векторы фазных токов А, В, С, так как нагрузка всех фаз активная

(φ = φА = φВ = φС = 0).

 

 

Рисунок 18

6 Геометрическое сложение фазных токов А, В, С производим используя формулу 0 = А + В+ с по правилу многоугольника, которое рассмотрено выше (пример 4), и получим вектор тока в нейтральном проводе (рисунок 18, а).

 На построенной в масштабе векторной диаграмме линейкой измеряем длину вектора тока в нейтральном проводе L 0  и, зная масштаб по току mI, определяем числовое значение  I0 :   L 0 = 2,3 см; I0 = L 0 m1 = 2,3 см · 7 А/см = 16,1 А.

Пример 7. Осветительные лампы трех этажей ткацкой фабрики соединены звездой и присоединены к трехфазной четырехпроводной линии с линейным напряжением Uл = 380 В (рисунок 19).

Число ламп на каждом этаже одинаковое n1 = n2 = n3 =50. Мощность каждой лампы Рламп = 100 Вт. Определить: 1) фазные токи IA, IB, IC при одновременном включении всех ламп на каждом этаже; 2) фазные активные мощности РА, РВ, РС и мощность Р всей трехфазной цепи; 3) ответить на вопрос: Чему будет равен ток в нейтральном проводе?

Дано: Uл = 380 В, n1 = n2 = n3 =50 ламп, Рламп = 100 Вт.

Определить: IA, IB, IC, I0, РА, РВ, Рс, Р.

Решение

1. Определяем фазные мощности, исходя из того, что в каждой фазе включено по 50 ламп, мощностью Рламп = 100 Вт каждая:

РА = РВ = РС = n1Pламп = 50 · 100 = 5000 Вт = 5 кВт.

Тогда мощность трехфазной цепи

Р = РА + РВ + РС = 3 · 5 = 15 кВт.

 

 

 

Рисунок 19

 

2. Фазные (они же линейные) токи найдем из формулы фазной мощности

РА = UфIАcosφA,

предварительно определив

Uф = Uл / = 380 /1,73 = 220 В,

 

 cosφA = cosφB = cosφC = 1 - т.к. нагрузка активная.

 

Тогда Iф = IA = IB = IC = Рф / (Uф cosφф) = 5000 / (220 · 1) = 22,7 А.

3. Для подсчета тока в нулевом проводе построим без масштаба векторную диаграмму (рисунок 18, б). Векторы фазных токов будут иметь одинаковую длину, так как значения токов одинаковые. Направление их векторов - вдоль соответствующих векторов фазных напряжений. Из диаграммы видно, что ток в нейтральном проводе I0 равен нулю.

 

Рекомендуется решить задачи 4, 5 проверив правильность действий по ответам.

   Задача 4.  Для схемы (рисунок 14) известны: Rф1 = 110 Ом, Rф2 = 55 Ом, Rф3 = 44 Ом. Линейное напряжение Uл = 220 В.

Определить: фазные значения токов Iф1, Iф2, Iф3, мощности фаз Рф1, Рф2, Рф3; общую активную мощность трехфазной цепи Р.

Ответ: 2 А; 4А; 5А; 440 Вт; 880 Вт; 1100 Вт; 2420 Вт.

  Задача 5.  Для схемы (рисунок 17) известны Rф1 = 110 Ом, Rф2 = 55 Ом, Rф3 = 44 Ом. Линейное напряжение Uл = 380 В.

Определить: фазные токи IA, IB, IC, мощности фаз РА, РВ, РС; общую активную мощность трехфазной цепи Р.

Ответ: 2 А; 4 А; 5 А; 440 Вт, 880 Вт; 1100 Вт; 2420 Вт.

 

Указания к решению задачи 3

Для решения задачи 3 необходимо знать материал темы "Электрические машины переменного тока": устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя, а также зависимость между электрическими величинами, характеризующими его работу.

Рассмотрим вопрос, знание которого необходимо для решения задачи: зависимость между частотой вращения магнитного поля статора (синхронная частота вращения) n 1 и частотой вращения ротора двигателя n 2.

Частота вращения магнитного поля статора n 1 зависит от числа пар полюсов двигателя p, на которые сконструирована обмотка статора, и от частоты тока трехфазной системы f:

n1 = 60f / p.

 Частота тока в цепи (промышленная частота) f = 50 Гц. Тогда формула примет вид

n1= 60 · 50 / p (об/мин).

Из формулы следует, что при любой механической нагрузке, которую может преодолеть двигатель, синхронная частота n1 остается неизменной, так как  зависит только от конструкции обмотки статора, т.е. от числа пар полюсов.

Частота вращения n2 связана с частотой вращения n1 характеристикой двигателя. Поэтому частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора двигателя. С ростом нагрузки двигателя частота вращения n2 немного уменьшается, что приводит к росту скольжения s. Из-за такого неравенства n 2 < n 1 двигатель называется асинхронным. Для нужд производства электродвигатели выпускаются с разной конструкцией обмоток статора, что создает разное число пар полюсов p и, следовательно, разные значения частоты вращения n1. Следует иметь в виду, что при изменении числа пар полюсов p частота вращения n1 изменяется скачкообразно.

Таблица 1

p 1 2 3 4 5 6
n 1, об/мин 3000 1500 1000 750 600 500

 

В таблице 1 приведены значения n1, соответствующие числам пар полюсов p, определяемым конструкцией обмотки статора.

Следует иметь в виду, что синхронную частоту вращения двигателя можно определить и без вычисления, а зная только частоту вращения ротора n2, которая по величине близка к ней.

Если, например, n2= 2930 об/мин, то ближайшая из указанного ряда синхронных частот вращения может быть только n1 = 3000 об/мин или для n2 = 490 об/мин синхронная частота вращения двигателя будет n1= 500 об/мин и т.д. Поэтому в паспорте двигателя указывают только значение номинальной частоты вращения ротора n2ном.

По числу полюсов двигателя можно определить синхронную частоту вращения n1. Если, например число полюсов шесть, то число пар полюсов в два раза меньше, т.е. p = 3. По формуле для n1 найдем ее величину

n1 = 3000 / p,

 т.к.  p = 3,  то    n1 = 3000 / 3 = 1000 об/мин.

 

Разберем несколько формул, которые нужно применять при решении задач.

1. Момент вращения М, измеряемый в Н·м, определяется по формуле

М = 9550Р2 / n2

где Р2 - полезная мощность по валу двигателя ( кВт);

  n2- частота вращения ротора (об/мин).

При номинальном режиме основные параметры обозначаются:

Мном,    Рном = Р2ном,     nном = n2ном.

2. Полезная мощность на валу двигателя

                                        Р2 = Uл Iл η cosφ

 

где  Uл (В) и  Iл (А)  –  линейные значения напряжения и тока;

  η - КПД двигателя в относительных единицах;

  cosφ - коэффициент мощности двигателя.

Из этой формулы

Iл  = Р2 / ( Uл η cosφ.

3. КПД двигателя 

 

η = Р2 / Р1 → Р1 = Р2 / η,

 

где  Р1(Вт) –  активная мощность, потребляемая двигателем из сети, которую можно также определить по формуле

Р1 = Uл Iл  cos φ.

 Перед решением задачи следует ознакомиться с решением типовых примеров.

Пример 8. Асинхронный двигатель имеет следующие технические данные для работы в номинальном режиме:

Рном, кВт …………………………………………………………. 3

Uл, В……………………………………………………………….380

nном, об/мин………………………………………………………. 2880

ηном ……………………………………………………………….. 0,85

cosφном……………………………………………………………. 0,88

Число полюсов 2p………………………………………………..2

Определить: 1) номинальное скольжение Sном; 2) мощность Р1ном, потребляемую двигателем из сети; 3) номинальный ток I1ном; 4) номинальный момент вращения Мном.

Дано: Рном= Р2ном=3кВт; Uл = 380 В;  nном = n2ном = 2880 об/мин,  cosφном = 0,88;  ηном = 0,85.

Определить: Sном; Р1ном; I1ном; Мном

Решение

1. Чтобы найти скольжение Sном нужно знать n1 и n2ном. Поэтому предварительно определим синхронную частоту вращения n1 при n2ном = 2880 об/мин. Ближайшая синхронная частота вращения n1 = 3000 об/мин. Такой же результат получим, если воспользуемся формулой для n1. Число полюсов 2. Следовательно, число пар полюсов р = 1. Тогда

n1 = 3000 / р = 3000/1 = 3000 об/мин.

2. Вычислим значение номинального скольжения

Sном = (n1 –  n2ном) / n1 = (3000 -2880) / 3000 = 120/3000 = 0,04,

или Sном = 4%.

3. Зная мощность на валу Р2ном  и КПД двигателя ηном,  найдем мощность Р1ном, которую потребляет двигатель из сети при номинальной нагрузке:

ηном = Р2ном / Р1ном,

 откуда:   Р1ном = Р2ном / ηном= 3 / 0,85 = 3,35 кВт.

4.Номинальный ток I1ном, потребляемый двигателем из сети, определим, используя формулу для тока

Iл =I1ном = Р2ном / Uл ηном cosφном = ­­3000 / (1,73∙380∙0,85∙0,88) = 6,1 А.

5.Номинальный момент  Мном, который развивает двигатель при своей работе:

Мном = 9550 Р2ном / n2ном = 9550∙3 / 2880 = 9,94 Н∙м.

Пример 9. Асинхронный двигатель, работая в номинальном режиме, имеет номинальную частоту вращения ротора n2ном = 490 об/мин. Частота тока питающей сети f = 50 Гц.

Определить: 1) синхронную частоту вращения; 2) скольжение.

Дано: n2ном = 490 об/мин, f = 50 Гц.

Определить: n1, Sном.

Решение

Так как известно, что частота вращения n2ном = 490 об/мин, то ближайшая синхронность частота вращения будет n1 = 500 об/мин.

Найдем номинальное значение скольжения: Sном = (n1 - n2ном) / n1 = (500-490) / 500 = 0,02,   или Sном = 2%.

Задача 6. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором подключен к сети с напряжением Uл = 380 В и имеет следующие номинальные данные: полезная мощность Р2ном = 4,5 кВт, частота вращения ротора n2ном = 1440 об/мин,  КПД ηном= 85,5%, коэффициент мощности cosφном=0,85.

Определить: 1) частоту вращения магнитного поля статора (синхронную частоту вращения) n1; 2) скольжение Sном при номинальном режиме; 3) мощность Р1ном потребляемую двигателем из сети; 4) номинальный момент вращения Мном; 5) номинальный ток двигателя I1ном; 6) суммарные потери мощности в двигателе ΣР.

Ответ: n1 = 1500 об/мин; Sном = 4%; Р1ном = 5,26 кВт,    Мном = 29,84 Н∙м;   Iном = 9,4 А;       Σ Р = 9,76 кВт.

 

Указания к решению задачи 4

Для решения задачи 4 необходимо знать материал темы "Электрические машины постоянного тока": устройство, принцип действия генераторов и двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением, формулы, определяющие параметры таких машин. Используя рисунки 20, 21 разберем основные формулы, необходимые для решения задач.

Генератор с параллельным возбуждением (рисунок 20)

 

1. ЭДС, наводимая в обмотке якоря,

Е = U + IяRя  

где  U, В  - напряжение на зажимах генератора;

Iя, А –  ток якоря;

Rя, Ом – сопротивление обмотки якоря

.

Рисунок 20                                             Рисунок 21

 


      якоря  Iя = (Е - U) / Rя.

2. Токи              возбуждения  Iв = U / Rв

        нагрузки  I = Iя - Iв.

 

3. Полезная мощность, отдаваемая генератором:

                                       Р2 = U I (Вт).

 Мощность Р1, Вт -  затраченная первичным двигателем на вращение якоря генератора (потребляемая мощность генератором), определяется из формулы КПД генератора

η = Р2/ Р1 → Р12/ η.

 

Двигатель с параллельным возбуждением (рисунок 21)

 

1. Противо - ЭДС, наводимая в обмотке якоря:

 

                                    Е = U - IяRя

где  U, В - напряжение источника электрической энергии, питающего обмотку якоря;

Iя, А –  ток якоря;

Rя, Ом – сопротивление  обмотки  якоря.

                      

2. Токи якоря, в нагрузке, в обмотке возбуждения:

ток якоря (из формулы противо – ЭДС) Iя = (U - E) / Rя (А)

   ток нагрузки           I = Iя + Iв

      ток в обмотке возбуждения    Iв = U / Rв.

где  Rв, Ом – сопротивление обмотки возбуждения.

 

3. Мощность, потребляемая двигателем от источника электрической энергии,

                                  Р1 = U I (Вт);

4. Полезная мощность Р2 на валу двигателя определяется из формулы КПД

η =Р2 / Р1 → Р2 = η Р1 (Вт).

5.  Момент вращения двигателя

М = 9550Р2(кВт) / n (об/мин),

где   n - частота вращения якоря.

 

Для лучшего понимания приведенных формул и их применения при решении задач рассмотрим примеры.

Пример 10. Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением (рисунок 20), имеющий сопротивление обмотки якоря Rя=0,1Ом и сопротивление обмотки возбуждения Rв=60Ом, нагружен внешним сопротивлением R= 4 Ом. Напряжение на зажимах машины U = 220 В.

Определить: 1) токи нагрузки I, в обмотке возбуждения Iв и в обмотке якоря Iя; 2) ЭДС генератора Е; 3) полезную мощность Р2, расходуемую на нагрузке.

Дано: U = 220 В, Rя = 0,1 Ом; Rв = 65 Ом; R = 4 Ом.

Определить: I,  Iв,  Iя,  Е,  Р2.


Решение

1. Ток во внешней цепи

I = U/R = 220/4 = 55A

 

2.Токи:      в обмотке возбуждения   Iв = U/Rв = 220/65 = 3,38 А;

        в обмотке якоря   Iя = I + Iв = 55 + 3,38 = 58,38 А.

 

3. ЭДС генератора

Е = U + IяRя = 220 + 58,38 ∙ 0,1 = 220 + 5,838 = 225,838 = 225,84 В.

4. Полезная мощность

Р2 = U I = 220 ∙ 55 = 12100 Вт = 12,1 кВт.

 

Пример 11 Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением подключен к сети с напряжением U = 220 В (рисунок 21). Полезная мощность на валу Р2 = 10кВт, частота вращения якоря n = 2400 об/мин, КПД двигателя η = 80%. Определить: 1) вращающий момент М, который развивает двигатель; 2)поведенную мощность Р1; 3) ток I, потребляемый двигателем из сети; 4) суммарные потери мощности в двигателе ΣР.

Дано: U=220 В, Р2 = 10кВт, η = 80%, n= 2400 об/мин.

Определить: I, M, P1, ΣP.

Решение

1.Момент вращения, который развивает двигатель при данной мощности на валу и частоте вращения:

 

М = 9550 Р2 / n = 9550 ∙ 10 / 2400 = 39,79 H ∙ м.

 

2. Потребляемая  мощность  двигателя  из  сети

η = Р2 / Р1 → Р1 = Р2 / η = 10 / 0,8 = 12,5 кВт

3. Ток I, потребляемый двигателем из сети (из формулы потребляемой мощности):

                             Р1 = UI → I = P1 / U = 10000/220 = 45,45 A.

4 Суммарная мощность потерь,  зная значения Р1 и Р2;

                   ΣР = Р1 - Р2 = 12,5 - 10 = 2,5 кВт.

 

Пример 12 Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением (рисунок 21) работает в номинальном режиме, потребляет ток из сети Iном = 102А  при напряжении Uном = 220 В. Сопротивление обмотки возбуждения Rв = 32 Ом. Противо- ЭДС, которая индуцируется в обмотке якоря, Е = 214,9 В.

Определить: 1) ток в обмотке якоря Iя; 2) сопротивление обмотки якоря Rя.

Дано: Uном= 220 В, Iном = 102 А, Rв = 32Ом, Е = 214,9 В.

Определить: Iя,  Rя.

Решение

1. Ток в обмотке якоря Iя можно определить по двум формулам:

Iном = Iя+Iв, →  Iя = Iном - Iв

или                                        Iя = (U - E) / Rя.

Вторая формула для решения не подходит, так как не известно, Rя.

Чтобы воспользоваться первой формулой, нужно предварительно определить ток в обмотке возбуждения Iв.

2. Зная значение Rв, вычислим ток в обмотке возбуждения:

Iв = U / Rв = 220/32=6,87 А,

 тогда

Iя = Iном - Iв = 102 - 6,87 = 95,13 А.

3 По второй формуле для Iя определим сопротивление обмотки якоря

Iя = (U - E) / Rя,

 откуда

Rя = (U - E) / Iя =(220 - 214,19) / 95,13 = 0,05 Ом.

 

Для закрепления знаний методики решения задач рекомендуется решить задачи.

Задача 7. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет следующие данные: сопротивление обмотки якоря Rя = 0,2 Ом; сопротивление обмотки возбуждения Rв = 40 Ом; КПД генератора  η =0,95;  ток возбуждения  

Iв = 5А, ток в нагрузке I= 95 А.

Определить: 1) электродвижущую силу генератора Е; 2) напряжение на зажимах генератора U; 3) ток в обмотке якоря Iя; 4) полезную мощность генератора Р2;  5) мощность первичного двигателя Р1, затрачиваемую на работу генератора.

Ответ: Е = 220 В; Iя = 100 А; Р2 = 19000 Вт, Р1 = 20000 Вт; U = 220 В.

Задача 8 Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет следующие данные: 1) напряжение сети, питающей двигатель, U= 300 В; 2) ток в обмотке якоря Iя = 100 А;  3) сопротивление обмотки якоря Rя = 0,1 Ом,  обмотки возбуждения Rв = 50 ;  4) коэффициент полезного действия двигателя η = 0,9.

Определить: 1) противо- ЭДС Е, наводимую в обмотку якоря при работе двигателя; 2) токи: нагрузки I и в обмотке возбуждения Iв; 3) мощности: полезную на валу двигателя Р2 и потребляемую из сети Р1.

Ответ: Е= 290 В; Iв = 6А; I = 6 А; I = 106 А; Р1 = 31800 Вт; Р2 = 28620 Вт.

 

Указания к решению задачи 5

В контрольной работе содержание задачи 5 относится к теме "Выпрямители» и включает:

 1.Составление схемы одно - или двухполупериодного выпрямителя на полупроводниковых вентилях согласно заданию вашего варианта;

2Подбор полупроводниковых диодов для данной схемы по заданным электрическим параметрам (мощности, току или напряжению);

3Изображение графиков переменного, пульсирующего и постоянного напряжения или тока в нагрузке.

При изучении программного материала темы обратите особое внимание на устройство и работу полупроводниковых диодов, а также на схемы выпрямителей на полупроводниковых вентилях. Рекомендуется также ознакомиться с приводимым описанием.

Структурная схема выпрямителя состоит из трех основных частей: трансформатора, вентиля, сглаживающего фильтра.

Трансформатор – преобразует напряжение переменного тока сети до напряжения переменного тока, необходимого нагрузке.

Вентиль ( диод ) – преобразует напряжение переменного тока нагрузки в пульсирующее напряжение.

Сглаживающий фильтр необходим для преобразования пульсирующего напряжения в напряжение постоянного тока, необходимого нагрузке.

В контрольной работе в схемах выпрямления сглаживающий фильтр можно не изображать(Рисунок22)

 

         

 

 

Рисунок 22

 

Полупроводниковые диоды обладают односторонней проводимостью электрического тока в интервалах температур от - 60° до + 75°С - для германиевых диодов и - 60° до + 150° С - для кремниевых и поэтому применяются в качестве электрических вентилей. При более высоких температурах полупроводниковые диоды теряют свойство односторонней проводимости и в качестве вентилей их применять нельзя.

 

Полупроводниковые диоды подбираются для схем выпрямления по двум параметрам: 1) допустимый ток в прямом направлении Iдоп;  2)значение допустимого напряжения, действующее на диод в обратном направлении, когда диод закрыт, Uобр.. Эти параметры для диодов приводятся в справочниках, выписка из которых приведена в таблице 2 и используется для решения задач.

 

Таблица 2

Тип диода I доп, А U обр, В Тип диода I доп, А U обр, В
Д205 Д207 Д209 Д210 Д211 Д214 Д214А Д214Б Д215 Д215А Д215Б Д223 Д233Б Д234Б Д242 Д242А Д242Б Д244А Д244Б Д302 0,4 0,1 0,1 0,1 0,1 5 10 2 5 10 2 10 5 5 5 10 2 10 2 1 400 200 400 500 600 100 100 100 200 200 200 500 500 600 100 100 100 50 50 200 Д243 Д243А Д243Б Д217 Д218 Д221 Д222 Д224 Д224А Д224Б Д226 Д226А Д231 Д231Б Д232 Д232Б Д244 Д303 Д304 Д305 5 10 2 0,1 0,1 0,4 0,4 5 10 2 0,3 0,3 10 5 10 5 5 3 3 6 200 200 200 800 1000 400 600 50 50 50 400 300 300 300 400 400 50 150 100 50

 

 

Значение обратного напряжения на диодах (Uв) рассчитывается по формулам в зависимости от выпрямленного напряжения постоянного тока (Ud) и схем выпрямления.

 

В контрольной работе, для всех схем выпрямления, согласно своему варианту, необходимо сначала рассчитать выпрямленный ток или выпрямленное напряжение.

По заданным значениям мощности потребителя ( Р ) и выпрямленного тока ( Id) находят выпрямленное напряжение(Ud)  :

Ud = P / Id

или наоборот,  по заданному выпрямленному напряжению ( Ud) и мощности ( Р) находят выпрямленный ток:

Id = P / Ud

 

Далее необходимо подобрать диоды для заданных схем выпрямления своего варианта:

 

Однофазная однополупериодная схемаимеет один диод (Рисунок 22), который пропускает ток в течение одного полупериода ( положительный полупериод )

В отрицательный полупериод диод заперт, и ток не пропускает.

Во время отрицательного полупериода диод находится под действием обратного напряжения:

                                           Uв = π Ud = 3,14 Ud                          

  

По справочнику (таблица 2 ) подбирают диоды по двум параметрам:

1 Допустимый ток диода должен быть равен или больше выпрямленного тока

 

                                          Iдоп  ≥  Id

 

2 Допустимое  напряжение на диоде в отрицательный полупериод должно быть равно или больше обратного напряжения, т е

                                           Uобр. ≥ Uв ≥ π Ud.

 

3 Изобразить однополупериодную схему  выпрямления и графики переменного, пульсирующего и постоянного напряжения или тока в нагрузке.

 

Однофазная двухполупериодна схема с выведенной средней точкой вторичной обмотки трансформатораимеет два диода(Д1 и Д2), которые пропускают ток в разные полупериоды (Рисунок 23).

 

 

 

                                                 

                                            Рисунок 23

 

Во время отрицательного полупериода диоды находятся под действием обратного напряжения:

Uв = π Ud = 3,14 Ud

 

По справочнику (таблица 2) подбирают диоды по двум параметрам:

1Допустимый ток диода должен быть равен или больше половины выпрямленного тока, т е:

Iдоп д . ≥ 0,5Id

 

2 Допустимое напряжение на диоде в отрицательный полупериод должно быть равно или больше обратного напряжения, т е:

 

Uобр. ≥  Uв ≥  π Ud

 

3 Изобразить двухполупериодную схему выпрямления и графики переменного, пульсирующего и постоянного напряжения или тока в нагрузке

 

Однофазная мостовая схемаимеет четыре диода, которые пропускают ток парами ( Д1 и Д3 или Д2 и Д4 ) в разные полупериоды.

 

 

 

                                                    Рисунок 24

 

Во время отрицательного полупериода диоды находится под действием обратного напряжения:

Uв = 1,57 Ud

                                         

По справочнику (таблица 2) подбирают диоды по двум параметрам:

1Допустимый ток диода должен быть равен или больше половины выпрямленного тока, т е:

Iдоп д. ≥ 0,5Id

                                         

2 Допустимое напряжение на диоде в отрицательный полупериод должно быть равно или больше обратного напряжения, т е:

                                                

Uобр д ≥  Uв   ≥ 1,57 Ud

 

3 Изобразить мостовую схему выпрямления и графики переменного, пульсирующего и постоянного напряжения или тока в нагрузке.

                                     

Расчет различных схем выпрямления рассмотрим в примерах:

 

Пример 13 Для питания постоянным током потребителя мощностью P = 250Вт при напряжении Ud=100B необходимо собрать схему однополупериодного выпрямления (Рисунок 22), подобрав диоды, технические данные которых приведены в таблице 2.

Дано: P = 250 Вт; Ud = 100 B.

Определить Выбрать тип, начертить схему выпрямителя.

Решение

1 Определим ток потребителя Id из формулы мощности

P = Ud Id → Id = P / Ud = 250/100 = 2,5 A.

2 Найдем напряжение, действующее на диод в непроводящий период Uв, для такой схемы:

Uв = πUd = 3,14 ∙ 100 = 314 B.

3 По данным Id = 2,5 A и Uв = 314В, в таблице 2 подберем диод, исходя из условий

Iдоп ≥ Id и Uобр ≥ Uв.

Таким будет диод Д232Б(5А, 400В), у которого Iдоп = 5 А  > Id = 2,5 A и  

Uобр = 400 В  > Uв = 314 В.

4Чертим схему и  графики переменного, пульсирующего и постоянного напряжения или тока в нагрузке.

 

 Пример 14 Для питания постоянным током Id = 10А потребителя мощностью P = 1000Вт необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямления с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора (Рисунок 23), подобрав диоды, технические данные которых приведены в таблице 2. Начертить схему выпрямителя.

Дано: P =1000 Вт; Id = 10А.

Определить: Выбрать тип диодов. Начертить схему выпрямителя.

Решение

1 Определим напряжение  потребителя Ud из формулы мощности

P = Ud Id → Ud = P / Id = 1000/10 = 100В.

2 Определим напряжение,  действующее на диод в непроводящий период Uв,  для такой схемы

Uв = πUd = 3,14 ∙ 100 = 314 B.

3По данным Id = 10 A  и  Uв = 314B, в таблице 2 подберем диод

Д232Б(5А, 400В),  у которого Iдоп.д = 5А = 0,5 Iо = 0,5 ∙ 10 = 5A и

 Uобр = 400 В > Uв = 314 В.

4Чертим схему и графики переменного, пульсирующего и постоянного напряжения или тока в нагрузке

 

 Пример 15 Для питания постоянным током потребителя мощностью Р = 800 Вт при напряжении Ud = 150 B необходимо собрать мостовую схему двухполупериодного выпрямления (Рисунок 24), подобрав диоды, технические данные которых приведены в таблице 2.

Дано: P = 800 Вт; Ud = 150 B.

Определить: Выбрать тип диодов, начертить схему выпрямителя.

Решение

1 Определим ток потребителя из формулы мощности

P = Ud Id → Id = P / Ud = 800/150 = 5,33 A

2 Найдем напряжение, действующее на диод в непроводящий период, Uв  для мостовой схемы:

Uв = 1,57 Ud = 1,57 ∙ 150 = 235,5 В.

3 По данным, Id = 5,33 A  и Uв = 235,5 В, в таблице 2 выбираем тип диода, исходя из условий  Iдоп.д. ≥ 0,5 Id  и  Uобр ≥ Uв.

Таким будет диод Д231Б(5А, 300В), у которого Iдоп.д = 5 А > 0,5 Iо = 0,5 ∙ 5,33 = 2,56 А и Uобр = 300 В > Uв = 235,5 В.

4Чертим схему и графики переменного, пульсирующего и постоянного напряжения или тока в нагрузке

 

Для закрепления материала рекомендуется решить задачи, к которым даны ответы для возможности самопроверки.

Задача 9 От выпрямителя необходимо получить напряжение постоянного тока Ud=80B  при мощности P= 800 Вт. Схема выпрямителя однополупериодная (рисунок 22). Подобрать диод для такой схемы, используя данные таблицы 2.

Ответ: диод Д231(10А, 300В).

 

Задача 10 От двухполупериодной схемы выпрямления с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора (рисунок 23) необходимо получить напряжение постоянного тока Ud = 100 B при мощности P = 1000 Вт. Используя данные таблицы 2 подобрать типы диодов.

Ответ: диоды Д232Б(5А, 400В).

 

Задача 11 Двухполупериодная однофазная мостовая схема дает напряжение постоянного тока Ud = 100 В при мощности P = 1000 Вт. Диоды в схеме (рисунок 24) вышли из строя. Используя данные таблицы 2 подобрать типы диодов для такой схемы.

Ответ: диоды Д215(5А, 200В).

 

                                    

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Задача 1

Цепь постоянного тока со смешанным соединением состоит из четырех резисторов. В зависимости от варианта заданы: схема (рисунок 1- 20) сопротивления резисторов R1, R2, R3, R4; напряжение "U", ток "I" или мощность "Р" всей цепи. (таблица 3)

Определить: 1) эквивалентное сопротивление цепи Rэкв;

2) токи, проходящие через каждый резистор I1, I2, I3, I4;

3) рассчитать баланс мощностей схемы.

4) как изменится сила тока в цепи "I", если перегорит одно

 из сопротивлений (подтвердить расчетом).

Таблица 3

Ва-риант Схема R 1 ,  Ом R 2 , Ом R 3 , Ом R 4 ,  Ом I, U, P. А, B , Вт Перегорит сопротивле-ние
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 15 12 6 20 10 30 50 10 4 16 4 5 2 12 30 3 30 7 11 15 10 20 7 25 2 12 40 3 10 4 10 2 30 40 15 20 40 11 2 40 6 6 1 4 6 15 20 3 90 20 90 10 60 15 3 4 20 10 2 2 4 4 6 30 35 4 60 90 20 10 2 12 15 2 60 20 3 72 10 40 6 2 15 10 1 4 25 30 40 3 15 4 20 5 15 2 12 10 5 8 24 6 10 4 30 40 5 90 5 3 60 5 4 12 3 2 5 20 10 U=20B I=5A P=50Вт U=100B I=2A P=48Вт U=40B I=3A Р=120Вт U=40B I=4A Р=90Вт U=60B I=25A P=200Вт U=100B I=4A Р=320Вт U=150B I=4A Р=100Вт U=120B I=20A Р=90Вт U=120B I=25A P=200Вт U=40B I=3A Р=80Вт R2 R3 R2 R3 R1 R3 R4 R2 R4 R3 R2 R4 R3 R1 R3 R1 R2 R1 R3 R2 R1 R4 R3 R4 R3 R1 R3 R4 R3 R4

 

Схема для контрольной работы к задаче 1

     
1, 2, 3
 

 

 


                  

 

 


 

 

 

 

 

 

 



Задача 2, Варианты 01 - 15

Пролеты цеха рыбокомбината, где установлены три конвейера по переработке рыбы, освещаются одновременно светильниками с лампами накаливания. Лампы соединены звездой с нейтральным проводом и получают питание по четырехпроводному кабелю от трансформаторной подстанции с линейным напряжением - Uл. Лампы первого конвейера включены между фазой А и нейтральным проводом, второго конвейера - между фазой В и нейтральным проводом, третьего - между фазой С и нейтральным приводом. Светильники каждого конвейера имеют одинаковое число ламп, соответственно nA = nB = nC (рисунок 5.21). Определить величины, которые не заданы в условиях вашего варианта:

1) линейное напряжение - Uл (UAB=UBC=UCA);

2) фазное напряжение - Uф (UA, UB, UC);

3) фазные токи - Iф (IA, IB, IC);

4) мощность одной лампы - Рламп;

5) фазные мощности - РфА, РВ, РС)

6) общую мощность трехфазной цепи - Р

Данные для своего варианта взять из таблицы 4.

Таблица 4

Вариант Число ламп nA=nB=nC P, U, I Вариант Число ламп nA = nB = nC P, U, I
1 11 Рламп=200Вт Uл=380В 9 22 Рф=2200Вт Iф=10А
2 11 Рламп=200Вт Iф=10А 10 22 Рф=6600Вт Uф=220В
3 11 Рламп=200Вт Uф=220В 11 55 Рламп=40Вт Uф=220В
4 11 Рф=2200Вт Iф=10А 12 55 Рламп=40Вт Uл=380В
5 11 Рф=2200Вт Uл=380В 13 55 Рламп=40Вт Iф=10А
6 22 Рламп=100Вт Uл=380В 14 55 Рф=2200Вт Uл=380В
7 22 Рламп=100Вт Iф=10А 15 55 Рф=2200Вт Uф=220В
8 22 Рламп=100Вт Uф=220В      

 

 

Рисунок21

   

Задача 2, Варианты 16-30

Для нагрева водного раствора в ванне моечной установки, предназначенной для мойки блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания и деталей автомобилей, используются трубчатые электронагревательные элементы (ТЭН). Нагреватели соединены треугольником и подключены к трехпроводной кабельной линии, которая получает питание от распределительного пункта цеха с линейным напряжением - Uл = 220 В (рисунок 5.22). Нагреватели первого приемника - nAB подключены между фазами А и В, второго - nBC между фазами В и С, третьего - nCA между фазами С и А. В каждой фазе включено одинаковое число ТЭН nAB=nBC=nCA. Определить величины, которые не заданы в условиях задачи вашего варианта:

1) фазные токи - Iф (IAB, IBC, ICA);

2) линейные токи - Iл (IA, IB, IC);

3) мощность одного нагревателя - Рнагр;

4) фазные мощности - РфАВ, РВС, РСА);

5) активную мощность трехфазной цепи - Р.

Данные взять из таблицы 5

 

Таблица 5

Вариант Число ТЭН nAB=nBC=nCA Р, Рф, Рнагр, Вт Вариант Число ТЭН nAB=nBC=nCA Р, Рф, Рнагр, Вт
16 17 18 19 20 21 22 23 3 2 3 2 3 4 6 4 Рнагр=220 Рф=440 Рф=660 Р=1320 Р=1980 Рф=880 Рнагр=110 Р=2640 24 25 26 27 28 29 30 6 5 6 5 12 5 12 Рф=660 Рнагр=110 Р=1980 Рф=550 Рнагр=55 Р=1650 Р=1980  

 

Рисунок 22

Задача 3, Варианты с 01 по 30

Трехфазные асинхронные двигатели используются для работы строгальных, фрезеровальных и токарных станков металлообрабатывающего завода. Все двигатели работают в номинальном режиме и подключены к сети с линейным напряжением Uл = 380В, с промышленной частотой f=50 Гц. Известны число полюсов и некоторые данные режима их работы: номинальная мощность - Рном, частота вращения ротора - n2ном, скольжение - Sном, коэффициент мощности - cosφном и коэффициент полезного действия - ηном. Определить величины, не заданные в условии:

1) частоту вращения магнитного поля статора n1;

2) частоту вращения ротора - n1;

3) скольжение - Sном;

4) ток двигателя - I1ном;

5) номинальный момент вращения - Мном;

6) активную мощность, потребляемую двигателем из сети - Р1ном.

7) Объяснить, как осуществляется регулирование частоты вращения ротора двигателя.

Данные для своего варианта взять из таблицы 6

Таблица 6

Вариант Число полюсов Р2ном, кВт S ном , % n 2ном , об/мин cosφ ном η ном
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 6 6 6 6 6 6 6 6 6 8 8 8 10 10 10 10 10 10 10 12 12 12 12 8 8 4 4 4 8 8 45 35 37 55 20 30 75 35 55 37 45 110 20 75 45 70 100 25 37 45 30 75 90 45 75 37 75 45 5,5 5,5 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 2,0 2,0 2,0 1,5 3,5 2,5       580 590 585 570 490 485 490 480 735 730 1460 1470 1480 735 730 0,89 0,88 0,87 0,89 0,88 0,89 0,90 0,91 0,88 0,89 0,84 0,85 0,92 0,89 0,92 0,92 0,91 0,89 0,92 0,91 0,89 0,91 0,94 0,91 0,89 0,93 0,84 0,86 0,81 0,92 0,92 0,93 0,94 0,93 0,93 0,94 0,95 0,93 0,93 0,90 0,91 0,90 0,80 0,92 0,94 0,89 0,92 0,91 0,89 0,94 0,92 0,89 0,88 0,89 0,92 0,82 0,84 0,85 0,92 0,81

Задача 4, Варианты с 01 по 15

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением приводится в работу асинхронным двигателем трехфазного тока и используется для питания специальной аппаратуры предприятия. Сопротивление обмотки якоря Rя = 0,1 Ом, возбуждения Rв = 50 Ом. КПД генератора η=0,9. Начертить схему генератора параллельного возбуждения. Определить значения, характеризующие работу генератора, которые не заданы в условиях задачи:

1) ЭДС генератора - Е;

2) напряжение на зажимах генератора - U;

3) значение токов в нагрузке - I, в обмотке якоря Iя, в обмотке возбуждения - Iв;

4) полезную мощность, отдаваемую генератором - Р2;

5) мощность, затраченную электродвигателем на работу генератора - Р1.

Данные для своего варианта взять из таблицы 7.

 

Таблица 7

Вариант Е, U , P , I Вариант T , U , P , I
1 2 3 4 5 6 7 8 U=220B; Iя =100А Е=210В; Iя = 100А I= 96A; U = 200B P2=19200Вт; I = 96A P2=19200Вт; Iв = 4A Р1=21330Вт; I=96A P1=21330Вт; Iв = 4А Iв =4А; Iя = 100А 9 10 11 12 13 14 15 U = 200B, I=96A E =210B; U =200B E = 260B; U =250B U=250B; I=95A Iв =5А; Iя = 100А Р1=26388Вт; Iв =5А Р1 =26388Вт; I=95A

 

 

Задача 4, Варианты с 16 по 30

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением общепромышленного применения используется для приведения в движение центробежного насоса, который откачивает воду из траншей, предназначенных для прокладки телефонных кабелей. Сопротивление обмотка якоря Р2=0,1 Ом, возбуждения Rв=55 Ом, КПД двигателя η=0,85, частота вращения якоря n= 956 об/мин. Начертить схему двигателя. Определить значения, характеризующие работу двигателя, которые не указаны в условиях задачи:

1) противо-ЭДС, Е, которая индуцируется в обмотке якоря при работе двигателя;

2) напряжение сети, от которой питается двигатель, U;

3) момент вращения двигателя, М;

4) токи в обмотке якоря Iя, в обмотке возбуждения Iв, общий ток двигателя I;

5) мощности: на валу двигателя Р2 и потребляемую из сети Р1.

Данные для своего варианта взять из таблицы 8.

 

Таблица 8

Вариант Е, U , P , I Вариант Е, U , P , I
16 17 18 19 20 21 22 23 U=220B; Iя =100А Е=210В; Iя = 100А I= 104A; U = 220B P2=1944Вт; I = 104A P2=1944Вт; Iв = 4A Р1=22880Вт; I=104A P1=22880Вт; Iв = 4А Iв =4А; Iя = 100А 24 25 26 27 28 29 30 U = 200B, I=104A E =210B; U =220B E = 265B; U =275B U=275B; I=105A Iв =5А; Iя = 100А Р1=288758Вт; Iв =5А Р1 =288758Вт; I=275A

 

 

Задача 5, Варианты с 1 по 30

От выпрямителя, согласно данной вам схеме (таблица 9) потребителю подается выпрямленное напряжение - Ud или ток - Id при мощности - Р. Подберите по таблице 10 полупроводниковые диоды по допустимому току (Iдоп) и обратному напряжению (Uобр), для работы в качестве вентилей. Начертите схему выпрямителя и опишите процесс выпрямления переменного тока в ней (достоинства и недостатки) поясните ответ графиками  переменного, пульсирующего и постоянного напряжения или тока в нагрузке.

Таблица 9

Вари-ант схема U0 или I0 Р, Вт Вари-ант схема U 0 или I 0 Р, Вт

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Однополупериодная

1 А

100 В

8 А

50 В

10 А

20 В

4 А

200 В

3 А

100 В

50 В

4 А

40 В

10 А

80 В

30 Вт

1000

800

400

60

100

240

20

450

50

500

120

400

200

400

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

вторичной обмотки трансформатора

25 В

8 А

90 В

0,2 А

0,8 А

100 В

20 А

50 В

80 В

30 В

 10 А

 100 В

4 А

30 В

150 В

250

400

450

20

64

800

1000

500

400

300

400

200

200

240

300

2-х полупериодная с выведен ной средней точкой 2-х полупериод-ная мостовая схема

 

Таблица 10

Тип диода I доп, А U обр, В Тип диода I доп, А U обр, В
Д 205 Д 207 Д 209 Д 210 Д 211 Д 214 Д 214А Д 214Б Д 215 Д 215А Д 215Б Д 233 Д 233Б Д 234Б Д 242 Д 242А Д 242Б Д 244А Д 244Б Д 302 0,4 0,1 0,1 0,1 0,1 5 10 2 5 10 2 10 5 5 5 10 2 10 2 1 400 200 400 500 600 100 100 100 200 200 200 500 500 600 100 100 100 50 50 200 Д 243 Д 243А Д 243Б Д 217 Д 218 Д 221 Д 222 Д 224 Д224А Д 224Б Д 226 Д 226А Д 231 Д 231Б Д 232 Д 232Б Д 244 Д 303 Д 304 Д 305 5 10 2 0,1 0,1 0,4 0,4 5 10 2 0,3 0,3 10 5 10 5 5 3 3 6 200 200 200 800 1000 400 600 50 50 50 400 300 300 300 400 400 50 150 100 50

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

По данной дисциплине выполняется одна контрольная работа из 5-ти задач, исходные данные которых составлены на 30 вариантов. Номер варианта определяется двумя последними цифрами личного дела (шифра) студента. Например: номера личных дел 13,50, 35, номера вариантов соответственно: 13; 20; 05, т.е. [(50-30=20) и (35-30=05)] и т.д. Работы, выполненные, не по своему варианту не засчитываются и возвращаются студенту.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ

К ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ

1Источники и потребители электрической энергии, в частности в автомобилях.

 2 Условие для непрерывного протекания тока, направление тока в цепи?        

3 Электрические величины: ЭДС, напряжение, сила тока, сопротивление; их определение, обозначение, единицы измерения в системе СИ?

4 Законы последовательного и параллельного соединения источников электроэнергии

5 От чего зависит сопротивление металлического проводника?

6 Сформулируйте и напишите закон Ома для замкнутой электрической цепи и для участка цепи; какова зависимость между величинами; причина резкого возрастания тока в цепях, к каким последствиям это приводит и какие меры принимаются для предотвращения этого?

7 Каково различие между ЭДС и напряжением на зажимах источника электрической энергии?

8 Как определяют общее сопротивление, напряжение, силу тока при последовательном, параллельном и смешанном соединениях потребителей энергии?

9 Чему равна работа и мощность электрического тока, и в каких единицах они измеряются?

10 Как определить направление магнитного поля, вокруг проводника с током?

11 Что называется магнитной индукцией, магнитным потоком, магнитной проницаемостью, напряженностью магнитного поля?

12 Объясните взаимодействие проводников с токами.

13 В чем заключается явление электромагнитной индукции, самоиндукции и взаимоиндукции? Практическое значение этих явлений.

14 Как определяют мгновенное амплитудные и действующее значение переменного тока?

15 Каково соотношение между током и напряжением при активной, индуктивной и емкостной нагрузке?

16 Как изменяются сопротивление и сила тока в цепи переменного тока при изменении частоты?

17 Как определяется полное сопротивление цепи, содержащей R, L, C ?

18 Что такое активная, реактивная и полная мощности переменного тока и в каких единицах они измеряются?

19 Назначение, устройство, условное обозначение электроизмерительных приборов.

20 Перечислите виды и методы электрических измерений. Что такое класс точности прибора, как его определить?

21 Как включаются в цепь амперметры, вольтметры и ваттметры.

22 Каково назначение шунтов и добавочных резисторов?

23 Объясните схемы соединения обмоток генератора в трехфазной сети переменного тока.

24 Назначение нулевого провода в трехфазных цепях переменного тока при соединении звездой

25 К чему приведет обрыв нулевого провода в трехфазной сети при несимметричной нагрузке?

26 Чему равна мощность трехфазной цепи при симметричной и несимметричной нагрузках?

27 Объясните назначение и принцип действия трансформаторов?

28 Изменится ли ток в первичной обмотке трансформатора, если при изменении нагрузки увеличился ток во вторичной обмотке?

29 Что называется коэффициентом трансформации, как он определяется?

30   Каковы достоинства и недостатки автотрансформатора по сравнению с трансформатором?

31 В чем заключается принцип действия асинхронного двигателя?

32 Как изменить направление вращения ротора (реверс)?

33 Как устроен асинхронный двигатель с фазным и короткозамкнутым ротором?

34 От чего зависит вращающийся момент асинхронного двигателя?

35 Если напряжение питающей сети понизится на 10 %, то в какой мере уменьшится вращающий момент?

36 Как осуществляется пуск в ход асинхронных двигателей?

37 В чем заключается устройство и принцип работы синхронного генератора и двигателя?

38  В чем заключается принцип действия генератора постоянного тока и каково его устройство?

39 От чего зависит ЭДС машины постоянного тока?

40 Как протекает процесс самовозбуждения генератора?

41 Как осуществить реверсирование двигателя постоянного тока?

42 От чего зависит вращающий момент, частота вращения двигателя   постоянного тока?

43 Перечислите названия основных частей электропривода и объясните их назначение .

44Объясните режимы работы электродвигателей: длительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

45 Начертите и объясните схему электроснабжения промышленных предприятий. Виды и устройство электрических сетей.

46 Объясните назначение и правила выполнения защитного заземления и зануления 

47 Полупроводники, их свойства, электропроводность и применение.

48 Объясните строение атомов полупроводников (германия и кремния)

49 В чем состоит различие между электронной и дырочной проводимостью полупроводников?

50 Каково устройство и основное свойство полупроводниковых диодов?

51 В чем заключается принцип работы транзистора?

52 Объясните работу однофазной однополупериодной и мостовой, а также трехфазной схемы выпрямления.

53Чему равно обратное напряжение в однополупериодной, двухполупериодной, мостовой и трехфазной схемах выпрямления?

54 По каким параметрам выбирают диоды для различных схем выпрямления?

55 Для каких целей применяют последовательное и параллельное соединение нескольких диодов в схемах выпрямления?

56  Какими основными параметрами характеризуется усилитель?

57 Как определяется коэффициент усиления однокаскадных и многокаскадных усилителей?

58 Объясните назначение элементов схемы, работу и применение генераторов синусоидального напряжения типа LC и RC.

59 Объясните характер обратной связи в усилителях и генераторах синусоидального напряжения типа LC

60Объясните структурный состав, основные функции микропроцессора и укажите существенное отличие микропроцессора от микро-ЭВМ.

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания и контрольные задания

для студентов - заочников 

По специальности: 23.02.03

 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного  транспорта»

 

 

2015

 

 

    РАССМОТРЕНО   Цикловая комиссия   ОПД и ПМ (РА,ТМ,ТО,СВ)   Протокол № ______   от _______________ 2015   Председатель ЦК    ________________ О.В.Князева    УТВЕРЖДЕНО  Методическим советом  Протокол №_____от________2015г        

 

 

                                                    Методические указания составлены

                                                    согласно требованиям ФГОС

                                                    в соответствии с рабочей программой по

                                                        дисциплине «Электротехника и электроника»

 

Составитель: М.Г. Сиротова, преподаватель первой категории

 

              

 

               СОДЕРЖАНИЕ                                                     стр                        

 

 1Пояснительная записка                                                               3

2 Программа учебной  дисциплины                                                  5

3Методические указания к выполнению контрольной работы   12

4Задания для контрольной работы                                              37

5 Требования к выполнению контрольной работы                   45

6 Перечень лабораторных  и практических работ                          46

7 Вопросы для подготовки к промежуточной аттестации        47

8Контрольно-измерительные материалы для промежуточной  50

аттестации

9 Перечень рекомендуемых учебных изданий                          59

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Методические указания разработаны для реализации требований федеральных государственных образовательных стандартов по  специальности

23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» при заочной форме обучения по дисциплине «Электротехника и электроника», оказания помощи студентам-заочникам в организации их самостоятельной работы по изучению учебного материала.

 Методические указания разработаны на основе рабочей программы –календарно-тематического плана по дисциплине «Электротехника и электроника» для заочной формы обучения.

Учебная дисциплина «Электротехника и электроника» является общепрофессиональной, устанавливающей базовые знания для усвоения специальных дисциплин.

Требования к результатам освоения учебной дисциплины в соответствии с ФГОС

В результате освоения дисциплины обучающийся  должен:

 знать:

    - методы расчета и измерения основных параметров электрических,

 магнитных и электронных цепей;

    - компоненты автомобильных электронных устройств;

    - методы электрических измерений;

    - устройство и принцип действия электрических машин

уметь:

    - пользоваться измерительными приборами;

    - производить проверку электронных и электрических элементов

автомобиля;

     - производить подбор элементов электрических цепей и  электронных схем

 

Обучающийся должен освоить следующие профессиональные и общие компетенции в разрезе учебной дисциплины:

ПК 1.1. Организовывать и проводить работы по техническому обслуживанию и ремонту автотранспорта.

ПК 1.2. Осуществлять технический контроль при хранении, эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте автотранспортных средств.

ПК 1.3. Разрабатывать технологические процессы ремонта узлов и деталей.

ПК 2.3. Организовывать безопасное ведение работ при техническом обслуживании и ремонте автотранспорта.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ОК 10. Исполнять воинскую обязанность, в том числе с применением полученных профессиональных знаний (для юношей).

 

Этапы самостоятельной работы

Основной формой учебного процесса является индивидуальная самостоятельная работа, основным источником знаний - учебная литература.

Дисциплина "Электротехника и электроника" изучается в следующем порядке:

- Изучение программного материала по рекомендованной литературе,      конспектирование основных понятий.

- Составление ответов на вопросы для самоконтроля.

- Закрепление изученного материала через решение рекомендуемых задач в методических указаниях и по задачнику.

- Выполнение контрольной работы.

Не рекомендуется переходить к изучению последующего материала, не уяснив предыдущий.

 Изучаемый материал нужно конспектировать в специальной тетради (лучше в клеточку). При этом выписывают основные определения и формулы с пояснениями и обязательной простановкой размерности величин. В конспекте необходимо вычерчивать электрические схемы, поясняющие изучаемый материал. Решение задач целесообразно выполнять в этом же конспекте для того, чтобы все данные, необходимые для подготовки к выполнению лабораторных работ и к экзаменам, были сосредоточены в одном месте. При работе с учебником рекомендуется обратить внимание на примеры,  решение которых представлено в методических указаниях. Можно осуществить самоконтроль усвоения материала путем самостоятельного решения таких примеров с последующей проверкой по учебнику.

В период лабораторно-экзаменационной сессии студенты выполняют лабораторные работы в объеме, предусмотренном рабочей программой.

Формой промежуточной аттестации является экзамен.

Сдача экзамена разрешается тем студентам, у которых выполнены и зачтены все контрольные и лабораторные работы.

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

 

Введение

Содержание дисциплины, ее задачи. Роль и место дисциплины в развитии автомобилестроения,  современной техники и технологии; связь с другими дисциплинами, с теорией и практикой.

 Электрическая энергия, ее  особенности, способы получения и область применения. Электрические свойства тел.

Основные этапы и перспективы развития отечественной электроэнергетики, электротехники и электроники.

 

Раздел 1 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

 

Дата: 2019-03-05, просмотров: 210.