Основы электротехники и электроники

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ЧОУ ВПО «ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА (г. КАЗАНЬ)»

Факультет менеджмента и маркетинга

 

Кафедра Промышленного менеджмента

 

Рабочая программа, задания и методические указания к их выполнению по дисциплине (модуля)

 

Основы электротехники и электроники

 

 

Для студентов направлений подготовки

Неэлектротехнического профиля

(221400.62 Управление качеством, 260800.62 Технология продукции и организация общественного питания и др.)

 

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

 

Форма обучения

заочная

 

Казань

 

Рабочая программа, контрольные задания и рекомендации по выполнению по дисциплине «Электротехника и электроника» предназначены для студентов заочной формы обучения, обучающихся по направлениям подготовки неэлектротехнического профиля (221400.62 - Управление качеством, 260800.62 - Технология продукции и организация общественного питания и др.)

ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

Перед выполнением студенту рекомендуется проработать перечень теоретических вопросов, приведенных для каждого задания. В процессе выполнения может пользоваться не только рекомендованной, но и любой… При выполнении контрольного задания необходимо придерживаться следующих правил:

Выполнена не по своему варианту;

Выполнена неряшлево, неразборчиво;

Выполнена не в полном объеме;

Имеются грубые ошибки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Высшая школа, 2005.

2. Данилов И.А. П.М. Иванов Общая электротехника с основами электроники – М.: Высш. шк., 2004.

3. Материалы выданные в электронном виде.

 

 

Оформление контрольной работы по предмету

«Электротехника и электроника»

 

1. Контрольная работа должна быть оформлена в Microsoft Office Word, шрифтом Times New Roman, размером 14 и прислана на электронный адрес преподавателя предмета «Электротехника и электроника»

2. Титульный лист должен быть оформлен в соответствии с требованиями деканата.

3. Электрические схемы из задания для контрольной работы могут быть либо отсканированы со всеми обозначениями, либо начерчены в электронном виде.

4. Все последующие данные по решению контрольных заданий должны быть только в электронном виде.

5. Контрольное задание №1 рассчитано на 100 вариантов. Номер варианта определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета mn. В решении задач нужно расписать пошаговое действие каждого пункта решения.

6. Контрольное задание №2 рассчитано на 100 вариантов. Номер варианта определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета mn. В решении задач нужно расписать пошаговое действие каждого пункта решения.

7. Контрольное задание №3 и №4 рассчитано на 30 вариантов. Номер варианта определяется исходя из порядкового номера по журналу группы.

 

8. Все задания контрольной работы должны быть объединены в один файл. Не допускается разбиение заданий на несколько частей. Название присланного файла на электронный адрес преподавателя должен называться, например: Иванов А.А. гр.711лу. НЧ Вар.23.

Другие названия файлов с контрольной работой не допускается.

9. Разрешается пользоваться любой технической литературой, а также сетью интернет для решения контрольной работы.

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ЧОУ ВПО «ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА

(г. КАЗАНЬ)»

 

Кафедра Промышленного менеджмента

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Электротехника и электроника»

 

Вариант №

 

Выполнил

студент _______________________________________

 

Группа _____________курс _______ семестр _______

 

Проверил преподаватель _____________

 

Сдано: «_______»_______________20___г.

 

Проверено: «_______»_______________20___г.

 

Казань

Содержанние дисциплины

Основы Электротехники и Электроники

Часть1. Основы электротехники

 

Тема 1.1. Электрические и магнитные цепи.

Тема 1.2. Электрические цепи однофазного переменного тока

Тема 1.3. Трехфазный электрические цепи переменного тока.

Тема 1.4. Переходные процессы

Тема 1.5. Электромагнитные устройства и электрические машины.

Трансформаторы

Электрические машины постоянного и переменного тока.

Тема 1.1. Электрические и магнитные цепи. Общие сведения об электрических целях: определение, классификация.… Студент должен знать:

Тема 1.2. Электрические цепи однофазного переменного тока.

Студент должен знать: параметры и формы представления переменного тока; - электрические схемы, включая напряжение;

Трехфазный электрические цепи переменного тока.

Студент должен знать: - принцип соединения обмоток генератора и потребителя энергии звездой и… - что такое симметричная и несимметричная нагрузки;

Тема 1.5. Электромагнитные устройства и электрические машины

Трансформаторы

Вклад Русских ученых Н.Н. Яблочкова и М.О. Доливо-Добровольского в создании и использовании трансформаторов. Однофазный трансформатор, его… Студент должен знать: - устройство и принцип действия трансформатора;

Электрические машины постоянного и переменного тока.

Устройство и принцип действия электрических машин постоянного тока. Магнитная и электрическая цепь. Обратимость машин. Генераторы постоянного тока. Классификация характеристики.… Студент должен знать:

Тема 2.1 Полупроводниковые приборы.

Студент должен знать: - параметры полупроводниковых приборов по их характеристикам; - принцип работы полупроводникового диода и его применение;

Электронные выпрямители и стабилизаторы.

Студент должен знать: - структурную схему выпрямительного устройства; - виды схем выпрямления, их принципы работы и параметры;

СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

По разделу Основы Электротехника

Задание 1.

Для своего варианта рассчитать:

1. Эквивалентное сопротивление цепи.

2. Ток в каждом резисторе.

3. Проверить выполнение первого закона Кирхгофа во всех узлах схемы и второго Закона Кирхгофа для одного из контуров.

4. Определить мощности, рассеиваемые на резисторах схемы.

5. Проверить выполнение баланса мощностей.

 

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.1 и табл. 1.2.

Таблица 1.1

№ варианта (две последние цифры номера зачетки)	№ рисунка	R1, кОм	R2, кОм	R3, кОм	R4, кОм	R5, кОм	R6, кОм	R7, кОм	R8, кОм
01 – 33	1.01 - 1.33	1,2	2,0	0,3	1,5	1,8	1,2	3,0	2,2
34 – 66	1.01 - 1.33	0,3	1,0	1,5	2,7	0,2	1,3	0,3	1,6
67 – 99	1.01 - 1.33	1,8	1,1	2,0	0,3	1,5	1,2	0,2	1,3

 

Например, последние две цифры шифра 37. Следовательно, в соответствии с табл. 1.1 для анализа выбирается схема, приведенная на рис. 1.04, а значения резисторов выбираются из строки 2.

 

 

Схема 1.01 Схема 1.02 Схема 1.03

 

Схема 1.04 Схема 1.05 Схема 1.06

 

 

 

Схема 1.07 Схема 1.08 Схема 1.09

 

 

Схема 1.10 Схема 1.11 Схема 1.12

 

Схема 1.13 Схема 1.14 Схема 1.15

 

 

Схема 1.16 Схема 1.17 Схема 1.18

 

 

Схема 1.19 Схема 1.20 Схема 1.21

 

Схема 1.22 Схема 1.23 Схема 1.24

 

Схема 1.25 Схема1.26 Схема 1.27

 

Схема 1.28 Схема 1.29 Схема 1.30

Схема 1.31 Схема 1.32 Схема 1.33

 

Рис. 1. Схемы электрических цепей для задачи 1

 

 

Задание 2

Рассчитайте токи во всех ветвях цепи по методу контурных токов (МКТ) или методу узловых напряжений (МУН), метод выбирается на усмотрение студента. Произведите проверку баланса мощностей. Схему цепи и сопротивления резисторов выбрать в соответствии с своим вариантом mn.

 

Задание 3.

Для цепи переменного тока:

1. Рассчитать полное сопротивление цепи при гармоническом воздействии.

2.Найти ток, протекающий через цепь, если на вход подано напряжение, изменяющееся по гармоническому закону.

3. Построить векторную диаграмму тока и напряжения.

Схему цепи и номиналы элементов выбрать в соответствии с вариантом mn - :

для номера зачетки с последними цифрами 01-30 брать соответствующий номер варианта;для номера зачетки 31-60 брать номер варианта mn-30 и т.п.

Вариант № 1.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10⁴ рад/с,

φ= π/4. R1 = R2 = R3 = 100 Ом, C1 = 2 мкФ.

 

 

Вариант № 2.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀= 10⁴ рад/с,

φ₀ = π/3. R1 = R2 = R3 = 100 Ом, L1 = 5 мГн.

.

Вариант № 3.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10⁴ рад/с,

φ₀ = π/4, R1 = R2 = R3 = 10 Ом, L1 = 1 мГн.

 

Вариант № 4.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10⁴ рад/с,

φ₀ = π/3, R1 = R2 = R3 =10 Ом, C1 = 10 мкФ.

 

 

Вариант № 5.

Дано: u(t)=Ucos(ωt + φ), U=1 В, ω₀ =10⁴ рад/с,

φ₀ = π/4. R1 = 100 Ом, R2 = R3 = 10 Ом, C1 = 2 мкФ.

 

 

Вариант № 6.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10⁴ рад/с,

φ₀ = π/3. R1 = 100 Ом, R2 = R3 = 10 Ом, L1 = 10 мГн.

Вариант № 7.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с,

φ₀ = π/4. R1 = 100 Ом, R2 = 10 Ом, C1 = 10 мкФ.,

L1 = 10 мкФ.

 

Вариант № 8.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/3.

R2 = 10 Ом, R1 = 100 Ом, L1 = 10 мГн., L2 = 5 мГн.

Вариант № 9.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/4.

R1 = 100 Ом, R2 = 10 Ом, C2 = 2 мкФ., C1 = 1 мкФ.

.

Вариант № 10.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с,

φ₀ = π/4. R1 = R2 = R3 = 100 Ом, C1 = C2 = 1 мкФ.

Вариант № 11.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с,

φ₀ = π/4. R1 = 1 кОм, R2 = R3 = 10 Ом, C1 = 0.01 мкФ,

L1 = 0.5 мГн.

Вариант №12.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10⁴ рад/с,

φ₀ = π/4. R1 = R2 = 10 кОм, C1 = 0.01 мкФ., L1 = 1 мГн.

 

Вариант № 13.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10⁴ рад/с, φ₀ = π/3.

R1 = 50 Ом, C1 = 0.01 мкФ., C2 = 0.02 мкФ., L1 = 10 мГн.

 

 

Вариант № 14.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с,

φ₀ = π/4. C1 = 1 мкФ., C2 = 5 мкФ., L2 = 2 мГн., L1 = 10 мГн.

 

Вариант № 15.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/4. R1 = 10 Ом, L1 = 4 мГн., L2 = 2 мГн, L3 = 1 мГн.

 

 

Вариант № 16.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10⁵ рад/с,

φ₀ = π/2. R1 = 10 Ом, C1 = 0.01 мкФ., L1 = 0.05 мГн,

L2 = 0.1 мГн.

 

Вариант № 17.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10⁴ рад/с, φ₀ = π/4.

R1 = 10 Ом, C2 = 0.5 мкФ.,C1 = 0.2 мкФ., L1 = 0.01 мГн.

 

Вариант № 18.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/4. R1 = 10 Ом, C1 = C2 = 1 мкФ., C3 = 5 мкФ.

 

 

Вариант № 19.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ),U = 1 В, ω₀ = 10⁴ рад/с, φ₀ = π/3.

R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом, C1 = 0.01 мкФ.,L1 = 0.1 мГн.

 

 

Вариант № 20.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ),U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/4. R1 = 10 Ом, R2 = 10 кОм, L1 = 0.5 мГн.,C1 = 0.01 мкФ.

 

 

Вариант № 21.

Дано: u(t)=Ucos(ωt + φ), U=1 В, ω₀ =10⁵ рад/с, φ₀ = π/2. R1=R2=100 Ом, L2=20 мГн.,L1=5 мГн

 

Вариант № 22.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/3.

R1 = 10 Ом, R2 = 10 кОм, C1 = 0.2 мкФ., L1 = 0.02 мГн.

Вариант № 23.

Дано: u(t)=Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/4.

R1 = R2 = 100 Ом, C1 = 5 мкФ., C2 = 1 мкФ.

 

 

Вариант № 24.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/3. R1 = 10 кОм, R2 = 10 Ом, C1 = 0.01 мкФ., L1 = 0.2 мГн.

 

Вариант № 25.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с,

φ₀ = π/4. R1 = R2 =10 кОм, R3 = 100 Ом, C1 = 0.02 мкФ, L1 = 0.5 мГн.

 

Вариант № 26.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/4.

R1 = 10 Ом, R2 = 100 кОм, С1 = 1000 пФ, L1 = 0.1 мГн.

 

 

Вариант № 27.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/4.

R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом, С1 = 1000 пФ, L1 = 0.1 мГн.

Вариант № 28.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10 рад/с, φ₀ = π/4.

R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом, С1 = 1000 пФ, L1 = 0.1 мГн.

Вариант № 29.

Дано: u(t)=Ucos(ωt+φ), U=1 В, ω₀ =10 рад/с, φ₀ = π/4.

R1=10 Ом, R2=10 кОм, С1=500 пФ, L1=0.01 мГн.

Вариант № 30.

Дано: u(t) = Ucos(ωt + φ), U = 1 В, ω₀ = 10⁴ рад/с, φ₀ = π/4.

R1=10 Ом, R2=20 Ом, С1=1000 пФ, L1=0.1 мГн

 

Задание 4

Найти полную, активную и реактивную мощности, потребляемые нагрузкой, для цепи рассчитанной в задании 3,

Методические указания к выполнению контрольной работы по разделу Основы электротехнтки

Методические указания к выполнению задания 1.

Решение этой задачи требует знания закона Ома для всей цепи и ее участков, первого закона Кирхгофа и методики определения эквивалентного сопротивления цепи при смешанном соединении резисторов.

Электрические цепи подразделяются на простые и сложные. Цепь, в которой имеется единственный путь для тока, называется простой цепью. Расчет тока в такой цепи (рис. 2.4) осуществляется по закону Ома

где R_OБЩ – общее сопротивление потребителей (нагрузки); U – напряжение на зажимах источника ЭДС.

При последовательном соединении приемников

R_OБЩ = R₁ + R₂.

Рис. 2.4. – Простая электрическая цепь с последовательным соединением элементов

Рис. 2.5. – Сложная электрическая цепь

Цепь, в которой имеется три (или более) пути для токов, называется сложной цепью (рис. 2.5).

Сложная цепь состоит из узлов и ветвей. Ветвь – это участок электрической цепи, обтекаемый одним током. Все элементы ветви (источники, приёмники) соединены последовательно. В электрической цепи количество токов равно количеству ветвей.

Узел – это место соединения трех или более ветвей (узлы "а" и "б" на рис. 2.5).

Контур-состоит из ветвей, которые образуют замкнутый путь для протекания электрического тока.

Законы Кирхгофа

∑I = 0. Поскольку речь идет об алгебраической сумме ∑I, необходимо учитывать… I1 + I2 - I3 = 0.

Преобразования в электрических цепях

При расчётах сложных электрических цепей применяют формулы последовательного (смотреть пункт 2.1), параллельного, смешанного соединения элементов, а также преобразования "треугольника" в "звезду" и обратно. Рассмотрим эти соотношения.

Параллельное соединение (рис. 2.6)

Рис. 2.6. – Параллельное соединение элементов

При таком соединении элементов общее сопротивление определяется выражением

При двух сопротивлениях, соединенных параллельно

Если R₁ = R₂ = … R_n, то

где п – число параллельно соединенных элементов.

Смешанное соединение (рис. 2.7)

Смешанным соединением называют сочетание последовательного и парал­лельного соединений резисторов.

При смешанном соединении элементов для эквивалентного преобразования пользуются методом последовательных эквивалентных преобразований, т.е. последовательно преобразуются участки цепи, имеющие простое (только последовательное, или только параллельное) соединение элементов.

Поясним это на конкретном примере расчета электрической цепи (рис.1.3).

 

Рис.1.3. Смешанное соединение элементов.

Рис. 2.7. – Смешанное соединение элементов

2.3.3. Преобразование "треугольника" в "звезду" (рис. 2.8)

2.2.4. Преобразование "звезды" в "треугольник" (рис. 2.8)

Рис. 2.8. – Соединение сопротивлений в "треугольник" и "звезду"

Расчет разветвленной электрической цепи с одним источником энергии

Для расчета электрических цепей с одним источником энергии применяется метод эквивалентных преобразований, заключающийся в постепенном… Пример 1: Рассчитать эквивалентное сопротивление цепи Rэкв и, токи в каждом… Дано: R1 = 3 Ом; R2 = 2 Ом; R3 = 5 Ом; R4 = 10 Ом; E = 50 В.

Пример выполнения задачи 1.

Для электрической цепи постоянного тока, приведенной на рис. 4:

1. Рассчитать эквивалентное сопротивление цепи.

2. Рассчитать ток в каждом резисторе.

3. Проверить выполнение первого закона Кирхгофа во всех узлах схемы и второго Закона Киhхгофа для одного из контуров.

4. Определить мощности, рассеиваемые на резисторах схемы.

5. Проверить выполнение баланса мощностей

Рис. 4. Электрическая цепь постоянного тока

1. Расчет эквивалентного сопротивления цепи проводим методом последовательных эквивалентных преобразований..

 

а) б) в)

Рис. 5. "Этапы эквивалентного преодразования электрической цепи

Эквивалентное сопротивление ветвей R₃ и R₄ соединенных параллельно определяем по формуле:

,

.

Эквивалентное сопротивление элементов R₂, R₃₄ и R₅, соединенных последовательно находим по формуле:

,

.

Эквивалентное сопротивление всей цепи (R₂₃₄₅ и R₁ -соединены параллельно):

,

.

2. Рассчитаем токи во всех ветвях.

Ток, потребляемый цепью от источника питания:

,

_.

Ток в ветви R1:

Ток в ветви R₂₃₄₅:

,

.

Определяем потенциал узла «б»:

,

.

Определяем потенциал узла «в»:

.

Очевидно, что I₅ = I₂, откуда

.

Определяем разность потенциалов между узлами «б» и «в»:

,

.

Определяем токи в ветвях R3 и R4:

,

;

,

.

3. Проверяем выполнение первого закона Кирхгофа для токов в узлах.

Для узла «а»: ,

.

Для узла «б»: ,

.

Для узла «в»: ,

.

Проверяем выполнение второго закона Кирхгофа для контура R₅, R₃, R₂, R₁:

,

,

.

4. Определяем мощности, рассеиваемые на резисторах:

,

;

,

;

,

;

,

;

,

.

5. Проверяем выполнение баланса мощностей.

Мощность, потребляемая цепью от источника питания:

,

.

Составляем уравнение для проверки баланса мощностей:

,

,

.

Баланс мощностей выполняется.

 

Методические указания к выполнению задания 2.

Методы расчета цепей постоянного (переменного) тока

Под расчетом цепи, в общем случае, понимают нахождение токов во всех ветвях схемы.

Основные методы расчета:

1. Метод токов ветвей.

2.Метод контурных токов.

3. Метод узловых напряжений.

4. Метод наложения.

5. Метод эквивалентных преобразований

Метод токов ветвей

• Последовательность расчета следующая: 1. Проводят топологический анализ схемы. 1.1. обозначают токи во всех ветвях (I1, I2, …,Iв), произвольно выбирают их положительное направление и обозначают на…

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа

Число ветвей обозначим m, а число узлов n. Произвольно выбираем положительные направления токов в ветвях и направления обхода контуров. Поскольку в… Рис. 2.20. Схема замещения сложной электрической цепи с несколькими… 1. Проводим топологический анализ.

Метод контурных токов

Все источники сигналов, представленные источниками тока, заменяют источниками ЭДС (рис. 4.29). Эта схема эквивалентна, если а) E = IZiI;

Методические указания к решению задач 3 и 4. .

В результате изучения темы «Электрические цепи синусоидального тока» слушатель должен: знать содержание терминов: резистор, сопротивление, индуктивная катушка,… понимать особенности энергетических процессов в электрических цепях синусоидального тока;

Комплексное сопротивление элемента (участка цепи)

. (1.6) где Z –модуль комплексного сопротивления, φ=ψu - ψi – начальная… По виду записи комплексного сопротивления можно судить о характере участка цепи: Z=R – активное (резистивное)…

Пример 2.

Активное сопротивление катушки R_к=6 Ом, индуктивное X_l=10 Ом. Последовательно с катушкой включено ативное сопротивление R=2Ом и конденсатор сопротивлением х_с=4 Ом (рис.2,а). К цепи приложено напряжение U=50В ( действующее значение). Определить :1) полное сопротивление цепи;2)ток;3)коэффициент мощности;4)активную, реактивную и полную мощности;5) напряжения на каждом сопротивлении. Начертите в масштабе векторную диаграмму цепи.

Решение:

 

1.Определяем полное сопротивление цепи

2.Определяем ток

3.Определяем коэффициент мощности цепи

по таблицам Брадиса находим j=36⁰50’ . Угол сдвига фаз j находим по синусу во избежание потери знака угла ( косинус является четной функцией)

4.Определяем активную мощность цепи

или

Здесь

5.Определяем реактивную мощность цепи

6.Определяем активную мощность цепи

или

7.Определяем падение напряжения на сопротивлениях цепи

; ; ;

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

Вдоль вектора тока откладываем векторы падения напряжения на активных сопротивления U_Rк и U_R:

Из конца вектора U_R откладываем в сторону опережения вектора тока на 90⁰ вектор падения напряжения U_L на индуктивном сопротивлении длиной .Из конца вектора U_I откладываем в сторону отставания от вектора тока на 90⁰ вектор падения напряжения на конденсаторе U_C длиной . Геометрическая сумма векторов U_Rк, U_R, U_L и U_C равна полному напряжению U, приложенному к цепи .

 

Пример 3.

На рис. 3,а задана векторная диаграмма для неразветвленной цепи, ток I и падения напряжений на каждом сопротивлении ( U₁, U₂ и т.д.) Определить характер и величину каждого сопротивления, начертить эквивалентную схему цепи, вычислить приложенное напряжение и угол сдвига фаз j.

Решение:

1.Из векторной диаграммы следует, что напряжение U₁ отстает от тока на угол 90⁰. Следовательно, на первом участке включен конденсатор, сопротивление которого

Вектор напряжение на втором участке U₂ направлен параллельно вектору тока, т.е. совпадает с ним по фазе. Значит, на втором участке включено активное сопротивление

Вектор напряжения на третьем участке U₃ опережает вектор тока на угол 90⁰, что характерно для индуктивности, сопротивление которой

На четвертом участке включено активное сопротивление

Эквивалентная схема цепи приведена на рис. 3, б.

2.Из векторной диаграммы определяем значение приложенного напряжения и угол сдвига фаз:

.

Пример:

К электрической цепи, рис. 3.12, а, подведено синусоидальное напряжение частотой f = 50 Гц с действующим значением U = 100 В. Параметры элементов схемы: R₁ = 30 Ом, L = 0,1 Гн, C = 50 мкФ, R₂ = 20 Ом. Определить токи в ветвях схемы и показания приборов. Составить баланс мощности. Построить в масштабе векторную диаграмму токов и напряжения.

Рис. 3.12 – Параллельная цепь:
а) схема замещения; б) векторная диаграмма

 

Решение

Z1 = R1 + jXL, где XL = jωL = 2πfL = 6,28∙50∙0,1 = 31,4 Ом;

Контрольные вопросы к экзамену (зачету)

Контрольные вопросы к зачету (экзамену ) по разделу "Основы электротехники".

 

1. Электробезопасность. Характеристики поражения человека электрическим током.

2. Основные определения: электротехника, электричество, электрическое поле, потенциал, напряжение, электрический ток, источники тока , электродвижущая сила (ЭДС), закон Ома , законы Кирхгофа.

3. Электрическая цепь. Пассивные и активные элементы цепи. Параметры электрической цепи.

4. Расчет электрических цепей постоянного тока методом законов Кирхгофа, методом контурных токов.

5. Энергия и мощность постоянного тока. Баланс мощностей.

6. Переменный ток. Однофазный синусоидальный ток. Основные параметры: мгновенные, действующие и средние значения тока, напряжения и ЭДС. Генерирование переменного тока.

7. Представление переменного тока комплексными величинами. Метод комплексных диаграмм.

8. Метод комплексных амплитуд. Закон Ома и законы Кирхгофа в комплексной форме.

9. Активное сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока.

10. Последовательная и разветвленные цепи переменного тока с активным сопротивлением, емкостью и индуктивностью. Резонанс тока. Резонанс напряжения.

11.Мощность и энергия в цепи переменного тока. Активная, реактивная и полная мощность. Единицы измерения. Баланс мощностей.

12.Трехфазные электрические цепи. Основные определения. Линейные и фазные токи и напряжения. Маркировка фазы. Способы соединения генераторов и приемников типа звезда и треугольник. Трехпроводные и четырехпроводные цепи. Нейтральный провод.

13. Короткое замыкание фазы. Разрыв линейного провода. Мощность в цепи трехфазного тока.

14. Нелинейные электрические цепи. Аппроксимация нелинейных характеристик.

15. Расчет цепей постоянного тока с одним или несколькими нелинейными элементами.

16. Основные магнитные величины. Магнитные цепи постоянного тока.

17. Магнитные цепи переменного тока. Ферромагнитные материалы.

18. Расчет катушки с магнитопроводом и воздушным зазором.

19. Энергия и основные потери в магнитопроводе.

20 Трансформатор. Основные режимы работы.

21. Устройство и принцип действия машин постоянного тока.

22. Генератор постоянного тока. Основные характеристики.

23.Двигатель постоянного тока. Основные характеристики.

24.Устройство и принцип действия машины переменного тока.

25. Асинхронный двигатель. Основные характеристики.

26. Синхронный генератор. Основные характеристики.

 

Темы рефератов.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

  Таблица 5 № п/п Тема дисциплины …  

Методические указания к выполнению контрольной работы по разделу Основы Электронике

Электроника представляет собой область науки и техники, охватывающую изучение и применение электронных и ионных явлений, протекающих в вакууме, газах, жидкостях, твердых телах и плазме, а также на их границах. Техническая электроника занимается изучением теории и практики применения электронных и ионных приборов, устройств, систем и установок в различных областях человеческой деятельности – науке, промышленности, связи, сельском хозяйстве, строительстве, транспорте и др.

1. Физические основы работы полупроводниковых приборов

С начала 50-х г. г. прошлого века, после изобретения транзистора, начался расцвет полупроводниковой электроники, которая практически полностью вытеснила ламповую.

К полупроводникам относят материалы, занимающие по своему удельному сопротивлению промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. При производстве полупроводниковых приборов наибольшее применение нашли германий Ge и кремний Si. У идеальных кристаллов германия и кремния, относящихся к четвертой группе периодической системы Менделеева, все валентные электроны образуют связанную пару. Такие идеальные кристаллы не проводят электрический ток.

При добавлении в кристалл кремния элементов из пятой группы, например сурьмы Sb или фосфора P появляется несвязанный, свободный электрон. Таким образом, в кристалле кремния возникает электронная проводимость, а полупроводник называется n – типа. Примесь, образующая электронную проводимость, называется донорной.

Добавление в кремний трехвалентной примеси, например, галлия Ga или индия In приводит к тому, что три валентных электрона индия участвуют в образовании ковалентных связей с атомом кремния, а одна связь остается свободной. Таким образом, для образования четвертой ковалентной связи примесным атомам не хватает по одному электрону. В кристалле кремния образуется "дырка", способная присоединить свободный электрон. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной проводимостью или полупроводником p - типа, а соответствующая примесь называется акцепторной.

Под действием внешнего электрического поля в полупроводнике n – типа наблюдается движение электронов в направлении поля, в полупроводнике p- типа происходит движение дырок, имеющих положительный заряд, в обратном направлении. Хотя в обоих рассмотренных случаях в образовании электрического тока участвуют только электроны, введение фиктивных дырок с положительным зарядом удобно с методической точки зрения. Подвижные носители электрического заряда, которые преобладают в полупроводнике данного типа, называются основными, остальные – неосновными. В полупроводнике n – типа основными носителями заряда являются электроны, а неосновными – дырки. В полупроводнике p - типа основные носители заряда – дырки, не основные – электроны. Электроны и дырки в кристалле полупроводника находятся в состоянии хаотического теплового движения.

Действие электрического поля из хаотического движения электронов и дырок приводит к направленному движению зарядов в кристалле. Возникает электрический ток, который называется дрейфовым током. Причиной, вызывающей электрический ток в полупроводнике, может быть не только электрическое поле, но и градиент концентрации подвижных носителей заряда. В соответствии с законами теплового движения возникает диффузия электронов и дырок из области с большей их концентрацией в область с меньшей концентрацией, причем плотность диффузионного тока пропорциональна градиенту концентрации носителей заряда. Таким образом, электрический ток в полупроводниках, обусловленный движением электронов и дырок, имеет дрейфовую и диффузионную составляющие.

Электронно-дырочный переход

Наличие зарядов противоположных знаков на границе между р - и n областями приводит к появлению между этими областями так называемой контактной… Рис. 6.1. Включение p-n перехода. Вольтамперная характеристика p-n перехода … При прямом подключении к р - и n областям внешнего электрического поля, направленного навстречу диффузионному, при Евн…

Источники вторичного электропитания

Структурная схема ИВЭП, получающего энергию от сети переменного тока, показана на рис. 6.4. Трансформатор Тр предназначен для изменения уровня… Часто под выпрямителем понимают рассмотренную схему без стабилизатора…

Сглаживающие фильтры питания

Сглаживающие фильтры питания предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Принцип работы простой – во время действия полуволны напряжения происходит заряд реактивных элементов (конденсатора, дросселя) от источника – диодного выпрямителя, и их разряд на нагрузку во время отсутствия, либо малого по амплитуде напряжения.

Основные схемы сглаживающих фильтров питания

1 / (ωС) << Rн Во время действия синусоидального сигнала, когда напряжение на диоде… Чем больше емкость С и сопротивление нагрузки Rн, тем медленнее разряжается конденсатор, тем меньше пульсации и тем…

Порядок расчета выпрямителя напряжения

В табл. 6.3. приведены формулы для расчета схем выпрямителей, приведенных на рис. 6.5 – 6.10. Для определения параметров элементов выпрямителя… 1. Внутреннее сопротивление вентиля ,

Пример расчета выпрямителя напряжения.

Требуется рассчитать выпрямитель для зарядного устройства по следующим данным: номинальное выпрямленное напряжение U₀ = 15 В; номинальный выпрямленный ток I₀ = 7 А; допустимый коэффициент пульсаций K_П% = 1,5; напряжение питающей сети U_С = 220 В; частота сети f = 50 Гц. В качестве исходной схемы возьмем мостовую схему, рис. 6.7, выполненную с использованием германиевых диодов..

1. Структурная схема вторичного источника питания приведена на рис. Рядом с ней приведено название и назначение всех составных частей схемы.

2. Выбираем схему выпрямителя согласно номера варианта, приводим ее в отчет и поясняем назначение всех элементов схемы.

Схема выпрямителя напряжения приведена на рис.6.7 . В ней

Тр - трансформатор напряжения, служит для преобразования амплитуды переменного напряжения до необходимой величины;;

диоды VD1-VD4 образуют схему мостового выпрямителя ;

конденсатор С₀ служит сглаживающим фильтром, уменьшая пульсации напряжения на нагрузке;

резистор Rн я является нагрузкой выпрямителя.

3. Выполнить расчет трансформатора (т.е. определить его мощность по вторичной обмотке, коэффициент трансформации, определить его типовую мощность).

3.1. Рассчитаем внутреннее сопротивление диода

где U_пр – прямое падение напряжения на вентиле (0,4 – 0,5 В для германиевых диодов и 1,0 – 1,1 В для кремниевых диодов), k_В – коэффициент, учитывающий динамические свойства характеристики диода (2,0 – 2,2 для германиевых диодов и 2,2 – 2,4 для кремниевых диодов), I_ОВ – среднее значение тока вентиля выбирается по табл. 6.3 для соответствующей схемы выпрямления.

3.2. Рассчитаем активное сопротивление обмоток трансформатора.

где k_r – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, определяется по таблице 7; B – магнитная индукция в сердечнике, Т. Величину магнитной индукции В для трансформаторов мощностью до 1000 Вт можно предварительно принимать равной 1,2 – 1,6 Т для сети с частотой тока 50 Гц и 1,0 – 1,3 Т для сети с частотой тока 400 Гц; f – частота переменного тока питающей сети; s – число стержней сердечника трансформатора (s = 1 для броневой, s = 2 для стержневой и s = 3 для трехфазной конфигурации магнитопровода).

3.3.Активное сопротивление фазы выпрямителя

R = R_B + R_ТР = 0,31 + 0,104 = 0,414 Ом.

Определим основной расчетный коэффициент выпрямителя А:

Определим вспомогательные коэффициенты В и D по графикам на рис. 6.11.

Получаем :В = 1,1; D = 2,1.

Определим параметры трансформатора (таблица 6.3)

Действующее напряжение вторичной обмотки

U₂ = B·U₀ = 1,1·15 = 16,5 В.

Действующий ток вторичной обмотки

Коэффициент трансформации km = U1/U2 . km = U1/U2=220/16,5= Рассчитаем действующий ток первичной обмотки I1 = 0,707 DI0/km,

Среднее значение тока диода

I_0В = 0,5I₀ = 0,5·7 = 3,5 A.

Действующее значение тока диода

I_В = 0,5DI₀ = 0,5·2,1·7 = 7,35 A.

Амплитудное значение тока диода

Число диодов 4. Для данного выпрямителя можно использовать диоды типа Д305, имеющие Uобр.… 5. Выполнить расчет сглаживающего фильтра.

Расчет емкости конденсатора фильтра

Выбираем электролитический конденсатор типа с рабочим напряжением 20 В и емкостью 8000 мкФ.   6.4. Биполярные транзисторы

Развернуть

Открыть в широком формате