Лекции.ИНФО


Электротехника с основами электроники.



Электротехника с основами электроники.

 

 

Методические указания и контрольные задания

для студентов-заочников.

 

для специальностей:

2514 «Аналитический контроль качества

химических соединений»

2505 «Технология переработки нефти и газа»

 

2002 год.

 

 

Методические указания составлены в соответствии с примерной программой по дисциплине «Электротехника с основами электроники», согласованной Управлением учебных заведений СПО министерства образования 1 июня 1997 года.

Одобрено предметно-цикловой комиссией общепрофессиональных и специальных дисциплин специальностей 2101 и 2202.

 

Председатель ПЦК Куконкова А.И.

Протокол №_____________ от _____________

Автор: преподаватель электротехники Лукомская А.Н.

Рецензенты: преподаватель ЯХМТ Куконкова А.И.

преподаватель ЯСТ Пластинина Л.И.

 

I. Пояснительная записка.

Учебной дисциплиной «Электротехника с основами электроники» предусматривается изучение основ электротехники, электрических измерений, электроники.

По данной дисциплине предусматривается выполнение одной домашней контрольной работы, охватывающей все разделы примерной учебной программы.

Материал, выносимый на установочные и обзорные занятия, а также перечень выполняемых лабораторных работ в данной работе прилагаются.

Установочные занятия имеют своей целью ознакомление студентов с программой дисциплины, методикой работы над материалом и выполнения домашней контрольной работы.

Варианты контрольной работы составлены применительно к действующей примерной программе по дисциплине. Выполнение домашней контрольной работы определяет степень усвоения студентами изучаемого материала и умения применять полученные знания при решении практических задач.

Обзорные лекции проводятся по сложным для самостоятельного изучения темам программы и должны помочь студентам систематизировать результаты самостоятельных занятий.

Лабораторные работы должны закрепить теоретическое знания, полученные при самостоятельном изучении и на обзорных лекциях, а также привить студентам практические умения по изучаемой дисциплине.

Учебный материал рекомендуется изучать в той последовательности, которая дана в примерном тематическом плане и каждой теме, для чего необходимо:

ознакомление с примерным тематическим планом и методическими указаниями по темам;

изучение программного материала по рекомендуемой литературе;

составление ответов на вопросы самоконтроля, приведённые после каждой темы.

 

В результате изучения учебной дисциплины студенты должны:

иметь представление:

о роли общепрофессиональных дисциплин в профессиональной деятельности;

знать:

основные законы электротехники, методы расчёта электрических и магнетических цепей, основы электроники, основные виды и типы электронных приборов.

уметь:

выполнять электрические измерения.

После изучения дисциплины предусмотрена сдача экзамена.

 

 

II. Примерный тематический план учебной дисциплины.

№ темы разделы и темы
  1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6   2.1 2.2 2.3   3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6   Введение Раздел 1. Основы электротехники Электрическое поле Электрические цепи постоянного тока Электромагнетизм Электрические измерения Однофазные электрические цепи переменного тока Трёхфазные электрические цепи переменного тока Раздел 2. Электрические машины и трансформаторы. Трансформаторы Электрические машины переменного тока Электрические машины постоянного тока Раздел3. Основы электроники. Полупроводниковые приборы Фотоэлектронные приборы Электронные выпрямители и стабилизаторы Электронные усилители Электронные генераторы и измерительные приборы. Интегральные схемы микроэлектроники

 

III. Литература.

1. Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. - М.: Энергия, 1978.

2. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. -М.: «Высшая школа» 1983.

3. Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника. -М.: Высшая школа, 1987.

4. Харченко В.М. Основы электротехники. -М.: Энергоатомиздат, 1982.

5. Можаев Н.С., Хорин Е.Ф. Лабораторные практикум по ТОЭ. -М.: ВИА, 1993.

6. Новиков П.Н., Кауфман В.Я., Толчев О.В., Ярочкина Г.В. Задачник по электротехнике. -М.: Высшая школа, 1992.

7. ГОСТ 19880-74 Электротехника. Основные понятия. Термины и определения.

8. Шихин А.Я., Электротехника. -М.: Высшая школа, 1991.

 

 

IV Методические указания по темам и вопросы

Для самоконтроля.

 

Введение

Необходимо понять, что такое электрическая энергия, её свойства, основные преимущества перед другими видами энергии, область применения.

Обратить внимание на значение электрификации страны, область применения.

Вопросы для самоконтроля.

1. Какие вопросы изучает электротехника?

2. Каковы основные преимущества электроэнергии переде другими видами энергии?

3. Каково назначение энергосистем?

4. Каковы перспективы развития электроэнергетики России?

Раздел 1. Основы электротехники.

Тема 1.1. Электрическое поле.

Всякое тело содержит большое количество элементарных частиц вещества, обладающих электрическими зарядами. Вокруг любого электрического заряда существует электрическое поле.

В результате изучения темы студент должен знать основные характеристики электрического поля, напряжённость, потенциал, напряжение и уяснить смысл этих понятий, определение, размерности и соотношения между ними.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое электрическое поле? Основные свойства поля?

2. Что называется электрическим зарядом? Образование и единицы измерения заряда?

3. Каковы основные характеристики поля?

4. Сформулируйте закон Кулона и запишите его формулу.

5. Чем отличаются проводники от диэлектриков?

6. Что называется электрической ёмкостью?

7. Как определяется ёмкость батареи при параллельном и последовательном соединении конденсаторов?

 

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется электрическим током?

2. Что такое электрическая цепь?

3. Какие существуют источники постоянного тока?

4. Каково различие между ЭДС и напряжением источника?

5. Что называется мощностью электрического тока?

6. Как рассчитать работу электрического тока?

7. Как звучит формулировка закона Ома для участка уцепи и полной цепи?

8. Что называется электрическим сопротивлением?

9. Формула сопротивления проводника?

10. Формулировка и формула закона Джоуля-Ленца?

11. Основные свойства последовательного и параллельного соединения резисторов?

12. Что называется потерей напряжения, как её уменьшить?

13. Что называется узлом схемы, ветвью, контуром?

14. Сформулируйте первый закон Кирхгофа.

15. Сформулируйте второй закон Кирхгофа.

16. В последовательной цепи проходит ток I=5А через внутреннее R0=0,2 Ом и внешнее R=2,8 Ом сопротивление источника. Чему равен ЭДС источника и напряжение на его выводах? Ответ E= 15В, U= 14В.

17. Три резистора R=15 Ом, R2=10 Ом, R3=5 Ом соединили последовательно и включили в цепь с напряжением U=120 В. Чему равна мощность потребляемая сопротивлением? Ответ: Р=440В.

18. Пять резисторов сопротивлениями R1=15 м, R2=10 Ом, R3=3 Ом, R4=2 Ом, R5=1 Ом соединили параллельно. Чему равен ток в третьем резисторе, если к цепи приложено напряжение 60 В? Ответ: Rобщ=0,5 Ом; I3=20 А.

 

 

Тема 1.3 Электромагнетизм.

В теме рассматриваются характеристики магнитного поля- магнитная индукция B, напряжённость магнитного поля Н, магнитная проницаемость m, сила перемещения проводника в магнитном поле F, магнитный поток Ф, магнитное напряжение UМ.

Следует уяснить физическую сущность явления намагничивания и перемагничивания ферромагнитных материалов, особенности их строения рассмотрев петлю Гистерезиса.

Расчёт магнитных цепей основан на законе полного тока. Важно правильно определить число слагаемых в правой части уравнения, выражающей закон полного тока. Число слагаемых определяется количеством различных материалов и различием сечений стержней магнитопровода в рассчитываемой магнитной цепи. Не следует забывать, что для ферромагнитных материалов напряжённость магнитного поля при соответствующей индукции в стержне определяется по кривым намагничивания, а для воздушных законов напряжённость рассчитывается по формуле: Н0=8·10В0.

При изучении электромагнитной индукции надо помнить, что электродвижущая сила наводится в проводнике при наличии изменяющегося магнитного поля. Необходимо обратить внимание на правило правой и левой руки, правило буравчика.

Следует уяснить сущность возникновения ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции, схожесть и различие этих явлений, практическое применение.

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Где существует магнитное поле?

2. Два направления тока в проводнике?

3. Как формулируется правило буравчика?

4. Перечислите характеристики магнитного поля?

5. Почему проводник с током перемещается в магнитном поле?

6. При каких условиях в проводниках наводится ЭДС индукции?

7. Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

8. Какое явление называется самоиндукцией?

9. Формула индуктивности, единица измерения.

10. Какое явление называется взаимоиндукцией?

11. Формула взаимной индуктивности.

12. Обратите процесс намагничивания ферромагнитных материалов?

13. Магнитная цепь, её виды.

14. Сформулируйте законы Ома и Кирхгофа для магнитной цепи?

15. Запишите формулу для сопротивления магнитной цепи.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется измерением?

2. Какие бывают погрешности приборов и их формулы?

3. Какие бывают системы измерительных приборов?

4. В каких положениях могут работать приборы?

5. Расшифруйте все знаки на шкале любого измерительного прибора.

6. Как включаются в электрическую цепь амперметр и вольтметр?

7. В чём особенность включения ваттметра в электрическую цепь?

8. Каково назначение шунта и добавочного сопротивления?

9. Как можно подобрать добавочное сопротивление?

10. Почему шунт включается параллельно измерительному механизму?

11. Какими методами и приборами можно измерять сопротивления?

12. В чём особенность работы прибора электромагнитной системы?

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Записать уравнение переменной величины.

2. Направление задано уравнением U=120 sin (628 t + p/6)B

Определить амплитудное, действующее значение напряжения, условную частоту, частоту и период, начальную фазу.

3. Как рассчитывается ёмкость и индуктивное сопротивление?

4. Что представляет собой треугольник мощности?

5. Что происходит в цепи с активным сопротивлением?

6. Как ведут себя ток и напряжение в цепи с индуктивностью?

7. Как ведут себя ток и напряжение в цепи с ёмкостью?

8. Как рассчитать общее сопротивление для цепи с последовательным соединением R и XL.

9. Как называется cos j?

10. При каких условиях возникает резонанс напряжения?

11. Что называется колебательным контуром?

12. Какими свойствами обладает цепь при резонансе?

13. Как рассчитать общее сопротивление для цепи с R, L, C. Записать закон Ома для этой цепи.

14. Зарисуйте векторную диаграмму для резонанса напряжения.

15. Запишите условие возникновения резонанса токаю

16. Свойства параллельного колебательного контура при резонансе тока.

17. Каково технико-экономическое значение cos j и пути его повышения.

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется трёхфазной системой переменного тока?

2. Какое соединение называется соединением звездой?

3. Какое соединение называется соединением треугольником?

4. Основные соотношения между линейными и фазными токами и напряжения для звезды и для треугольника.

5. Что называется линейным проводом?

6. Что называется нулевым током? При каком соединении есть нулевая точка?

7. Какова роль нулевого провода?

8. В чём преимущества четырёхпроводной системы перед трёх проводной?

 

Тема 2.1 Трансформаторы.

При изучении данной темы обратить внимание на классификацию трансформаторов, устройство и принцип действия однофазного трансформатора (при этом вспомнить явление взаимоиндукции). Обратить внимание на то, что магнитопровод трансформаторы делается не сплошным, а из листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи, разобраться с параметрами трансформатора –U1, U2, W1, W2, R, h. Познакомиться с режимами работы трансформатора – холостой од, короткое замыкание, нагрузочный режим, рассмотрев работу на векторных диаграммах. Посмотреть характеристики трансформатора.

Особое внимание уделить трёхфазным трансформаторам, автотрансформаторам, их конструкциям, особенностям и работе.

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется трансформатором?

2. Какие бывают виды трансформаторов в зависимости от конструкции, от числа фаз, от напряжения?

3. Что называется коэффициентом трансформации и какие значения он может принимать?

4. Как рассчитать к.п.д. однофазного трансформатора?

5. Что понимается под режимом х.х. трансформатора, где имеет место этот режим?

6. Что понимается под режимом к.з., чем он опасен?

7. В чём отличие трёхфазного трансформатора от однофазного?

8. В чём особенность конструкции автотрансформатора?

9. Какие потери возникают в трансформаторе?

10. Чем характеризуется нагрузочный режим работы трансформатора?

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется электрической машиной?

2. Какая электрическая машина называется двигателем?

3. Какая электрическая машина называется генератором?

4. Какая электрическая машина называется асинхронной?

5. Приведите формулы частоты вращения ротора и частоты вращения магнитного поля статора.

6. Что называется скольжением?

7. Что называется статором, основные элементы статора асинхронного двигателя?

8. Из каких основных элементов состоит короткозамкнутый ротор, его достоинства и недостатки?

9. Из каких основных элементов состоит фазный ротор, его достоинства и недостатки?

10. Принцип работы асинхронного двигателя?

11. Какие методы пуска применяются для асинхронных двигателей с фазным ротором?

12. Какие методы пуска применяются для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

13. Чему равно скольжение при пуске двигателя?

14. От чего зависит частота вращения ротора асинхронного двигателя?

15. Как определяется ЭДС Е2, наводимая в роторе?

16. Как можно регулировать частоту вращения ротора?

17. Какую электрическую машину называю синхронной?

18. Какое исполнение ротора есть у синхронной машины?

19. Опишите конструкцию ротора с явно выраженными полюсами и с неявно выраженными полюсами?

20. В чём заключается работа синхронной машины?

21. Где наиболее широко применяются синхронные генераторы?

22. Где наиболее широко применяются асинхронные двигатели?

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Из каких двух основных частей состоит машина постоянного тока?

2. Что называется индуктором, его устройство?

3. Что называется якорем, его устройство?

4. Назначение и устройство коллектора?

5. Объясните работу генератора постоянного тока (на примере рамки в магнитном поле).

6. Как различаются машины постоянного тока по способу возбуждения?

7. Что называется реакцией якоря?

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Как получают проводимость р и n типа?

2. Как образуется р-n переход?

3. Дайте определение полупроводниковому диоду?

4. Как устроен и в чём заключается работа полупроводникового диода?

5. Что называется вольтамперной характеристикой, поясните её для полупроводникового диода?

6. Что называется транзистором?

7. Какие бывают виды транзисторов?

8. Поясните принцип работы транзистора p-n-p?

9. Какие бывают схемы включения транзисторов?

10. Дайте определение тиристору?

11. Как устроен и в чём заключается работа тиристора?

12. В чём принципиальное отличие биполярных транзисторов от полярных?

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется фотоэлементом?

2. Как устроен и в чём заключается работа фоторезистора?

3. В чём заключается внешний фотоэффект?

4. Для чего применяются фотодиоды?

5. В чём особенность светодиодов?

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется выпрямителем?

2. Какие существуют схемы выпрямления?

3. В чём заключается работа однопериодной схемы выпрямления, её основные недостатки?

4. Как работает двухполупериодная схема выпрямления с выводом средней точки трансформатора?

5. Какие основные преимущества мостовой схемы выпрямления?

6. Объясните процесс выпрямления с помощью мостовой схемы.

7. Для какой цели применяются фильтры?

8. В чём заключается работа полупроводникового стабилизатора напряжения?

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Для чего служат усилители?

2. Какие основные показатели работы усилителей?

3. Какую роль играет обратная связь в усилителях?

4. В чём заключается смысл коэффициентов усиления?

5. Каково назначение многокаскадных усилителей?

6. В чём заключается принцип усиления напряжения?

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Каковы основные элементы генератора синусоидального напряжения?

2. Как работают генераторы пилообразных напряжений, где они применяются?

3. Как устроен симметричный мультивибратор, каково его назначение?

4. Каково назначение и устройство электронно-лучевой трубки?

5. Поясните принцип работы электронно-лучевой трубки.

6. Каково назначение и основные элемента осциллографа?

7. Объясните устройство и назначение, работу электронного вольтметра.

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется интегральной микросхемой?

2. В чём заключается процесс изготовления интегральной микросхемы?

3. В чём особенности плёночных интегральных микросхем?

4. Какие интегральные микросхемы называют гибридными?

5. Какие элементы входят в интегральные микросхемы?

 

Задание на контрольную работу.

В контрольную работу входят четыре задачи из раздела 1.2 и один теоретический вопрос из раздела 4.

 

Вариант Номера задач для контрольной работы Номер вопроса

 

Задача № 1.

Решение этой задачи требуется знания закона Ома для всей цепи и её участников, первого закона Кирхгофа и методики определения эквивалентного сопротивления цепи при смешанном соединении резисторов. Содержание задачи и схемы цепей с соответствующими данными приведены в условии и таблице 1.

Перед решением задачи рассмотрите типовой пример 1.

 

Пример 1.

Для схемы, приведённой на рисунке 1, определить эквивалентное сопротивление цепи RAB, токи в каждом резисторе и напряжении UAB, приложенное к цепи. Заданы сопротивления резисторов и ток I4 в резисторе R4. Как изменятся токи в резисторах при: 1) замыкании рубильника Р1;

2) расплавлении вставки предохранителя Пр4? В обоих случаях напряжение UAB остаётся неизменным

 

а)

 

б) в)

 

 

г) д)

 

е) ж)

 

Решение.

Задача относится к теме «Электрические цепи постоянного тока». После усвоения условия задачи проводим поэтапное решение, предварительно обозначив стрелкой направление тока в каждом резисторе. Индекс тока должен соответствовать номеру резистора по которому он проходит.

1. Определяем общее сопротивление разветвления R2, R3. Соединены параллельно, поэтому R2,3= = =6 Ом

Теперь схема цепи принимает вид, показанный на рисунке 1-б.

2. Резисторы R2,3 и R5 соединены последовательно, их общее сопротивление R2,3,5=R2,3+R5=6+4=10 Ом

Соответственно схема приведена на рисунке 1в.

3. Резисторы R2,3,5 и R4 соединены параллельно, их общее сопротивление

R2,3,4,5= =5 Ом

Теперь схема цепи имеет вид, приведённый на рисунке 1г.

4. Находим эквивалентное сопротивление всей цепи:

RАВ=R1+R2,3,4,5=5+5=10 Ом (рис 1-д)

5. Зная силу тока I4, находим напряжение на резисторе R4:

U4=I4R4=5·10=50 В.

Это же напряжение приложено к резисторам R2,3+R5 (рис 1-б). Поэтому ток в резисторе R5 I5=U4/R2,3+R5=50/6+4=5 A

6. Находим падение напряжения на резисторе R5:

U5=I5·R5=5·4=20 В

Поэтому напряжение на резисторах R2,3

U2,3=U4-U5=50-20=30 В.

7. Определяем токи в резисторах R2 и R3:

I2= = =2 А; I3= = =3 A.

Применяя первый закон Кирхгофа, находим ток в резисторе R1:

I1=I2+I3+I4=2+3+5=10 A.

8. Вычисляем падение напряжения на резисторе R1:

U1=I1·R1=10·5=50 В.

9. Находим напряжение UАВ, приложенное ко всей цепи:

UAB=I1·RAB=10·10=100 B или UAB=U1+U4=50+50=100 B.

10. При включении рубильника Р1 сопротивление R1 замыкается накоротко и схема цепи имеет вид, показанный на рисунке 1-е. Эквивалентное сопротивление цепи в этом случае RAB=R2,3,4,5=5 Ом.

Поскольку напряжение UAB остаётся равным 100 В, можно найти токи в резисторах R4 и R5:

I4= = =10 A; I5= = =10 A.

Определим падение напряжения на резисторе R5:

U5=I5·R5=10·4=40 B

Поэтому напряжение на резисторах R2, R3

U2, 3=UAB -U5=100- 40= 60B.

Теперь можно найти токи в резисторах R2 и R3:

I2=U2, 3 /R2=60/15= 4A; I3=U2, 3 /R3= 60/10= 6A

Проверим правильность вычисления токов, используя первый закон Кирхгофа:

I=I2+I3+I4 = 4+6+10=20A.

Однако

I=UAB/R2, 3, 4, 5 =100/5=20A

Таким образом, задача решена, верно.

11. При расплавлении предохранителя Пр4 резистор R4 выключается и схема принимает вид, показанный на рисунке 1ж.

Вычисляем эквивалентное сопротивление схемы:

Поскольку напряжение UAB остается неизменным, находим токи I1 и I5:

I1=I5=UAB /RAB=100/15= 6,67 A

Напряжение на резисторах R2, R3:

U2, 3=I1 R2, 3 = 6, 67×6= 40B

Находим токи I2, I2:

I2=U2, 3 /R2 = 40/50 = 2,67A; I3=U2, 3 /R3= 40/10 = 4A.

Сумма токов равна току I1:

I1=I2+I3= 2,67 + 4 = 6,67A.

Задача №2.

Эта задача относится к расчету неразветвленных цепей переменного тока.

Перед решением изучите материал – однофазные цепи переменного тока, ознакомьтесь с методикой построения векторных диаграмм и рассмотрите типовой пример 2.

Пример 2.

Активное сопротивление катушки RК=6 Ом, индуктивное ХL=10 Ом. Последовательно с катушкой включено активное сопротивление R=2 Ом и конденсатор сопротивления ХС= 4 Ом (рис. 2а). К цепи приложено напряжение U=50 В (действующее значение). Определить: 1) полное сопротивление цепи; 2) ток; 3)коэффициент мощности; 4) активную, реактивную и полную мощности; 5) напряжение на каждом сопротивлении. Начертите векторную диаграмму цепи.

Решение.1. Определяем полное сопротивление цепи:

Ом.

2. Определяем ток:

I = U/Z = 50/10= 5 A.

3. Определяем коэффициент мощности цепи:

;

По таблицам Брадиса находим j = 36° 50’. Угол сдвига фаз j находим по синусу во избежание потери знака угла (косинус является четной функцией).

 

 

4.Определяем активную мощность цепи:

P= I2 (RK +R) =52 (6 +2) = 200Вт

или

P=U I cosj = 50×5×0,8 = 200Вт.

Здесь

cosj= ;

5. Определяем реактивную мощность цепи:

Q= I2(XL-XC) = 52(10-4) =150ВАР

или

Q=U I sinj=50×5×0,6 =150ВАР.

6. Определяем полную мощность цепи:

или

S=U I= 50×5= 250B×A.

7. Определяем падения напряжения на сопротивлениях цепи:

URk= I RK= 5×6 = 30 B; UL= I XL= 5×10= 50 B; UR=I R= 5×2=10 B; UC=I XC=5×4= 20 B.

Построение векторной диаграммы начинаем с выбора масштаба для тока и напряжения. Задаем масштаб по току: в 1см – 1А и масштабом по напряжению: в 1см – 10В. Построение векторной диаграммы (рис 2б) начинаем с вектора тока, который откладываем по горизонтали в масштабе . Вдоль вектора тока откладываем векторы падений напряжения на активных сопротивлениях URk и UR: Из конца вектора UR откладываем в сторону опережения вектора тока на 90° вектор падения напряжения UL на индуктивном сопротивлении длиной: . Из конца вектора UL откладываем в сторону отставания от вектора тока на 90° вектор падения напряжения на конденсаторе UC длиной: . Геометрическая сумма векторов URk, UR, UL и UC равна полному напряжению U, приложенному к цепи.

Задача №3.

Эта задача относится к расчету разветвленных цепей переменного тока. Перед решением изучите методику расчета разветвленных цепей переменного тока и рассмотрите типовой пример 3.

Пример 3.

Ip2=I2
Катушка с активным сопротивлением R=20 Ом и индуктивным сопротивлением XL=15 Ом соединены параллельно с конденсатором, емкостное сопротивление которого ХL=50 Ом (рис. 3а). Определить: токи в ветвях и в неразветвленной части цепи, активные и реактивные мощности ветвей и всей цепи, построить в масштабе векторную диаграмму. К цепи приложено напряжение U=100 В.

φ1
I1
Ip1
φ1
Ip2=I2
Решение:

1. Токи в ветвях:

.

.

2. Углы сдвига фаз в ветвях будем находить по синусам во избежание потери знаков углов:

sinj1= ; j=36° 50’(j1> 0, т. е. напряжение опережает ток);

sinj2= ; j2= -90°;(j2<0, т. е. ток опережает напряжение.);

По таблице Брадиса находим: cosj1= cos36° 50’=0,8.

3. Активные и реактивные составляющие токов ветвей:

Ia1=I1cosj1= 4×0,8 = 3,2A; I p1=I1sinj1= 4×0,6 = 2,4A; Ia2= 0; Ip2= 2×1= 2A.

4. Ток в неразветвленной цепи:

.

5. Коэффициент мощности всей цепи:

cosj=

6. Активные мощности ветвей и всей цепи:

P1=I12R= 42×20 = 320Вт; P2= 0; P=P1+P2= 320Вт.

7. Реактивные мощности ветвей и всей цепи:

Q1=I12 XL= 42×15 = 240Вар; Q2=-I22 XC=-22×50 =-200Вар; Q=Q1+Q2=240-200 = 40Вар.

Обращаем ваше внимание на то, что реактивная мощность конденсатора имеет обратный знак по сравнению с реактивной мощностью катушки.

8. Полная мощность цепи:

Внимание. Ток в неразветвленной цепи можно определить и без разложения токов из формулы: S=U I Þ I= .

9. Для построения векторной диаграммы задаемся масштабами: по току в 1см – 1А, по напряжению в 1см – 25В. Построение векторной диаграмм начинается с вектора напряжения U (рис. 3б). Под углом j1 по нему (в сторону отставания) откладываем в принятом масштабе вектор тока I1; под углом j2 (в сторону опережения) – вектор I2. Геометрическая сумма этих двух векторов дает ток в неразветвленной части цепи. Проекция токов ветвей на вектор напряжения являются активными составляющими Ia1 и Ia2; проекции этих токов на вектор перпендикулярный вектору напряжения являются реактивными составляющими Ip1 и Ip2

Задачи № 4, 5, 6.

Решение этих задач требует знания учебного материала по теме «Трехфазные цепи », отчетливо представлять особенности соединения источника и потребителей в звезду и треугольник, соотношения между линейными и фазными величинами, а так же умения строить векторные диаграммы при симметричной и несимметричной нагрузках. Содержания задач и схемы цепей приведены в условиях задач, а данные к ним – в соответствующих таблицах. Для пояснения общей методики решения задач на трехфазные цепи, включая построение векторных диаграмм, рассмотрены типовые примеры.

Пример № 4.

В трехфазную четырехпроводную сеть включены звездой лампы накаливания мощностью Р=300 Вт каждая. В фазу А включили 30 ламп, в фазу В – 50 ламп и в фазу С – 20 ламп. Линейное напряжение сети UНОМ = 380 В (рис. 3а). Определить токи в фазах и начертить векторную диаграмму цепи, из которой найти числовое значение тока в нулевом проводе.

Решение:

1. Определяем фазные напряжения установки:

UA=UB=UC=UНОМ/ =380/1,73= 220 В.

2. Находим фазные токи:

IA=PФА/UA=300×30/220 = 41A; IB=PФВ/UB= 330×50/220 = 68A; IC=PФС/UC =300×20/ /220 = 27,3 A.

3. Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы по току: 1см – 20 А и по напряжению: 1см – 80 В. Построение диаграммы начинаем с векторов разных напряжений UA, UB, UC (рис. 3б), располагая их под углом 120° друг относительно друга. Чередование фаз обычное: за фазой А – фаза В, за фазой В – фаза С. Лампы накаливания являются активной нагрузкой, поэтому ток в каждой фазе совпадает с соответствующим фазным напряжением. В фазе А ток IA= 41 A, поэтому на диаграмме он выразится вектором, длина которого равна 41/20 = 2,05 см. Длина вектора фазного напряжения UA составит 220/80 = 2,75 см. Аналогично строим векторы токов и напряжений в остальных фазах. Ток I0 в нулевом проводе является геометрической суммой всех фазных токов. Измеряя длину вектора тока I0 в нулевом проводе, получаем 1,75 см, поэтому I0=1,75×20 = 35 А. Векторы линейных напряжений на диаграмме не показаны, чтобы не усложнять чертеж.

Пример № 5.

В трехфазную четырехпроводную сеть включили звездой несимметричную нагрузку: в фазу А – конденсатор с емкостным сопротивлением ХА= 10 Ом; в фазу В – активное сопротивление RB= 8 Ом и индуктивное ХВ= 6 Ом, в фазу С – активное сопротивление RС= 5 Ом. Линейное напряжение сети UНОМ= 380 В. Определить фазные тока, начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и найти графически ток в нулевом проводе. Схема цепи дана на рис. 4а.

Решение.

1. Определяем фазные напряжения установки:

UA=UB=UC=UНОМ/ = 380/ = 220 В.

2. Находим фазные токи:

IA=UA/XA= 220/10= 22 A; IB=UB/ZB= 220/10= 22 A; IC=UC/RC= 220/5= 44 A;

Здесь: ZB= Ом.

3. Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы по току: 1см – 10 А и по напряжению: 1см – 100 В. Построение диаграммы начинаем с векторов фазных напряжений UA, UB, UC, располагая их под углом 120° друг от друга (рис. 4б). Ток IА опережает напряжение UА на угол 90°; ток IВ отстает от напряжения UВ на угол jB, который определяется из выражения:

cosjB= ; jB= 36° 50’.

Ток IС совпадает с напряжением UС. Ток в нулевом проводе равен геометрической сумме трех фазных токов. Измеряя длину вектора тока I0, которая оказалась равной 6,8 см, находим ток I0= 68 А.

Пример № 6.









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 262;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная