Методические указания по выполнению контрольной работы № 2

Задачи 1 – 40 посвящены теме «Трехфазные цепи». В трехфазных цепях потребители соединяются по схеме звезда или треугольник.

При соединении приемников звездой линейные напряжения обозначаются U_AB, U_BC, U_CA в общем виде – U_л; фазные обозначаются U_A, U_B, U_C; в общем виде U_ф.

Токи – I_A, I_B, I_C; причем токи линейные равны соответствующим фазным
токам:

При наличии нейтрального провода при любой нагрузке, а при равномерной нагрузке и без нейтрального провода:

При соединении потребителей энергии треугольником фазное напряжение равно линейному:  . Обозначаются напряжения: U_AB, U_BC, U_CA.

Фазные токи обозначаются I_AB, I_BC, I_CA в общем виде – I_л . При неравномерной нагрузке фаз линейные токи определяются из векторной диаграммы как геометрическая разность фазных токов.

При присоединении приемников энергии звездой сеть может быть четырехпроводной (при наличии нейтрального провода) или трехпроводной (без нейтрального провода). При соединении треугольником - только трехпроводной.

Задания 1 – 20

Пример 1

В трехфазную четырехпроводную сеть включили звездой несимметричную нагрузку: в фазу А – конденсатор с емкостным со­противлением х_A = 10 Ом; в фазу В – активное сопротивление R_B = 8 Ом и индуктивное x_B = 6 Ом, в фазу С – активное сопротивление R_С = 5 Ом. Линейное напряжение сети U_ном = 380 В.

Определить фазные токи, начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и найти графи­чески ток в нулевом проводе. Схема цепи дана на рис. 13, а.

Рис. 13

Решение.

1. Определяем фазные напряжения установки

2. Находим фазные токи

Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы по току: 1 см — 10 А и по напряжению: 1 см — 100 В. Построение диаграммы на­чинаем с векторов фазных напряжений U_А, U_Bи U_C, располагая их под углом 120° друг относительно друга (рис. 13, б). Ток I_A опережает напряжение U_A на угол 90°; ток I_B отстает от напряжения U_B на угол φ_B, который определяется из выражения

Ток I_C совпадает с напряжением U_C. 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 2

По заданной векторной диаграмме для трехфазной цепи (рис. 14, а) определить характер нагрузки каждой фазы и вычислить ее сопротивление. Начертить соответствующую схему цепи. Нагрузка включена в звезду.

Определить активную и реактивную мощности, потребляемые цепью. Значения напряжений, токов и фазных углов приве­дены на диаграмме. Векторы линейных напряжений не показаны.

Рис. 14

Решение.

1. Рассматривая векторную диаграмму, можно заме­тить, что ток в фазе А отстает от фазного напряжения U_A на угол φ_A = 53°10', значит в фазу А включена катушка с полным сопротивлением z_A = U_A / I_A = 220/22 = 10 Ом. Ее активное и индуктивное сопротивления вычисляем по формулам

В фазе В ток I_B совпадает с напряжением U_B, значит в фазу В включено активное сопротивление

В фазе С ток I_С опережает напряжение U_Cна угол φ_C = 36°50', значит в фазу С включены конденсатор и активное сопротивление. Пол­ное сопротивление фазы

Определим активное и емкостное сопротивления

Схема цепи приведена на Рис. 14, б.

2. Определяем мощности, потребляемые цепью. Активная мощность

Реактивная мощность

Знак минус показывает, что в цепи преобладает емкость.

Задания 21 – 40

Пример 3

По векторной диаграмме для трехфазной цепи (рис. 15, а) определить характер нагрузки в каждой фазе, вычислить ее сопротивле­ние и начертить схему включения. Нагрузка несимметричная, соедине­на в треугольник. Значения напряжений, фазных токов и углов сдвига фаз указаны на диаграмме.

Рис. 15

Решение.

1. Рассматривая векторную диаграмму, можно заклю­чить, что ток I_AB в фазе АВ совпадает с напряжением U_AB, значит в фазу АВ включено активное сопротивление

В фазе ВС ток I_BC опережает напряжение на угол φ_ВС = – 90^о, значит в фазу ВС включено емкостное сопротивление

В фазе СА ток I_CA отстает от напряжения U_CA на угол φ_СА = 36^о50', значит в фазу СА включено активно-индуктивное сопротивление

Очевидно,

2. На основании вычислений чертим схему цепи (рис 15. б)

Пример 4

В трехфазную сеть включили треугольником несимметричную нагрузку (рис. 16, а): в фазу АВ – конденсатор с емкостным со­противлением х_AB = 10 Ом; в фазу ВС – катушку с активным сопро­тивлением R_BC = 4 Ом и индуктивным х_BC= 3 Ом; в фазу СА – активное сопротивление R_CA = 10 Ом. Линейное напряжение сети U_ном = 220 В.

Определить фазные токи, углы сдвига фаз и начертить в масштабе век­торную диаграмму цепи. По векторной диаграмме определить числовые значения линейных токов.

Рис. 16

Решение

1. Определяем фазные токи и углы сдвига фаз;

Отсюда угол φBC = 36^o50’.

Для построения векторной диаграммы выбираем масштаб по току: 1 см — 10 А, по напряжению: 1 см — 80 В. Затем в принятом масштабе откладываем векторы фазных (они же линейные) напряжений U_AB, U_BC, U_CA углом 120° друг относительно друга (рис. 16, б). Под углом φ_AB = 90° к вектору напряжения U_ABоткладываем вектор тока I_AB; в фазе ВС вектор тока I_BCдолжен отставать от вектора напряже­ния U_BC на угол φ_BC = 36°50', а в фазе СА вектор тока I_CA совпадает с вектором напряжения U_CA. Затем строим векторы линейных токов на основании известных уравнений

Измеряя длины векторов линейных токов и пользуясь принятым масштабом, находим значения линейных токов:

               Примерный перечень лабораторных занятий

1.  Проверка свойств электрической цепи с последовательным и параллельным соединением резисторов.

2.  Определение потери напряжения в проводах и КПД линии электропередачи.

3.  Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением резистора и конденсатора.

4.  Исследование цепи переменного тока с параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора.

5.  Исследование трехфазной цепи при соединении приемников энергии «звездой».

6.  Испытание однофазного трансформатора.

7.  Расширение пределов измерения вольтметра и амперметра.

8.  Измерение мощности.

9. Испытание двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

10.Определение параметров и характеристик полупроводникового диода.

11.Исследование работы транзистора.

12.Изучение работы и принципа действия осциллографа.

13.Исследование работы схем выпрямления переменного тока.

14.Исследование работы усилителя низкой частоты.

15.Исследование работы транзисторного автогенератора типа LC.

Перечень рекомендуемой литературы

Основные источники:

1. Данилов И.А., Иванов М.П. Общая электротехника с основами электроники. М.: 2006 г.

2. Частоедов А.А. Электротехника. М.: УМК МПС России,2008 г.

3. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники: учебник для учащихся профессиональных училищ и колледжей. М.: Феникс, 2011 г.

Дополнительные источники:

1. Соколова Г.П. Электротехника. Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования.: Одобрено Воронова Н.И.. – Москва,- 2004 г.

2. Электротехника (постоянный ток) КОП.М.: ФГОУ «УМЦ ЖДТ» 2010 г.

3. Хованских М.Д. Основы электрооборудования: сб. контрольных заданий с методическими  указаниями. – Екатеринбург: УрГУПC, 2010 г.

                                     Интернет-ресурсы:

Раздел Электроника

1. Полупроводники, их свойства. Виды проводимости  в полупроводниках. Донорная и акцепторная примеси.

2. Электронно-дырочный (p-n) переход, его свойства. Пробой p-n перехода.

3. Устройство, классификация, назначение полупроводниковых диодов.

4. Маркировка и классификация полупроводниковых диодов.

5. Выпрямительный диод, кремниевый стабилитрон. Вольт- амперные характеристики, назначение, маркировка.

6. Биполярные транзисторы. Устройство и принцип действия. Условные обозначения транзисторов типа p-n-p, n-p-n, маркировка.

7. Схемы включения транзисторов. Основные характеристики транзисторов.

8. Полевые транзисторы с управляемым p-n переходом. Принцип действия, условные обозначение, маркировка.

9. Полевые транзисторы с изолированным затвором. Принцип действия, условные обозначение, маркировка.

10. Тиристоры неуправляемые - динисторы. Принцип действия, вольт-амперная характеристика, условное обозначение. Маркировка тиристоров.

11.  Тиристоры управляемые- тринисторы. Принцип действия, вольт-амперная характеристика, условное обозначение. Маркировка тиристоров.

12. Структурная схема выпрямителя. Однополупериодная схема выпрямления. Временные зависимости тока и напряжения.

13. Двухполупериодная схема выпрямления. Временные зависимости тока и напряжения.

14. Мостовая схема выпрямления. Временные зависимости тока и напряжения.

15. Трехфазная схема выпрямления с нулевой точкой. Временные зависимости тока и напряжения.

16. Сглаживающие фильтры.

17. Назначение и классификация усилителей. Коэффициент усиления по току, напряжению, мощности.

18. Амплитудно-частотная характеристика, амплитудная характеристика. Коэффициент полезного действия усилителя.

19. Схема усилителя низкой частоты по напряжению. Назначение элементов схемы. Виды связей между каскадами. Принцип усиления.

20. Мультивибратор.

Приложение 1