5 вариант Элктротехника и элекроника Вариант 5


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Титульный лист

Вариант
5



2

Содержание


Задача 1

................................
................................
................................
.............................

3

Задача 2

................................
................................
................................
.............................

4

Задача 3

................................
................................
................................
.............................

7

Задача 4

................................
................................
................................
.............................

9

Задача 6

................................
................................
................................
...........................

12

Задача 10

................................
................................
................................
.........................

14

Задача 15

................................
................................
................................
.........................

16

Задача 9.1

................................
................................
................................
........................

18

Список использованных источников

................................
................................
..........

19




3

Задача 1

Цепь постоянного тока содержит несколько резисторов, соединенных см
е
шанно. Схема цепи приведена на рисунке 1.


Рисунок 1

Исходные данные:

R
1

= 2
Ом
;
R
2

= 4
Ом
;
R
3

= 12
Ом
;
R
4

= 3
Ом
;
R
5

= 6
Ом
;
I
2

=
3,75

A
.

Опр
еделите

величины
I
2
,

I
3
,

I
4
,

I
5
,

U
1
,

U
2
,

U
3
,

U
4
,

U
5
,

U
АВ

и составьте б
а
ланс
мощн
о
сти.

Решение:

1. Найдем напряжение на элементе цепи
R
2
:


Отсюда ток на участке с сопротивлением
R
3

равен:


2. По
I

закону Кирхгоф
а определяем ток на участке с сопротивлением
R
4
:


тогда


3. Напряжение и ток на участке СВ:



4. Ток и падение напряжения на сопротивлении
R
1
:



5. Полное напряжение цепи:



4

6. Получили следующие значения токов и напряжений:

I
1

= 10
А
;
I
2

= 3,75
А
;
I
3

= 1,25
А
;
I
4

= 5
А
;
I
5

= 5
А
;

U
1

 20 В;

U
2

 15 В;

U
3

 15 В;

U
4

 15 В;

U
5

=
30

А
;

U
АВ

 50 В.

7.

Составим баланс мощностей. Мощность источника:


Мощность приемников:


Так как мощности источника и приемника равны, то токи в ветвях найд
е
ны
верно.


Задача
2

Цепь переменного тока содержит различные элементы 
резисторы, инду
к
тивности, емкости, включенные последовательно. Схема цепи приведена на р
и
сунке 2.

Начертите схему цепи и
определите

следующие величины, относ
я
щиеся к
данной цепи:

1 полное сопротивление
Z
;

2 ток
I
;

3
 напряжение
U
, приложенное к цепи;

4
 угол сдвига фаз φ по величине и по признаку;

5
 активную Р, реактивную
Q

мощности цепи.


Рисунок 2

Начертите в масштабе векторную диаграмму цепи и поясните ее постро
е
ние.


5

Ответьте на вопрос: как изменятся активная, реактивн
ая и полная мощности
цепи при увеличении частоты тока в 2 раза при неизменном приложенном напр
я
жении? Поясните.

Исходные данные:

R
1

=
8

Ом
;
X
L
1

=
3

Ом
;
X
C
1

=
3

Ом
;
X
C2

=
6

Ом
;
S

=
360

B
A
.

Решение:

1. Определяем полное сопротивление цепи:


2.
Определяем ток в цепи:

, отсюда находим ток


3
.
Определяем напряжение
U
, приложенное к цепи:


4.
Определяем коэффициент мощности:


отсюда находим


Угол сдвига фаз по синусу, во избежание потери знака угла.

5. Определяем активную мощность цепи:


6
. Определяем реактивную мощность цепи
:


7. Определяем падения напряжений на всех элементах цепи:





8
.
Построение векторной диаграммы начинаем с

выбора

масштаба
для тока
и напряжения рисунок 3. Задаемся масштабом по току: 1 см  1 А, и масштабом
по напряжению: 1 см
 10 В. Построение векторной диаграммы начинаем с вект
о
ра тока, к
о
торый откладываем по горизонтали в масштабе
6
А
/

/
см 
6

см.


6


Рисунок 3

О
ткладываем в сторону отстав
а
ния от вектора тока на 90º вектор падения
напряжения

на конденсаторе длиной
.

Из ко
н
ца
вектора

откладываем в сторону опережения вектора тока на 90º вектор пад
е
ния напряжения

на индуктивном сопротивлении длиной
.

Из конца вектора

откладываем
горизонтально
вектор падения напряжения на активн
ом

сопр
о
тивлени
и

. Из конца вектора

откладываем в сторону
отст
а
вания

вектора тока на 90º вектор пад
ения напряжения

на
емкостном

сопр
о
тивлении длиной
.

Геометрическая сумма векторов
,
,

и

равна полному напр
я
жению
U
, прил
оженному к цепи.

7.
При увеличении частоты питающей сети
f
в 2 раза уменьшатся значения
емкостных сопротивлений в 2 раза, т.к. X
C

= 1/(
ω
C) = 1/(
2πf
C)
, а значения инду
к
тивных сопротивлений увеличатся в 2 раза, т.к.
X
L

= (
ω
L
) =

f
L
.

При неизменном напряжен
ии ток при этом увеличится
:



А
ктивная, реактивная и полная мощн
о
сти


увеличатся
:


7





Задача
3

Разветвленная цепь переменного тока состоит из д
вух параллельных ветвей,
содержащих активные сопротивления, индуктивности и емкости. Схема привед
е
на на рисунке 4.

Начертите схему цепи и
определите

величины, отмеченные крестиками. П
о
стройте векторную диаграмму цепи.



Рису
нок 4

Каким образом в заданной цепи можно уменьшить ток в неразветвленной
части при неизменном приложенном напряжении?

Исходные данные:

R
1

=
16

Ом;
X
L
1

=
12

Ом;
X
С2

= 1
0

Ом;
U

=
80
B
;
P

= 256
Вт
.

Определить
:

I
,
I
1
,
I
2
,
U
,
Q
,
S
,
P
1
,
P
2
,
Q
1
,
Q
2
.

Решение:

1
.
Определяем сопротивления ветвей:




8

2
. Определяем токи в ветвях:



3. Углы сдвига фаз находим по синусам углов:


отсюда находим


, так как в ветвь включен только конденсатор.

4. Определяем активные и реактивные составляющие токов в ветвях:






5. Определяем ток в нера
зветвленной части:


6. Определяем коэффициент мощности для всей цепи:


отсюда

7. Определяем активные, реактивные и полные мощности ветвей и всей ц
е
пи:








8. Для построения векторной диаграммы задаемся масштабом по току: 1 см
=
1

А, и масштабом по напряжению: 1 см  20 В.


9


Рисунок
5

Построение начинаем с вектора напряжения
U

рисунок 5. Под углом

к вектору напряжения в сторону отставания откладываем вектор т
о
ка
I
1

и вверх откладываем вектор
I
2
. Геометрическая сумма токов
I
1

и
I
2

ра
вна току
в неразветвленной части цепи
I
. На векторной диаграмме также показаны соста
в
ляющие тока в ве
т
вях.

9. Для того, чтобы уменьшить ток в неразветвленной части цепи

при неи
з
менном приложенном напряжении, нужно увеличить емкость в цепи, тогда реа
к
тивна
я мощность б
у
дет компенсироваться и ток уменьшится.


Задача
4

Три группы сопротивлений, соединенных звездой с нулевым проводом,
включены в трехфазную сеть переменного тока с линейным напряжением
U

р
и
сунок

6
).


10

Начертите схему цепи, определите величины, ук
азанные крестиками, наче
р
тите в масштабе векторные диаграммы для нормального и аварийного режимов.
Ток в нулевом проводе определите из векторной диаграммы.

Исходные данные:

U

=
10
4
В
;
;
;
I
А

=
4

А;
I
В

=
12

А;
I
С

= 6

А
;

в авари
й
ном режиме произошел обрыв фазы
В
.

Определить:

R
В
,
R
С
,
X
А
,
X
В
,
X
С
,
,
I
0
,
P
А
,
P
В
,
P
С
,
Q
А
,
Q
В
,
Q
С
.


Рисунок 6

Решение:

1.
Найдем полные сопротивления фаз:



уго
л

в фазе
А
равен
, так как в фазу включена только катушка и
н
дуктивности;



2. Найдем активные и индуктивные сопротивления фаз:


11





3. Найдем активные и реактивные мощности фаз:







7.
Построение векторной диаграммы начинаем с фазных
напряжений
U
A
,
U
B
,
U
C
, располагая их под углом 120º. задаемся масштабом по току: 1 см  2 А, и
масштабом по напряжению: 1 см  20 В. Под углом
,
,


к соответству
ю
щим векторам фазных напряжен
ий откладываем токи фаз, геометрическая сумма
которых равна току в нулевом пр
о
воде
I
0
. Ток в фазе А отстает от напряжения на
, ток в фазе В опережает напряжение на
, ток в фазе С о
т
стает
от напряжения на
. Из векторной диаграммы находим ток в нулевом
проводе
I
0

 15,8 А.


Рисунок
7


12

8. При отключении линейного провода В, линейный то
I
В

 0, ток в нул
е
вом
проводе в этом случае будет равен сумме токов
I
А

и

I
А
. Из диа
граммы находим
I
0

 6,8 А.


Задача
6

Однофазный трансформатор имеет следующие номинальные величины:
мощность
S
н
, первичное напряжение
U

, вторичное напряжение
U

, ток перви
ч
ной обмотки
I

, ток вторичной обмотки
I

.
Коэффициент трансформации равен
К. ЭД
С обмоток Е
1

и Е
2
, число витков обмоток
w
1

и
w
2
.

Магнитная индукция в
сердечнике В
М
, сечение сердечника
q
, магнитный поток в сердечнике Ф
М
, частота
сети
f
.

Определите величины, отмеченные крестиками. Какую роль играет в тран
с
форматорах стальной сердечник?
Как он будет, если его изготовить спло
ш
ным?

Исходные данные:

S
н

=
0,5

кВА;
Е
1

=
380

В;
Е
2

 220 В;
w
1

= 265;
q

=
25

c
м
2
;
f

=
10
0 Гц.

Определить:

U
1
н
,
U
2
н
,
I
1
н
,
I
2
н
,
К,
w
2
, В
М
, Ф
М
.

Решение:

1.
Фазные ЭДС, наводимые в обмотках. Первичные обмотки соединены в
Δ,
вторичные


в
Y
, поэтому, пренебрегая падением напряжения в первичной обмо
т
ке, считаем

,
, отсюда
.

2. Токи в обмотках трансформатора:



3.
Коэ
ффициент трансформации трансформатора:



13

4. Найдем магнитный поток в сердечнике из формулы:

, отсюда



5.
Число витков
в обмотка находим по формуле:

, отсюда


6. Найдем индукцию в обмотках трансформатора:

, отсюда


7
. Магнитопровод служит для усиления магнитной связи между обмотками.
Протекающий по первичной обмотке переменный ток н
а
магничивания создаёт
п
еременный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной
индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех о
б
мотках, в том числе и в пе
р
вичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой
производной магнитного потока, при си
нусо
и
дальном токе сдвинутой на 90° в
обратную сторону по отношению к магни
т
ному потоку.

В массе магнитопровода, пронизываемой переменным магнитным полем,
возникают вихревые токи. Эти токи, подобные токам от э. д. с. индукции в пр
о
водниках, поглощают электр
ическую энергию, превращая ее в те
п
ло и нагревая
массы металла, в кот
о
ром они возникают. Для уменьшения потерь на вихревые
токи магнитопроводы трансфо
р
маторов и других электромагнитных устройств
изготавливают не из сплошных масс, а из отдельных пластин, из
олированных
друг от друга. Изоляционные прослойки, оказ
ы
вая вихревым токам чрезвычайно
большое сопротивление, ограничивают сферу их дейс
т
вия небольшими участками
и тем самым значительно уменьшают потери электрической энергии.


14

Задача 10

Трехфазный асинхронн
ый электродвигатель

потребляет из сети мощность
Р
1
. Потери в статоре равны Р
ст
, в роторе


Р
рот
, механические потери


Р
мех
. Си
н
хронная частота вращения равна
n
1
. Скольжение ротора составляет
S
. частота т
о
ка
в сети
f
1

 50 Гц.

Определите:

1 полезную мощно
сть Р
2
;

2 КПД двигателя η;

3 электромагнитную мощность Р
ЭМ
;

4 электромагнитный момент М
ЭМ
;

5 полезный момент М на валу;

6 число пар полюсов.

Поясните зависимость вращающего момента двигателя от скольжения.

Исходные данные:

Р
1

=
4,9

кВт; Р
ст

= 0,
5

кВ
т; Р
рот

= 0,
3

кВт; Р
мех

 0,2 кВт;
n
1

=
100
0 об
/
мин;
S

=
5%.

Решение:

1. Определяем полезную мощность Р
2
:


2. КПД двигателя η:


3. Электромагнитная мощность двигателя:


4. Электромагнитный м
омент двигателя:


5. Номинальная частота вращения ротора двигателя:



15

6. Полезный момент на валу двигателя:


7. Число пар полюсов:


отсюда

На

рис
у
нке 8
показана

зависимость

вращающего

момента

от скольжения.

При

некотором скольжении S
т

двигатель

развивает

максимальный

мо
мент,

кот
о
рый

определяет

перегрузочную

способность

двигателя

и обычно в 2

3 раза пр
е
выш
а
ет номи
нальный момент.


Рис
унок 8


Устойч
ивая

работа

двигателя возможна

только

на

восходящей ветви кр
и
вой
зависимости

момента от скольжения, т. е. при изменении скольжения в пр
е
делах
от 0 до S
т
. Работа двигателя на нисходящей ветви указанной зависим
о
сти, т. е.
при скольжении S



S
т
, невозможна, т
ак как здесь не обеспе
чивается устойч
и
вое
равновесие моме
н
тов.

Если предпол
о
жить, что вращающий момент был равен тормоз
ному М
вр

=

М
торм
 в точках

А и Б, то при случайном нарушении равновесия моментов в о
д
ном
случае оно восстанавливается, а в другом не в
осстанавливается. Допу
с
тим, что
вращающий момент двигателя почему
-
либо уменьшился например, при пониж
е
ний напряжения сети, тогда скольжение начнет увеличиваться. Если равн
о
весие
моментов было в точке А, то увеличение скольжения вызовет увеличение вр
а
ща

16

ющ
его момента двигателя и он станет вновь равным тормозному моме
н
ту, т. е.
равновесие м
о
ментов вос
становится. Если же равновесие моментов было в точке
Б, то увеличение скольжения вызовет уменьшение вращающего момента, который
будет оставаться всегда меньше
тормозного, т.е. равновесие моментов не восст
а
новится и скорость вращения ротора бу
дет непрерывно уменьшаться до полной
остановки двигателя.

Если приложить к валу двигателя тормозной момент, больший максимал
ь
ного момента, то равновесие моментов не восстан
овится и ротор двигателя ост
а
новится.


Задача 15

Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением потре
б
ляет мощность из сети Р
1

и развивает на валу номинальную мощность Р
ном

при
номинальном напряжении
U
ном
. Сила тока в нагрузке равна
I
ном
, то
к в цепи як
о
ря
I
н
, в обмотке возбуждения
I
в
. Номинальный вращающий момент двигателя М
ном

при частоте вращения якоря
n
ном
. В якоре находится противо
-
ЭДС Е
я
. Суммарные
потери мощности в двигателе ΣР. КПД двигателя η
дв
.

Используя данные двигателя определите в
се величины, отмеченные крест
и
ками.


Рисунок 9

Объясните понятие пуск двигателя и назначение пускового реостата.

Исходные данные:

U
ном

=
110 В
;
I
ном

=
36,4
A
;
I
я

=
3
5
,4
A
; М
ном

=
19,1 Н·м
;
Е

=
100 В
;
η
дв

= 0,82
.

Определить:

Р
1
, Р
ном
,
I
в
,
n
ном
,
R
я
,
R
в
,
Σ
Р.


17

Решение:

1. Мощность, потребляемая двигателем из сети:


2. Полезная мощность на валу двигателя:


Потери в двигателе:


3. Ток возбуждения:


4. Сопротивления обмотки я
коря и обмотки возбуждения:



5. Противо
-
ЭДС в обмотке якоря:


6.
Частота вращения

двигателя:


7.
Пуском называют процесс

разгона якоря двигателя от непод
вижного с
о
ст
ояния до установившегося значения частоты вра
щения, когда М
н
.
р

 М
с
. В пр
о
цессе пуска вр
а
щающий момент должен быть больше момента сопротивления
М
вр
> М
с
.

При пуске якорь двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент ине
р
ции, разгоняется от номинальной ча
стоты вращения. Пусковые реостаты предн
а
значены для того, чтобы добиться величины пускового тока, в нужном диапазоне,
безопасном для двигателя. Это нужно для того, чтобы в процессе запуска двиг
а
теля, менять сопротивление в якорной цепи.



18

Задача 9.1

Составь
те схему мостового выпрямителя, используя стандартные диоды.
Мощность потребителя Р
d

Вт с напряжением питания
U
d

В. Поясните поря
д
ок
составления схемы для диодов с приведенными параметрами.

Исходные данные:

Р
d

= 6
00 Вт;
U
d

=
8
0 В; тип диода Д2
1
4.

Решен
ие:

Параметры указанного диода:
I
доп

 5 А;
U
обр

=
10
0 В.

Определяем ток потребителя:


Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период для
мостовой схемы выпрямителя:


Для того, чтобы выполнялись

условия для установки диодов в данном сл
у
чае они не выполняются


необходимо установить в каждое плечо моста 4 диода рисунок 1
0
).


Рисунок 10

Тогда токи в параллельных ветвях скл
адываются и напряжения на послед
о
вательных диодах складываются:

;



19

Список использованных источников


1. Горошков, Б. И. Электронная техника: учеб. пособие для студентов
у
ч
реждений сред. проф. образования / Б.

И. Горошков, А. Б. Горошков.


М.:
Ac
a-
demia
, 2010.


320 с.

2. Данилов, И. А. Общая электротехника с основами электроники: учеб. п
о
собие для студентов неэлектротехн. спец. сред. спец. учеб. заведений / И. А. Д
а
нилов, П. М. Иванов.


М.: Высш. шк, 2008.


752 с.

3. Евдокимов, Ф. Е. Теоретические основы электротехники: учеб. для ст
у
дентов учреждений сред. проф. образов
а
ния / Ф. Е. Евдокимов.


М.: Высш. шк.,
2004.


495 с.

4. Петленко, Б. И. Электротехника и электроника: учеб. пособие для сту
-
дентов учрежд
ений сред. проф. образов
а
ния / Б. И. Петленко.


М.:
Academia
,
2008.


320 с.





Приложенные файлы

  • pdf 19331276
    Размер файла: 442 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий