Преподавателю
Физика
Методические указания и контрольные задания для студентов – заочников для специальности 08. 02. 01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений Основы электротехники

Методические указания и контрольные задания для студентов – заочников для специальности 08. 02. 01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений Основы электротехники

Раздел	Физика
Класс	-
Тип	Другие методич. материалы
Автор	Митичкина И.Ю.
Дата	31.08.2015
Формат	doc
Изображения	Есть

Поделитесь с коллегами:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
Государственное автономное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Самарский техникум городского хозяйства и строительных технологий им. П. Мачнева

О С Н О В Ы Э Л Е К Т Р О Т Е Х Н И К И

Методические указания и контрольные задания

для студентов - заочников

по специальности

08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

Преподаватель Митичкина И.Ю.

Самара 2014

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебной дисциплиной «Электротехника» предусматривается изучение основ электротехники, электрооборудования, основ электропривода, 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 определяются учебным заведением исходя из особенностей подготовки выпускника, контингента студентов (работающих и не работающих по избранной специальности) и соответствующего учебного плана, согласованного Управлением кадров и учебных заведений Госстроя России.

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 теоретические 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 с учетом методических указаний к 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, приведенные после каждой темы.

При изучении материала необходимо соблюдать единство терминологии, обозначений, единиц измерения в соответствии с действующими ГОСТами и СНиПами.

В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

иметь представление:

о роли общепрофессиональных дисциплин в профессиональной деятельности;

знать:

основные электротехнические законы, методы составления и расчет простых электрических и магнитных цепей, основы электроники, основные виды и типы электронных приборов;

уметь:

выполнять электрические измерения.

После изучения дисциплины учебными планами по указанным специальностям предусмотрена сдача экзамена.

II. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

№ тема

Разделы и темы

Введение

Р а з д е л 1. Основы электротехники

1.1.

Электрическое поле

1.2.

Электрическое цепи постоянного тока

1.3.

Электромагнетизм

1.4.

Электрические измерения

1.5.

Однофазные электрические цепи переменного тока

1.6.

Трехфазные электрические цепи

Р а з д е л 2. Электрические машины и трансформаторы

2.1

Трансформаторы

2.2.

Электрические машины переменного тока

2.3.

Электрические машины постоянного тока

Р а з д е л 3. Основы электропривода

3.1

Основы электропривода

3.2.

Аппаратура управления и защиты

Р а з д е л 4. Основы электроники

4.1.

Полупроводниковые приборы

4.2.

Фотоэлектронные приборы

4.3.

Электронные выпрямители и стабилизаторы

4.4.

Электронные усилители

4.5.

Электронные генераторы и измерительные приборы

4.6.

Интегральные схемы микроэлектроники

4.7.

Электронные устройства автоматики и вычислительной техники

I I I. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ И ВОПРОСЫ

ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Введение

Необходимо понять, что такое электрическая энергия, ее свойства, область применения и преимущество.

Обратить внимание на значение электрификации страны. План ГОЭЛРО -

основа индустриализации. Создание Единой энергетической системы.

Вопросы для самоконтроля

Каковы преимущества электроэнергии перед другими видами энергии?
Какие достоинства имеют энергетические системы?
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. Движущиеся электрические заряды связаны с окружающим их электромагнитным полем, которое представляет собой один из видов материи. Каждый движущийся и неподвижный заряд связан с электрическим полем. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим.

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

Вопросы для самоконтроля

Что такое электрическое поле? Каковы его основные свойства?
Что называется электрическим зарядом?

3. В каком случае тело называется электрически нейтральным, а в каком -

электрически заряженным?

4.Что такое электрическое поле и каковы его основные характеристики?

5.Сформулируйте закон Кулона и запишите соответствующее ему

математическое выражение.

6.Чем отличаются проводники от диэлектриков?

Какова физическая сущность абсолютной диэлектрической проницаемости

среды?

Что называется электрической емкостью?

Как определяется емкость батареи при параллельном и последовательном со
единении конденсаторов?
Что происходит в результате поляризации диэлектрика?
Что такое пробой диэлектрика, при каких условиях он наступает?

Тема 1.2. Электрические цепи постоянного тока

В теме рассматриваются явления электропроводности, законы Ома, Кирхгофа, Джоуля-Ленца.

Причиной затруднения при решении задач с использованием закона Ома является чисто механическое восприятие этого закона. Студенты запоминают формулу, характеризующую этот закон только как математическую дробь: I = U/R. В действи- тельности, ток на участке цепи равен напряжению этого участка, деленному на сопротивление того же участка. Следует подчеркнуть особо, что все параметры относятся к одному и тому же участку цепи.

Следующая часто встречающаяся ошибка является результатом неправильного понимания математической записи: I = U/R.

Всякое изменение напряжения ведет к изменению тока или, наоборот, изменение тока ведет к изменению напряжения, но сопротивление, если оно линейное, остается постоянным, так как оно является параметром электрической цепи, зависящим только от материала, длины и сечения проводника (нагрев проводника не учитывается).

В теме определенную трудность для понимания представляет второй закон Кирхгофа. Необходимо четко уяснить, что первый закон Кирхгофа относится к узловой точке цепи, а второй - к замкнутому контуру, а не ко всякой цепи, которая может быть и многоконтурной. Для того чтобы составить уравнение по второму закону Кирхгофа, необходимо предварительно усвоить правило знаков.

На первых порах вызывает затруднение определение последовательного и параллельного соединения в смешанных соединениях резисторов. Необходимо обратить внимание на признаки последовательного (одинаковый ток, отсутствие узлов между соединениями резисторов) и параллельного соединения (наличие двух общих узловых точек, равенство напряжений соединенных ветвей) резисторов.

Вопросы для самоконтроля

Что называется электрическим током?
Что такое электрическая цепь?
Какие существуют источники питания?
Каково различие между ЭДС и напряжением источника?
Что называется мощностью электрического тока, в каких единицах она

измеряется?

По каким формулам можно подсчитать работу электрического тока?
Что такое баланс мощностей замкнутой электрической цепи?
Как читается и записывается закон Ома для участка и всей цепи?
Что называется электрическим сопротивлением? От каких величин зависит
сопротивление проводника?

От чего зависит количество тепла, выделяемое током в проводнике?
Для чего служат предохранители?
Какими свойствами характеризуется последовательное соединение

сопротивлений?

Что называется потерей напряжения в проводниках, от чего оно зависит?
Сформулируйте первый закон Кирхгофа.
Как определить эквивалентное сопротивление при параллельном

соединении?

Сформулируйте второй закон Кирхгофа.

Тема 1.3. Электромагнетизм

В теории магнитного поля много величин, идентичных величинам электрического поля. Однако есть и существенные различия. Например, электрическое поле - разомкнутое, магнитное - замкнутое; напряженность электрического поля есть величина, зависящая от среды, в которой действует поле, напряженность магнитного поля есть величина, характеризующая поле вне среды, т.е. от среды не зависит.

Следует уяснить физическую сущность явления намагничивания и перемагни-чивания ферромагнитных материалов, особенности их строения, поведение в

магнитном поле. Циклическое перемагничивание ферромагнитных материалов сопровождается их нагревом, а следовательно, потерей некоторой энергии. Известно, что количество энергии, теряемой в ферромагнитном теле за полный цикл перемагничивания, пропорционально площади петли гистерезиса. Следует также знать различия магнитных свойств ферромагнитных материалов.

Расчет 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 напряженность магнитного поля при соответствующей индукции в стержне определяется по кривым намагничивания, в то время как для воздушных зазоров напряженность рассчитывается по выражению:

Н₀ = 8 • 10 В₀.

На роль воздушного зазора на пути силовых линий обратите особое внимание: на его магнитное сопротивление, на величину магнитного напряжения в нем.

При изучении электромагнитной индукции следует уяснить, что электродвижущая сила может наводиться магнитным полем лишь в том случае, когда проводник движется в магнитном поле, пересекая силовые линии поля, или когда меняется магнитный поток. Направление ЭДС индукции определяют согласно правилу «правой руки» и правилу Ленца. Закон электромагнитной индукции лежит в основе работы генератора.

Следует хорошо уяснить физическую сущность причин возникновения ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции, являющихся наиболее часто встречающимися формами проявления закона электромагнитной индукции.

Явление самоиндукции наблюдается в любом проводнике, но особенно оно заметно в многовитковых катушках. Явление взаимоиндукции очень похоже на явление самоиндукции, разница лишь в том, что при взаимной индукции изменение тока в одном контуре наводит ЭДС в другом контуре.

Вопросы для самоконтроля

Перечислите величины, характеризующие магнитное поле.
Что такое магнитная индукция и магнитный поток? По каким формулам они определяются и в каких единицах измеряются?
Почему наличие ферромагнитного сердечника в катушке увеличивает

магнитный поток?

Превращение какой энергии в какую происходит благодаря электромагнит
ной индукции?
Почему проводники с током воздействуют один на другой? Как определяются
величина и направление этого взаимодействия?
Что называется абсолютной магнитной проницаемостью среды? Что учитывает относительная магнитная проницаемость среды?
Что называется напряженностью магнитного поля и в каких единицах она измеряется?
Какая причина вызывает вихревые токи в массивных сердечниках?
Что называется взаимной индуктивностью? От чего зависит взаимная

индуктивность двух катушек?

От чего зависит величина ЭДС самоиндукции?
Что называется индуктивностью катушки и от чего она зависит?
Что такое электромагнит? Приведите примеры использования его в технике.
Объясните процесс намагничивания ферромагнитного сердечника.
Что такое магнитный гистерезис? Каково практическое значение этого явления?

Тема 1.4. Электрические измерения

При изучении темы необходимо усвоить терминологию электроизмерительной техники, знать системы электроизмерительных приборов, принцип действия и устройство приборов, значение символов на шкалах приборов.

Необходимо знать определение чувствительности и постоянной прибора, а также определение вращающего и противодействующего моментов.

Важно уяснить, что один и тот же измерительный механизм можно приспособить для измерения тока, напряжения, угла сдвига фаз и др. Поэтому знание устройства, принципа действия и свойств измерительных механизмов различных систем позволит разобраться в областях их применения, достоинствах и недостатках.

При изучении измерения тока и напряжения надо обратить внимание на схемы включения приборов в цепях постоянного и переменного тока с расширенными пределами измерений шунтами, добавочными сопротивлениями и измерительными трансформаторами.

Обязательно помнить, что шунтом расширяют пределы измерений только у амперметров магнитоэлектрической системы, так как у амперметров электромагнитной системы большое внутреннее сопротивление и, следовательно, падение напряжения на шунте должно быть большим, и шунт должен быть тоже больших размеров.

Вопросы для самоконтроля

Что такое абсолютная и приведенная погрешности прибора?
Дайте определение класса точности, назовите практическое применение

приборов в зависимости от класса точности.

Как классифицируются приборы по роду измеряемой величины?
Как классифицируются приборы по принципу действия измерительных

механизмов?

Опишите требования к электроизмерительным приборам всех систем.

Объясните устройство, принцип действия и назначение электромагнитных
приборов.
Объясните устройство, принцип действия и назначение магнитоэлектричес-
ких приборов.
Перечислите преимущества электродинамической системы перед

остальными.

Почему амперметр должен обладать наименьшим сопротивлением по

сравнению с сопротивлением цепи?

Почему шунт включается параллельно измерительному механизму?

Во сколько раз и почему увеличивается цена деления амперметра при

подключении шунта?

Как можно подобрать добавочное сопротивление?
Какими приборами можно измерить мощность? Составьте схемы.

Определите цену деления амперметра со шкалой в 100 делений, если пределы его измерения равны 0,25; 0,5; 1 А.
Определите сопротивление шунта к амперметру для измерения тока цепи 5А, если известно, что сопротивление прибора равно 0,49 Ом, а номинальный ток прибора равен 100 мА.
Определите величину добавочного сопротивления к вольтметру для измере-
ния напряжения 15В, если известно, что сопротивление его равно 8 Ом, а измеряе-
мое напряжение прибора равно 150 мВ.

Измерительные механизмы каких систем используются в ваттметрах?

Тема 1.5. Однофазные электрические цепи переменного тока

При изучении однофазных цепей переменного синусоидального тока, прежде всего, следует твердо усвоить основные понятия переменного тока: период, частота, фаза, сдвиг фаз, мгновенное, амплитудное, среднее, действующее значение. Надо уметь определять сдвиг по фазе между синусоидальными величинами.

При расчетах цепей переменного тока чаще пользуются действующими значениями переменных величин, и измерительные приборы, как правило, показывают действующее значение, поэтому надо уметь определять действующее значение переменной величины.

Графическое изображение переменных величин при помощи векторных диаграмм облегчает и упрощает изучение этой темы. Поэтому следует научиться изображать синусоидальные величины векторами, уметь производить сложение и вычитание векторов.

Многие параметры цепей переменного тока аналогичны параметрам цепей постоянного тока, но это только по форме. Поэтому нельзя механически переносить приемы расчета цепей постоянного тока на расчет цепей переменного тока, так как это приведет к ошибкам. Сначала надо рассмотреть цепи переменного тока с активным сопротивлением, затем - только с индуктивностью, с активным сопротивлением и индуктивностью, в том же порядке - цепи переменного тока с емкостью. Только после усвоения этих основных цепей можно приступить к изучению последовательного и параллельного соединений всех видов сопротивлений.

Вопросы для самоконтроля

Поясните основные параметры переменного тока: период, частота, амплитуда, фаза, начальная фаза.
Поясните процесс получения синусоидальной ЭДС с помощью простейшего генератора переменного тока.
В паспорте электродвигателя указано значение напряжения 380 В. К какому значению относится это напряжение: мгновенному, амплитудному,

действующему?

Вольтметр, включенный в цепь переменного тока, показал 220 В. Каково

наибольшее значение напряжения в такой цепи?

Перечислите потребители, обладающие активным сопротивлением.
Что называется индуктивным сопротивлением и от чего оно зависит?
Что называется активной мощностью? Единицы ее измерения.

Постройте векторную диаграмму для цепи с индуктивностью, запишите
уравнения напряжения на катушке индуктивности, если уравнение тока имеет
вид: I = 1_т • sin (ω t + 30°).

Какая мощность называется реактивной и в каких единицах она измеряется?

Начертите схему замещения реальной катушки индуктивности.

Постройте векторную диаграмму напряжений и токов, запишите уравне
ния напряжений: активного, индуктивного, общего, если уравнение тока имеет
вид: I = 1_т • sin (ω t - 45°).
От каких величин зависит угол сдвига фаз между током и напряжением в
цепи RL.

Постройте треугольник сопротивлений и мощностей для цепи КЬ.
От каких величин зависит емкостное сопротивление?

Постройте векторную диаграмму для цепи с емкостью, запишите уравнения
напряжения, если I = 1_т • sin (ω t + 45°).
От каких величин зависит величина угла сдвига фаз между током и напряже-
нием источника в неразветвленной цепи RLC?

Постройте векторную диаграмму напряжений, треугольник сопротивлений и мощностей для цепи RLC. Как посчитать полное сопротивление цепи? Запишите закон Ома для цепи RLC.
Что называется колебательным контуром? От каких величин зависит собственная частота колебаний контура?
Назовите условие возникновения резонанса напряжений. В какой цепи оно возникает? Какими свойствами обладает цепь при резонансе напряжений?

Постройте векторную диаграмму для параллельно соединенных реальной
катушки и реального конденсатора.
Запишите условие возникновения резонанса токов и свойства параллельного колебательного контура при резонансе токов.
Что называется коэффициентом мощности? Каково его технико -экономическое значение и способы его повышения?

Тема 1.6. Трехфазные электрические цепи

Трехфазная цепь представляет собой систему трех однофазных цепей переменного тока.

В результате изучения темы надо понять принцип получения трехфазной системы, ЭДС и токов, усвоить понятие линейных и фазных токов и напряжений, соотношения между ними при соединении звездой и треугольником, знать свойства и особенности соединения звездой и треугольником, четко представлять роль нулевого провода при соединении звездой. Расчет трехфазных симметричных цепей основывается на знании материала однофазных цепей, так как все параметры определяются для одной фазы, после чего переходят к вычислению линейных токов, напряжений и мощностей цепи.

Расчет несимметричных трехфазных цепей сводится к определению напряжения на фазах приемника. Значения этих напряжений зависят от напряжения смещения нейтрали U_NN₁.

Вопросы для самоконтроля

Что называется трехфазной системой электрических цепей?
Что называется соединением звездой? Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами при соединении звездой?
Что называется соединением треугольником? Каковы соотношения между
линейными и фазными напряжениями и токами при соединении треугольником?
Какая система называется четырехпроводной системой трехфазного тока и
когда она применяется?
Какова роль нулевого провода в трехфазной системе и когда можно обойтись без него?
Почему на нулевой провод не ставят предохранители? Как определить, какой из проводов четырехпроводной трехфазной системы является нейтральным?
При каких условиях обрыв нулевого провода сопровождается нежелательны
ми явлениями? В чем они состоят?
В чем преимущества четырехпроводной системы перед трехпроводной?
Как подсчитывается мощность в трехфазных цепях?

Во сколько раз и как изменится мощность, если при одинаковых линейных напряжениях три одинаковых сопротивления, соединенные звездой, переключить на треугольник?
Три одинаковых катушки с активным сопротивлением R = 6 Ом и реактив-
ным Х_L = 8 Ом соединены звездой и включены в сеть напряжением U_Л= 380 В.
Определить ток в цепи, активную и реактивную мощности.
Трехфазный асинхронный двигатель, обмотки которого соединены треугольником, подключен к сети U_Л = 380 В. Определить фазные и линейные токи, реактивную и полную мощности, полное сопротивление фазы двигателя, если он развивает мощность Р = 10 кВт при соs ω = 0,8.

Раздел 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ТРАНСФОРМАТОРЫ

Тема 2.1. Трансформаторы

При изучении материалов темы необходимо усвоить, что работа трансформатора основана на явлении взаимной индукции, запомнить наименование и конструктивные особенности основных частей трансформатора: сердечника (магнитопровода), первичной и вторичной обмоток.

Необходимо особое внимание уделить физическим процессам в трансформаторе при холостом ходе и при нагрузке, пояснив их упрощенными векторными диаграммами. При холостом ходе можно пренебречь падением напряжения в обмотках.

Надо знать вид внешней характеристики трансформатора и иметь понятие о процентном изменении напряжения. Особое внимание должно быть уделено трехфазным трансформаторам, автотрансформаторам, сварочным трансформаторам типа СТЭ, СТН, СТД, ТС, их характеристике, отличию друг от друга; измерительным трансформаторам, особенностям их рабочих режимов.

Надо ясно представлять, почему трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания и для него опасен разрыв вторичной цепи, а трансформатор напряжения работает в режиме, близком к режиму холостого хода, для него опасно короткое замыкание.

Вопросы для самоконтроля

Объясните принцип действия и устройство трансформатора. Почему он может работать только на переменном токе?
Что называется коэффициентом трансформации трансформатора? Какой опыт нужно провести, чтобы практически его определить?
Для чего применяются измерительные трансформаторы?

Каковы преимущества и недостатки автотрансформаторов по сравнению с
двухобмоточными трансформаторами.
Какие электроизмерительные приборы надо иметь для проведения опыта холостого хода трансформаторов? Какие величины можно получить при проведении этого опыта?
Какие физические явления могут одновременно происходить в магнитопроводе трансформатора?
Каковы особенности магнитопровода трехфазного трансформатора? Покажи
те пути замыкания магнитных потоков трех фаз в магнитопроводе при нагрузке.
Каковы особенности сварочного трансформатора? Почему такой трансформа
тор должен обладать короткопадающей характеристикой?
Каковы особенности включения трансформаторного тока? Почему недопустимо размыкание их вторичных обмоток при работе?

Тема 2.2. Электрические машины переменного тока

Изучая трехфазный асинхронный двигатель, следует прежде всего ознакомиться с его устройством и принципом действия, с основными параметрами: скольжением, частотой вращения ротора, частотой тока в роторе, ЭДС, индуктируемой вращающимся полем в неподвижном и вращающемся роторе. Следует установить влияние скольжения на индуктивное сопротивление ротора, на сдвиг фаз между ЭДС и током ротора. После этого можно перейти к изучению зависимости вращающего момента от скольжения и частоты вращения ротора, т.е. к механической характеристике двигателя.

Отдельно надо рассмотреть вопрос о величине вращающего момента при скольжении, равном единице, уметь доказать, что несмотря на значительный ток при пуске, пусковой момент асинхронного двигателя невелик и при увеличении активного сопротивления в цепи ротора уменьшается величина пускового тока, одновременно с этим увеличивается пусковой момент.

Следует обратить внимание на изучение схем и особенностей пуска асинхронных двигателей, на применение их в производстве.

Вопросы для самоконтроля

Приведите классификацию машин переменного тока. Каковы их преимущества и недостатки?
Поясните получение трехфазного вращающегося магнитного поля,
Какие синхронные скорости можно получить при частоте тока в сети напряжением 50 Гц?
Из каких основных частей состоит асинхронный двигатель и каково их назначение?
Объясните принцип работы асинхронного двигателя.
Что нужно сделать, чтобы изменить направление вращения асинхронного

двигателя?

Напишите формулу определения скольжения. В каких пределах может

изменяться скольжение?

На основании формулы скольжения напишите выражения для определения
частоты вращения ротора.
Чему равно скольжение ротора при пуске двигателя?

10. Напишите формулы для ЭДС Е₁ и Е₂, наводимые в фазах обмоток статора и ротора.

Как определится ЭДС Е₂_s, наводимая в фазе вращающегося ротора?

Напишите формулу для определения индуктивного сопротивления Х₂_s фазы
вращающегося ротора.
Начертите график зависимости вращающего момента двигателя от скольже-
ния. Почему двигатель не может работать на правой части характеристики?

Способы пуска асинхронных двигателей. В чем недостаток прямого пуска?
Какие двигатели называются синхронными?
Какие потери мощности имеют асинхронные двигатели?
Устройство и принцип работы синхронного двигателя.

Тема 2.3. Электрические машины постоянного тока

Материал темы должен изучаться на уровне общего ознакомления с машинами постоянного тока.

В процессе изучения электрических машин постоянного тока необходимо ознакомиться с их устройством и принципом действия, рассмотреть режимы работы, схемы, характеристики, параметры, возможности практического применения генераторов и двигателей, обратить внимание на общую конструкцию электрических машин постоянного тока, на особенности графических обозначений и принцип их маркировки. Надо усвоить основные соотношения электрических величин, как для генератора, так и для двигателя.

Важно провести сопоставление двигателей постоянного тока и асинхронных, выяснить их достоинства и недостатки, знать области применения.

Вопросы для самоконтроля

Какой ток индуктируется в обмотке якоря генератора постоянного тока?
Какое назначение коллектора в генераторе постоянного тока?
Из каких основных частей состоит машина постоянного тока и каково их
назначение?
На какие типы разделяются генераторы по способу возбуждения?
Какие свойства генератора с параллельным возбуждением?
Какое назначение каждой обмотки возбуждения генератора со смешанным
возбуждением?
Чем электродвигатель отличается от генератора?
В чем заключается обратимость электрических машин?
Почему электродвигатель постоянного тока нельзя пускать в ход без пускового
реостата?
Почему нельзя размыкать цепь обмотки возбуждения двигателя с параллельным возбуждением?

Раздел 3. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Тема 3.1. Основы электропривода

При изучении темы необходимо уяснить, что представляет собой современный производственный исполнительный механизм и как различать отдельные виды электропривода.

Механические характеристики электродвигателей дают полное представление о работе электродвигателей в системе электропривода.

Требуется хорошо усвоить режимы работы электродвигателей - двигательный и различные режимы торможения.

Главным фактором, определяющим мощность электродвигателя, является допустимая температура нагрева обмоток. Особое внимание следует уделить изучению метода эквивалентных величин как основного для расчета мощности электродвигателей при различных режимах работы.

При изучении схем управления электрическими двигателями следует выяснить назначение всех элементов схемы и изучить порядок их взаимодействия.

Вопросы для самоконтроля

Дайте определение понятия «электропривод». Какие элементы входят в него?
Приведите механические характеристики основных рабочих машин (вентиля
торов, конвейеров, подъемников) и асинхронного двигателя. Как будет выглядеть их
совместная механическая характеристика для какого-либо агрегата (например, вен-
тилятор - асинхронный двигатель)?
Как протекает процесс нагревания и охлаждения электродвигателя? Что называется перегревом изоляции?
На какие классы по нагревостойкости делятся электроизолирующие материалы? Чему равен допускаемый перегрев для изоляции классов А и В?

Поясните основные режимы работы электродвигателя (продолжительный,
кратковременный, повторно-кратковременный) и начертите диаграммы работы для
каждого режима.
Как определяется мощность электродвигателя при каждом режиме работы?
Поясните устройство и принцип работы магнитного пускателя.
Начертите схему управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с помощью магнитного пускателя. Каково назначение блок-контакта, шунтирующего пусковую кнопку?

9. Начертите схему управления асинхронным двигателем с коротко-замкнутым ротором и дросселями насыщения.

10. Поясните работу схемы управления асинхронным двигателем с использованием тиристоров в качестве бесконтактного пускателя. Можно ли с помощью тиристоров регулировать частоту вращения ротора электродвигателя?

Тема 3.2. Аппаратура управления и защиты. Элементы автоматики

В теме должны быть изучены конструкции, принцип действия и области применения основных аппаратов и устройств, применяемых в схемах автоматизированного релейно-контактного и ручного управления электродвигателями исполнительных механизмов.

Необходимо подчеркнуть важность этой темы, так как знание аппаратуры управления и защиты позволяет не только правильно устанавливать и налаживать ее, но и свободно ориентироваться в незнакомых схемах при отсутствии их описания.

Вопросы для самоконтроля

Кратко охарактеризуйте основные группы электроаппаратов.

Перечислите аппараты защиты, приведите их условные графические и позиционные обозначения, охарактеризуйте области их применения.

Как выбрать номинальные параметры аппаратов защиты?

Перечислите аппараты ручного управления, приведите их условные графические и позиционные обозначения, охарактеризуйте области применения.
Начертите схемы управления трехфазным асинхронным двигателем с помощью магнитного пускателя. Объясните назначение элементов и работу схемы.

Перечислите наиболее существенные элементы автоматики.
На какие группы делятся измерительные преобразователи?

Поясните принцип действия основных параметрических преобразователей,
укажите их назначение и устройство.
Какие измерительные преобразователи относятся к генераторным? Их назначение, устройство и принцип действия.

10. Какие исполнительные электродвигатели Вы знаете? Как работает дискретный двигатель?

11. Поясните назначение, устройство и принцип действия контактных и бесконтактных сельсинов. В каких режимах могут работать сельсины?

Поясните принцип работы дросселя с подмагничиванием постоянным током.
Поясните работу и особенности трансформаторного магнитного усилителя.

Каково назначение обратной связи в магнитных усилителях? Как работает
такой усилитель?
Поясните устройство, назначение и принцип действия ферромагнитного стабилизатора.
Поясните принцип действия магнитного усилителя для осуществления логиических операций. Почему для него необходим материал с прямоугольной петлей гистерезиса?

Раздел 4. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Тема 4.1. Полупроводниковые приборы

При изучении темы обратите внимание на собственную и примесную проводимости.

В результате изучения темы необходимо усвоить, что полупроводниковый диод имеет один р-п переход, работает при обратном напряжении на р-п переходе; назначение и классификацию транзисторов, их устройство и принцип действия, характеристики.

При изучении темы необходимо понять, что тиристор - полупроводниковый прибор с тремя и более р-п переходами. На вольтамперной характеристике имеется участок отрицательного сопротивления (при уменьшении напряжения ток увеличивается). По числу выводов тиристоры бывают:

с двумя выводами - диодный тиристор (динистор);

с тремя выводами - триодный тиристор (тринистор), третий вывод от управляющего электрода.

Вопросы для самоконтроля

Какие носители заряда, перемещаясь, образуют ток в полупроводниках с п-
проводимостью, с р-проводимостью?
Как образуется р-п переход, каково его основное свойство?
Чем объяснить наличие тока в полупроводниковом диоде при подаче

обратного напряжения?

Где применяются полупроводниковые диоды?
Как устроен транзистор?
Поясните принцип работы транзистора типа р-п-р.
Какие схемы включения транзисторов существуют?
Чем объяснить отсутствие усиления по току в схеме включения транзистора с общей базой?
Укажите область практического применения транзисторов.

Как устроен тиристор и для чего он применяется?
Объясните принципиальное различие между биполярными и полевыми

транзисторами.

Тема 4.2. Фотоэлектронные приборы

При изучении темы необходимо ознакомиться с основными характеристиками и параметрами фотоэлементов.

При изучении фоторезисторов следует обратить внимание на материал, устройство, схему включения, физические процессы при отсутствии и наличии освещения.

Необходимо усвоить, что фотодиод - полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, изучить его устройство, режимы работы, схемы включения и вольтамперные характеристики.

Фототранзистор - фотоэлектрический полупроводниковый прибор с двумя р-п переходами; необходимо усвоить его устройство, схему включения, физические процессы при освещении базы, вольтамперные характеристики.

Вопросы для самоконтроля

Что такое фотоэлемент?
Как устроен и работает вакуумный фотоэлемент?
Как устроены и работают фотосопротивления?
Для какой цели служат фотодиоды?
Какие функции выполняют фототранзисторы?
Объясните механизм работы и возможность практического применения светодиодов.
Что такое оптрон?

Тема 4.3. Электронные выпрямители и стабилизаторы

При изучении темы необходимо понять назначение и классификацию выпрямителей. Наибольшее применение находит двухполупериодная однофазная мостовая схема выпрямителя; рассмотрите прохождение токов в оба полупериода и обратите внимание на ее преимущества перед другими схемами.

Необходимо усвоить, что трехфазные выпрямители применяются для получения средней и большой мощности. На выходе выпрямителя выпрямленное напряжение является пульсирующим и, кроме постоянной составляющей, содержит переменную.

Для сглаживания пульсации применяются фильтры. Основным параметром для фильтров является коэффициент сглаживания.

При изучении стабилизаторов напряжения и тока необходимо ознакомиться с назначением основных элементов, принципом действия, с преимуществами и недостатками различных методов стабилизации.

Вопросы для самоконтроля

Как работает однополупериодный выпрямитель с полупроводниковым диодом?
Каковы отличия двухполупериодного выпрямителя от однополупериодного?
В каких случаях необходимо последовательное, параллельное и смешанное соединение полупроводниковых диодов в выпрямительных схемах?
Как работает выпрямитель трехфазного тока?
Каково назначение фильтров в выпрямителях?
Как работает полупроводниковый стабилизатор напряжения?

Тема 4.4. Электронные усилители

При изучении темы необходимо ознакомиться с основными параметрами усилителей: входное и выходное сопротивление усилителя, коэффициент усиления по напряжению и току, по мощности; амплитудно-частотной характеристикой и частотными искажениями.

Обратная связь в усилителях встречается в практических схемах часто, поэтому обратите внимание на ее изучение.

Познакомьтесь с требованиями к усилителям мощности и с их показателями, изучите режимы и классы работы.

При изучении усилителей постоянного тока вначале рассмотрите однотактный усилитель с непосредственной связью между каскадами; выясните назначение элементов.

Необходимо усвоить общие принципы работы операционных усилителей и их основные свойства.

Вопросы для самоконтроля

Как классифицируются электронные усилители? Приведите основные показатели работы усилителей.
Дайте определение коэффициенту усиления по напряжению, току и мощности.
Поясните принцип усиления напряжения.
Что показывает частотная характеристика?
Для чего применяются многокаскадные усилители?
Как осуществляются межкаскадные связи в схемах усилителей?
В чем отличие предварительного каскада усиления от оконечного каскада?
Приведите примеры применения усилителей постоянного тока.

Тема 4.5. Электронные генераторы и измерительные приборы

Изучите схемы и принцип действия генераторов синусоидальных колебаний типа 1С; необходимо уяснить назначение элементов и физические процессы в схемах; схемы генераторов пилообразного напряжения и их режимы; принцип работы мультивибратора на биполярных транзисторах, форму напряжения на коллекторах и базах.

Вопросы для самоконтроля

Какие процессы протекают в колебательном контуре?
Как работает генератор синусоидальных напряжений?
Для чего применяются генераторы пилообразного напряжения? Как они работают?
Как устроен симметричный мультивибратор и для чего он применяется?
Как устроена и работает электронно-лучевая трубка?
Как отклоняется сфокусированный луч в электронно-лучевых трубках?

Какие существуют способы фокусировки электронного луча и как осуществляется регулировка яркости в электронно-лучевых трубках?
Что является основной частью осциллографа и для чего он используется?
Объясните устройство и принцип работы электронного вольтметра.

Тема 4.6. Интегральные схемы микроэлектроники

Основная цель темы - изучить новое поколение электронных приборов и аппаратов: гибридные, толстопленочные, интегральные микросхемы; технологию изготовления микросхем, классификацию и применение.

Вопросы для самоконтроля:

Что называется интегральной микросхемой (ИМС)?
Опишите устройство полупроводниковой ИМС и способы ее изготовления.
Что понимают под пленочными ИМС?
Каковы особенности тонкопленочных и толстопленочных ИМС?
Какие ИМС называются гибридными? Их особенности.
Какие пассивные и активные элементы входят в ИМС?
Что Вы знаете о корпусах ИМС?

Тема 4.7. Электронные устройства автоматики и вычислительной техники

Изучите схемы автоматики. Обратите внимание на элементы автоматических устройств. Разберитесь в системах автоматического контроля, управления и регулирования производственных процессов.

Вопросы для самоконтроля

Поясните назначение элементов автоматических устройств.
Какова роль автоматического контроля за производственным процессом?
Перечислите основные узлы структурной схемы системы управления.

IV. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Контрольная работа состоит из двадцати пяти вариантов. Каждый вариант содержит один вопрос и четыре задачи.

Вариант контрольной работы определяется по последней цифре шифра-номера личного дела студента.

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования:

в контрольную работу обязательно выписываются полностью вопросы и условия задач, заносятся схемы и чертежи. После вопроса должен следовать ответ на него. Содержание ответов должно быть четким и кратким;
вычислениям должны предшествовать исходные формулы;
для всех исходных и вычислительных физических величин должна указываться размерность; при этом следует иметь в виду, что числовые значения величин можно подставлять только в том случае, если их размерность совпадает;
при выборе недостающих параметров следует указывать источник, откуда взяты данные величины;
приводятся необходимые эскизы и схемы.

На каждой странице оставляются поля шириной 3-4 см для замечаний проверяющего работу. За ответом на последний вопрос приводится список использованной литературы, указывается методическое пособие, по которому выполнены работы, ставится подпись исполнителя и оставляется место для рецензии.

На обложке тетради указывается учебный шифр, наименование дисциплины, курс, отделение, индекс учебной группы, фамилия, имя, отчество исполнителя, точный почтовый адрес.

В установленные учебным графиком сроки студент направляет выполненную работу для проверки в учебное заведение.

Домашние контрольные работы оцениваются «зачтено» или «не зачтено». После получения прорецензированной работы студенту необходимо исправить отмеченные ошибки, выполнить все указания рецензента, повторить недостаточно усвоенный теоретический материал.

Незачтенная контрольная работа подлежит повторному выполнению.

Задания, выполненные не по своему варианту, не засчитываются и возвращаются студенту.

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

В контрольную работу входят четыре задачи из раздела 1 и один теоретический вопрос из раздела 2.

Т а б л и ц а 1

Последние цифры шифра

№ варианта

Контрольная работа

№ задачи

№ варианта

100

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задача № 1

Цепь постоянного тока содержит группы резисторов, соединенных смешано. Схема цепи представлена на рисунках (схема 1-5). Известные в задачах величины токов, напряжений, мощностей, электрических сопротивлений и номер рисунка указаны в таблице 2.

Индекс тока, напряжения и мощности совпадает с индексом резистора, через который течет ток, на котором действует это напряжение или выделяется эта мощность. Например, через резистор R₁ протекает ток I₁, на нем действует напряжение U₁, выделяется мощность Р₁. I - полный ток цепи. Определите все остальные величины, указанные в таблице.

В таблице указаны резисторы и вид соединения. Можно ли считать эти резисторы соединенными таким образом? Обоснуйте свой ответ.

Методические указания и контрольные задания для студентов – заочников для специальности 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений Основы электротехники

Т а б л и ц а 2

№ вар.

№

рис

R₁,

Ом

R₂,

Ом

R₃,

Ом

R₄,

Ом

R₅,

Ом

R_ab,

Ом

U₁,

U₂,

U₃,

U₄,

U₅,

U_ab,

120

R₁₌ R₂

100

110

100

110

100

110

Т а б л и ц а 2

См. продолжение

№ вар.

Р₁,

Вт

Р₂,

Вт

Р₃,

Вт

Р₄,

Вт

Р₅,

Вт

Р_ab,

Вт

I₁,

I₂,

I₃,

I₄,

I₅,

I_ab,

Резисторы

Вид

соединений

R₂ и R₃

Послед.

R₂ и R₃

- *-

324

R₂ и R₃

- *-

R₂ и R₅

Паралел.

729

R₅ и R₃

- *-

R₂ и R₄

Послед.

R₄ и R₅

- *-

R₃ и R₄

Паралел.

600

R₂ и R₄

Послед.

2,5

R₃ и R₅

- *-

R₁ и R₅

- *-

110

0,5

R₂ и R₃

Паралел.

R₁ и R₄

- *-

220

R₄ и R₂

Послед.

110

R₁ и R₃

- *-

R₂ и R₃

- *-

128

R₃ и R₄

Паралел.

512

R₂ и R₄

Послед.

786

R₁ и R₂

- *-

R₃ и R₄

Паралел.

R₁ и R₃

Послед.

R₁ и R₂

- *-

120

R₂ и R₃

Паралел.

220

R₃ и R₄

- *-

R₂ и R₃

Послед.

Задача № 2

Неразветвленная цепь переменного тока содержит активные и реактивные сопротивления. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке (схемы

6-8) Величины всех сопротивлений и один из дополнительных параметров заданы в таблице 3.

Определить:

полное сопротивление Z;
напряжение U, приложенное к цепи;
силу тока в цепи I;
угол сдвига фаз (величину и знак);
активную Р, реактвную Q и полную S мощности, потребляемые цепью.

Начертить в масштабе векторную диаграмму напряжений цепи и подробно объяснить ее построение. Дать определение переменного тока, описать параметры.

Задача № 3

Разветвленная цепь переменного тока состоит из двух параллельных ветвей, содержащие активные и реактивные сопротивления. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке (схемы 9-10). Величины всех сопротивлений и один из дополнительных параметров заданы в таблице 3. Все величины, относящиеся к первой ветви, имеют индекс «1», а ко второй - «2».

Определить:

токи I₁ и I₂ в обеих ветвях;
ток I в неразветвленной части цепи;
напряжение Г, приложенное к цепи;
активную Р, реактивную Q и полную мощности, потребляемые цепью.

Начертить в масштабе векторную диаграмму токов цепи и дать подробное пояснение к ее построению.

Расскажите о явлении резонансов токов. Можно получить его в данной цепи или нужно изменить цепь? Каким образом? Каково практическое применение резонанса токов?

Т а б л и ц а 3

№ варианта

№

рисунка

(схемы)

R₁,

Ом

R₂,

Ом

X_L1,

Ом

X_L₂,

Ом

X_С₁,

Ом

X_С2,

Ом

дополнительный

параметр

QI = 150вар

S = 500 В*А

U = 50В

Р = 800 Вт

I = 5А

U = 40В

Q_L1 = 500 вар

I = 4А

Q_С₁ = 160 вар

Р = 24 Вт

Р = 200 Вт

Q= 400 вар

I = 4 А

U_С2 = 15 В

U _L1 = 15 В

Q= 64 вар

U = 50 В

I₂ = 4 А

Р₂ = 256 Вт

U _L₂ = 24 В

Q= 40 вар

I₂ = 6 А

Р = 256 Вт

U = 8 В

I₁ = 6 А

Задача № 4

В трехфазную цепь переменного тока с линейным напряжением U_н включены тригруппы ламп, соединенных в треугольники. Сопротивление каждой лампы R_л, силы тока, потребляемое каждой лампой I, мощность одной лампы Р_л.

Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить токи.

Данные для своего варианты взять из таблицы 4. Какое соединение называется соединением в треугольник? Как измерить напряжение фазное, линейное?

Примечание. Лампы в каждой фазе соединены параллельно.

Т а б л и ц а 4

№

варианта

Uн,

Uф,

Количество ламп в фазах

Дополнительные

величины

АВ

ВС

СА

220

120

Р_л= 200 Вт

220

I = 1,36 А

127

R_л = 161 Ом

220

I = 2,27 А

127

Р_л = 150 Вт

Задача № 5

Три сопротивления соединены в треугольник с нейтральным проводом и включены в трехфазную цепь переменного тока с линейным напряжением U_н. Схема цепи представлена на схеме 11. В фазах цепи протекают фазные токи I_АВ, I_ВС, I_СА, I_А, I_В, I_С, - линейные токи. Цепь потребляет активную Р, реактивную Q и полную S мощности. Известные величины указаны в таблице 5. остальные величины необходимо определить. Линейные токи определить из векторной диограммы, начерченной в масштабе. Построение диаграммы подробно пояснить. Дать определение соединения в треугольник. Как измерить напряжение фазное, линейное?

Т а б л и ц а 5

№

варианта

U_Н,

R_В,

Ом

Х_С,

Ом

Х_А,

Ом

I_АВ,

I_ВС,

I_СА,

Р,

Вт

вар

250

7500

2500

7900

250

2500

7900

Задача № 6

Три сопротивления соединены звездой с нейтральным проводом и включены в трехфазную цепь переменного тока с линейным напряжением U_Н. Схема цепи представлена на схеме 12. В фазах цепи протекают фазные токи I_А, I_В, I_с, Цепь потребляет активную Р, реактивную Q и полную мощности. Известные величины указаны в таблице 6, остальные величины необходимо определить. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить ток в нейтральном проводе. Дать определение соединения в звезду. Рассказать о значении нейтрального провода.

Т а б л и ц а 6

№

варианта

U_Н,

R_А,

Ом

Х_В,

Ом

Х_С,

Ом

I_А,

I_В,

I_С,

Р,

Вт

Q_В,

вар

Q_С,

вар

380

4840

2420

9680

380

1270

318

9680

Задача № 7

По заданной векторной диаграмме (схема) для трехфазной цепи с линейным напряжением U_Н определить характер нагрузки каждой фазы потребителя и вычислить ее сопротивление. Схема соединения фаз потребителя и известные величины заданы в таблице 7. Определить активную Р, реактивную Q и полную S трехфазной системы. Начертить схему присоединения нагрузки к сети.

Заданную векторную диаграмму начертить в масштабе, определить графически линейные токи в случае соединения фаз потребителя в треугольник или ток в нейтральном проводе в случае соединения фаз потребителя в звезду. Дать подробное пояснение к построению векторной диаграммы.

Т а б л и ц а 7

№

варианта

U_Н,

I_АВ,

I_ВС,

Схема

соединения

127

12,7

Треугольник

380

Звезда

380

Треугольник

220

12,7

63,5

Звезда

220

Треугольник

Задача № 8

Три группы сопротивлений соединены звездой с нейтральным проводом (схема 14), включены в трехфазную цепь переменного тока с линейным напряжением U_Н. В фазах цепи протекают токиI_А, I_В, I_С. Известные величины даны в таблице 8. Определить остальные величины таблицы. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить ток в нейтральном проводе. Дать подробное описание к построению векторной диаграммы.

Т а б л и ц а 8

№

варианта

U_Н,

R_В,

Ом

R_С,

Ом

Х_А,

Ом

I_А,

I_В,

Iс,

Рв,

Вт

Рс,

Вт

Q_А,

вар

660

8670

660

8670

23120

36100

104

36100

Задача № 9

Трехфазный трансформатор, тип которого указан в таблице вариантов, питает активную нагрузку Р₂ при коэффициенте мощности cos φ₂.

Определить:

номинальные токи I_Н1 и I_Н2 в обмотках;
коэффициент нагрузки трансформатора η;
токи в обмотках при фактической нагрузке;
суммарные потери в трансформаторе ƩР при номинальной нагрузке;
КПД трансформатора при фактической нагрузке

Данные для своего варианта принять по таблице 9. Недостающие величины принять из таблицы 10. Опишите принцип работы однофазного трансформатора.

Т а б л и ц а 9

№

варианта

Тип трансформатора

U_Н1,

кВ

U_Н2,

кВ

Р₂,

кВт

cos φ

ТМ - 1000

0,4

820

0,94

ТМ - 40

0.23

0,95

ТМ - 400

0,4

310

0,9

ТМ - 1600

0,69

1300

0,95

ТМ - 250

0,4

190

0,86

ТМ - 63

0,23

1,0

ТМ - 630

0,4

550

0,89

ТМ - 160

0,4

140

1,0

ТМ - 2500

0,69

1900

0,93

ТМ - 100

0,4

0,93

Задача № 10

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет номинальную мощность Р_н и потребляет из сети полную мощность S₁ при коэффициенте мощности cos φ_Н и КПД_Н суммарных потерь мощности в двигателе ƩР. Двигатель развивает номинальный момент М_н, максимальную М_МАХ и пусковой М_ПУСК. Способность двигателя к перегрузке М _МАК/ М_Н, кратность пускового момента М _ПУСК/ М_Н. Номинальная частота вращения ротора п_Н; скольжение двигателя при этом S₁. частота тока в статоре ƒ₁, в роторе

ƒ₂. Номинальное напряжение сети U_Н. Определяют величины, отмеченные прочерками в таблице 11.

Т а б л и ц а 10

Тип

трансформатора

S_Н,

кВ

Напряжение обмоток, кВ

Потери мощности, кВт

U_Н,%

U_1хх,%

U_Н1,

Р_ст

Р_м

ТМ-100/6:10

100

0,23:0,4

0,33

0,27

6,8

2,6

ТМ-160/6:10

160

0,23:0,4:0,69

0,51

3,1

4,7

2,4

ТМ-250/6:10

250

0,23:0,4:0,69

0,74

4,2

4,7

2,3

ТМ-400/6:10

400

6:10

0,23:0,4:0,69

0,95

5,5

4,5

2,1

ТМ-630/6:10

630

0,23:0,4:0,69

1,31

7,6

5,5

2,0

ТМ-1000/6:10

1000

0,23:0,4:0,69

2,45

12,2

5,5

2,8

ТМ -1600/6:10

1600

0,23:0,4:0,69

3,3

18,0

5,5

2,6

ТМ -2500/10:2500

0,4:0,69:10,5

4,3

24,0

5,5

1,0

Задача № 10

ƒ₂. Номинальное напряжение сети U_Н. Определяют величины, отмеченные прочерками в таблице 11.

Задача № 11

В каждой фазе ротора трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором при пуске наводиться ЭДС Е₂, а при работе со скольжением s - Е₂_S.

Активное сопротивление фазы ротора Р₂ в любом режиме. Индуктивное сопротивление фазы неподвижного ротора Х₂, вращающегося Х₂_S. Число витков в фазе ротора W₂ обмоточный коэффициент К₂, магнитный поток двигателя Ф_м. Частота тока в сети ƒ₁ во вращающемся роторе ƒ₂. Число пар полюсов р, синхронная частота вращения п₁ ротора п_2. Ток в роторе при нормальной работе равен I₂ при пуске I_2ПУСК. Определить величины, отмеченные прочерками в таблице 12.

Т а б л и ц а 11

№

варианта

Р_Н,

кВ

S_Н,

кВ*А

cos

φ_Н

η_н

ƩР_Н

Мmах,

Н*м

Мн,

Н*м

Мпуск,

Н*м

Мmах/

Мн

Мпуск/

Мн

3,97

0,5

18,5

24,4

1,7

13,85

0,84

176

117

1,2

0,86

0,9

1,5

1,1

36,2

140

1,1

0,84

0,86

1,8

1,2

2,8

3,97

0,85

1,3

0,84

0,86

1,62

176

97,5

117

0,86

140

102

0,83

0,85

18,8

24,4

1,7

3,62

0,86

0,9

140

102

1,1

Т а б л и ц а 11

См. продолжение

№

варианта

п_Н,

об/мин

ƒ₁,

Гц

ƒ₁,

Гц

S_Н,

U_Н,

I_Н,

1425

2,5

380

2880

100

500

41,7

980

380

1425

2,5

6,2

1,0

2880

100

500

41,7

380

6,2

500

Т а б л и ц а 12

№

варианта

Е₂,

S_Н,

кВ

R₂,

Ом

Х₂,

Ом

Х _S₂,

Ом

W₂

К₂

100

0,94

0,4

2,4

0,95

0,075

1,0

0,97

0,2

0,98

2,2

100

Т а б л и ц а 12

См. продолжение

№

варианта

Ф_м, Вб

ƒ₂,

Гц

ƒ₂,

Гц

п₁,

об/мин

п₂,

об/мин

I₂,

I_2пуск,

400

7920

7,6

0,0132

0,0145

712,5

14,7

0,001132

400

8000

1,1

ВОПРОСЫ

Основные понятия об электрических измерениях. Классификация электроизмерительных приборов. Погрешности.
Устройство и принцип работы приборов магнитоэлектрических, электромагнитных, электродинамических и индукционных систем.
Измерение напряжения и тока. Расширение пределов измерения приборов. Добавочные сопротивления и шунты.
Измерение электрической мощности, электрической энергии и электрического сопротивления различными методами.
Понятие об электроприводе. Выбор электродвигателя по механическим характеристикам. Классификация электродвигателей по способу защиты от воздействия окружающей среды.
Нагревание и охлаждение электродвигателей. Режимы работы электродвигателей (длительный, кратковременный, повторно-кратковременный). Общие условия выбора электродвигателя по мощности.
Общие сведения о схемах управления. Примеры схем управления электродвигателей с применением электроконтактной аппаратуры, с магнитными усилителями, тиристорами.
Передача и распределение электроэнергии. Схемы электроснабжения. Понятие об энергетической и электрической системах.
Техника безопасности при работе с электрооборудованием. Устройство заземления и зануления. Правила электробезопасности.

Полупроводниковые приборы, их преимущества и недостатки. Электрофизические свойства полупроводников. Образование электронно-дырочного перехода, его свойства и вольт-амперная характеристика. Понятие и виды пробоя.
Описать устройство, классификацию полупроводниковых диодов. Объяснить вольт-амперную характеристику. Зависимость ВАХ от температуры.
Применение полупроводниковых диодов. Объяснить принцип выпрямления и стабилизации.
Объяснить устройство полупроводниковых диодов. Объяснить вольт-амперлую характеристику. Зависимость ВАХ от температуры.

Трехфазный выпрямитель, его схема, работа и применение.

Объяснить назначение, устройство и принцип работы стабилизаторов напряжения на полупроводниковых приборах.
Перечислить основные типы фотоэлементов и пояснить их характеристики. Перечислить свойства фотоэлементов.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом, их устройство, принцип работы и применение.
Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, их устройство, принцип работы и применение.
Виды, устройство, применение и принцип работы тиристоров. Схема включения, ВАХ тиристоров.

Сравнить полупроводниковые диод и транзистор.
Сравнить принцип работы полупроводникового диода и тиристора.
Понятие о фотодиодах и фототранзисторах.
Применение фотоэлектронных приборов в устройствах систем автоматики.

Классификация, основные параметры и характеристика электронных усилителей. Схема усилительного каскада на транзисторе.

Усилители мощности. Их применение и характеристика. Назначение

VI. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСУЩЕСТВЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Важнейшей частью курса «Электротехника и основы электроники» является лабораторный практикум. Чтобы знать электротехнику и основы электроники, необходимо научиться самостоятельно решать разнообразные электротехнические задачи. Решение этих задач может быть получено, как известно, аналитическим или экспериментальным методом. Экспериментальные методы решения изучаются на лабораторных занятиях.

Лабораторные занятия дают возможность:

закрепить на практике теоретические сведения о работе различных электротехнических и электронных устройств;
подробно ознакомиться с устройством и характеристиками наиболее важных электротехнических и электронных приборов, аппаратов и машин, составляющих предмет лабораторной практики:
помочь овладеть практическими способами управления и настройки электротехнических устройств на заданный режим;
получить практические навыки в проведении измерений электрических величин, пользовании различными измерительными приборами и аппаратами, чтении электрических схем, построении графиков и характеристик,

- научить технике проведения экспериментального исследования физических моделей или промышленных образцов электротехнических и электронных устройств;

- выработать умение рассуждать о рабочих свойствах и степени пригодности исследованных электротехнических устройств для решения тех или иных задач.

В соответствии с государственными образовательными стандартами по курсам электротехники и основы электроники лабораторные работы должны выполняться по разделам электрические цепи постоянного и переменного тока, трехфазные электрические цепи, трансформаторы и электрические машины постоянного и переменного тока, основы электроники.

Экспериментальные задачи, предлагаемые на лабораторных занятиях, могут быть успешно решены в отведенное в соответствии с расписанием занятий время только при условии тщательной предварительной подготовки к каждой из них.

Студент, в первую очередь, должен твердо уяснить цель задания и четко представлять назначение устройства, его условное обозначение на электрических схемах, принцип действия и основные характеристики.

Затем, по материалам руководства необходимо ознакомиться с основными параметрами объекта исследования, источников питания и других используемых в стенде преобразователей и пускорегулирующих аппаратов. Эти сведения нужны для определения диапазона возможного изменения величин и необходимого режима работы объекта исследования. Требуемые расчетные соотношения и формулы следует найти и записать самостоятельно на основе изучения учебных пособий.

Особое внимание следует уделить измерительным приборам. В соответствии с каждым этапом рабочего задания необходимо проанализировать схему соединений, состоящую из элементов объекта исследования и электроизмерительных приборов. При этом рекомендуется заготовить таблицы для записи показаний приборов.

Одним из важных этапов подготовки к выполнению лабораторной работы является изучение технологии проведения эксперимента, используя методические рекомендации к выполнению рабочего задания.

Завершает этап подготовки к выполнению лабораторной работы составление ответов на контрольные вопросы, приведенные в методических указаниях.

Проведение эксперимента

Получив разрешение преподавателя на проведение лабораторного исследования, следует немедленно приступить к сборке электрических цепей на рабочем месте. Рекомендуется придерживаться следующего порядка, значительно облегчающего работу по сборке и избавляющего от многих ошибок при соединениях. Общим правилом является соединение сначала участков цепи с последовательным соединением элементов и приборов, а затем параллельных ветвей как объекта исследования, так и приборов.

Этот прием позволяет сознательно подойти к оценке назначения каждого элемента цепи тем самым правильно осуществить её сборку.

Одновременно со сборкой цепи надо произвести маркировку измерительных приборов в соответствии с их условными обозначениями на рабочей схеме соединений. Маркировку приборов можно выполнить с помощью бумажных бирок, которые заготавливает учащийся, выполняющий лабораторное исследование.

Во избежание возможного возникновения больших токов в собранной цепи элементы регулирования потенциометров необходимо устанавливать в положение, соответствующее минимуму напряжения на выходе.

Собранную цепь следует обязательно показать для проверки преподавателю. Только с его разрешения можно включить источник питания и произвести предварительное опробование работы цепи, чтобы убедиться в возможности проведения опыта при заданных пределах измерения величин. Нельзя приступать к измерениям, не будучи совершенно уверенным, что цепь собрана правильно.

Если при испытании цепи постоянного тока стрелка измерительного прибора уходит за пределы шкалы в обратном направлении, надо отключить цепь и переключить подходящие к прибору провода.

При снятии характеристик недопустимо превышать номинальные значения токов и напряжений испытываемого электротехнического устройства, если нет особых указаний в руководстве по лабораторному эксперименту. В случае, если стрелка какого-либо прибора выходит за пределы шкалы, надо немедленно отключить цепь от источника питания, доложить преподавателю или лаборанту и изменить условия эксперимента (уменьшить напряжение питания, увеличить диапазон изменения сопротивления и т.д.).

После предварительного опробования цепи, проверки или оценки диапазона изменения переменного параметра необходимо наметить последовательность отдельных манипуляций и отсчетов, а затем приступить к наблюдениям.

Отсчеты рекомендуется проводить по возможности одновременно по всем приборам. Следует избегать перерыва начатой серии наблюдений и во всех случаях, когда возникает сомнение в правильности полученных наблюдений, их необходимо повторить несколько раз.

Результаты всех первичных наблюдений и отсчетов записывают в таблицу протокола испытаний. Запись отсчетов должна вестись в точном соответствии с показаниями измерительных приборов. Протоколы наблюдений являются единственным документальным следом, остающимся от измерений, поэтому от точной и своевременной фиксации в таблицах результатов отсчета в значительной степени зависит успех экспериментальной работы.

При переходе от одного этапа исследования к другому необходимо каждый раз обращаться к преподавателю за проверкой правильности полученных результатов, которые представляют в виде таблиц или графиков.

К следующему этапу работы разрешается приступать только после проверки и визирования протокола преподавателем.

Обработка результатов и оформление отчета

Каждый студент самостоятельно должен обрабатывать данные опытов и подготовить отчет по каждой проделанной работе.

В отчете на титульном листе указываются название учебного заведения, кафедры. Номер и наименование работы, фамилия и инициалы студента, выполнившего работу, номер его академической группы.

Отчет должен содержать, паспортные данные объекта исследования, схемы соединения элементов объекта исследования с включенными измерительными приборами, таблицы с записью результатов эксперимента, графики зависимостей и векторные диаграммы.

После проведения эксперимента должны быть сделаны основные выводы, полученные в результате исследования.

Каждая схема должна быть сопровождена соответствующей таблицей записей результатов измерений и графиком, иллюстрирующим изучаемые зависимости. В таблице обязательно следует указывать, в каких единицах измерены исследуемые величины. Все таблице необходимо снабдить заголовками, характеризующими проводимый опыт.

На основании результатов измерений проводится их окончательная обработка. Измеренные и вычисленные величины заносятся в соответствующие колонки одной и той же таблицы.

Вычерчивание схем и таблиц рекомендуется производить карандашом обязательно с помощью линейки.

Особое внимание надо уделить графикам зависимостей между величинами, т.к. они являются наглядным результатом работы, графическим ответом на вопросы, поставленные в лабораторной работе.

При построении графиков по осям приводят стандартные буквенные обозначения величин и единиц их измерения, указывают деления с одинаковыми интервалами, соответствующие откладываемым величинам в принятых единицах изменения или в десятичных кратных либо дольных единицах.

Числовые отметки у масштабных делений принято выбирать так, чтобы они составляли 10^±ⁿ, 2*10^±ⁿ или 5*10^±ⁿ от тех единиц, в которых выражены величины, откладываемые по осям. Например, 10 мА; 0,02 Ом; 500 Вт.

При построении графиков вдоль оси абсцисс в выбранном масштабе откладывают независимую переменную. Условное буквенное обозначение этой величины рекомендуется ставить под осью, а наименование единиц измерения либо их десятичных кратных или дольных единиц - после обозначения величины. Вдоль оси ординат масштабные цифры ставят слева от оси, наименование или условное обозначение откладываемых величин - также слева от оси и под этим обозначением указывают единицу измерения. Если в одних координатных осях строят несколько графиков функций одной независимой переменной, то следует провести дополнительные шкалы параллельно основным, каждую со своим масштабом. Если величины по осям абсцисс и ординат отложены в определенном масштабе с числовыми отметками, то не следует ставить стрелок, указывающих направление роста численных значений величин. Наименование единиц измерения дается без скобок. При вычерчивании графиков надо учитывать, что всякое измерение имеет случайные погрешности (истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, а вместо него принимают некоторое её значение, признаваемое за наиболее приближающееся к истинному). Поэтому не следует проводить кривые через все экспериментальные точки. На графике необходимо проводить плавные непрерывные кривые, которые проходят среди экспериментальных точек. Отступление некоторых точек от плавной кривой называют «разбросом точек». Величина разброса при наблюдении закономерных явлений определяет тщательность проведения эксперимента.

При наличии нескольких кривых на одном графике точки, соответствующие опытным данным и относящиеся к различным кривым, должны быть помечены условными значками (крестиками, кружками и т. п.).

Каждый график обязательно должен быть снабжен таким лаконичным текстом, чтобы любой достаточно подготовленный читатель мог легко понять, какую зависимость характеризует построенный график.

На последней странице отчета следует указать дату оформления и поставить подпись.

Отчет в целом должен быть составлен таким образом, чтобы для понимания содержания и результатов проведенной работы не требовалось дополнительных устных пояснений. Составление подобных отчетов - первый шаг к оформлению технических отчетов по экспериментальным исследованиям, которые предстоит проводить будущему инженеру.

VII. ЛИТЕРАТУРА

Воробьев А.В. Электротехника и электрооборудование строительных процес
сов. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2009.

Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника. - М.: Высшая школа, 2009.

Справочное пособие по основам электротехники и электроники. - М.: Энер
гоатомиздат, 2008.

Мануйлов В.Е. Основы электробезопасности. - Л.: Энергоатомиздат, 2008.

Фуфаева Л.И. Применение ЭВМ при изучении ТОЭ. - М.: Энергоатомиздат.
2001.
Можаев Н.С., Хорин Е.Ф. Лабораторный практикум по ТОЭ и общей электро
технике. - М.: ВИА, 2003.
Барсов И.Н. Теоретические основы электротехники. - М.: Энергоатомиздат.
2003.
Новиков П.Н., Кауфман В.Я., Толчев О.В., Ярочкина Г.В. Задачник по элек
тротехнике. - М.: Высшая школа, 1992.

9. ГОСТ 19880 - 74. Электротехника. Основные понятия. Термины определения

загрузить