Электротехника и электроника

М.С. Семко

Электротехника и электроника

Методические указания к выполнению практических работ

для обучающихся очной формы обученияпо специальностям:

Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта,

Сварочное производство,2

Технология мяса и мясных продуктов.

 

Светлый, 2013

ББК

 

 

Составитель: Семко М.С., преподаватель специальных дисциплин.

 

Методист ___________ Н.Н. Перебоева

 

Рассмотрено на заседании МО

Протокол №____ от «___»___________20___г.

Председатель МО __________ М.С. Семко

 

 

Печатается по решению Методического совета техникума, протокол № __ от «___» ___________ 20­­­­___г.

 

 

© ТОТ, 2013

© Семко М.С., 2013

Содержание

 

Практическая работа №1«Расчет смешанного соединения резисторов……......
Практическая работа №2«Расчет неразветвленных электрических цепей
переменного тока»……………………………………………………………........
Практическая работа №3«Расчет смешанного соединения
конденсаторов»……………………………………………………………………..
Практическая работа №4«Расчет трехфазных цепей»……………………...…...
Практическая работа №5 «Расчет машин постоянного тока»………..………….

 

 

В методических указаниях приводятся теоретические сведения по теме, задания и образец решения для выполнения практической работы.

 

Практическая работа №1

«Расчет смешанного соединения резисторов»

Цель: закрепить знания методов расчета эквивалентного сопротивления резисторов при их смешанном соединении.

Теоретические сведения

Отдельные проводники электрической цепи могут быть соединены между собой последова­тельно, параллельно и смешанно (последовательно-параллельно).

Последовательное соединение

Проводники соединены таким образом, что по ним проходит один и тот же ток.

 

Сила тока в цепи:

 

Общее напряжение:

 

Эквивалентное сопротивление:

 

 

Параллельное соединение

Два или более проводников присоединены к двум узловым

точкам.

 

Сила тока в цепи:

 

Общее напряжение:

 

Эквивалентное сопротивление:

 

или

 

Задание

Определить общее сопротивление цепи, токи во всех ветвях и напряжения на каждом сопротивлении, если напряжение U=120 В.

 

Вариант	Положение ключей	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R4, Ом	R5, Ом	R6, Ом	R7, Ом	R8, Ом
К1	К2
				1,5			1,5
				1,5			1,5
				1,5			1,5
				1,5			1,5
						1,5		1,5
						1,5		1,5
						1,5		1,5
						1,5		1,5
				1,5			1,5

 

 

Порядок выполнения расчета

1. Для своих данных начертить исходную схему.

 

 

Вариант	Положение ключей	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R4, Ом	R5, Ом	R6, Ом	R7, Ом	R8, Ом
К1	К2
			1,5				1,5

 

2. Рассчитать последовательное соединение R₁-R₄:

 

 

3. Рассчитать параллельное соединение R₁₄-R₃:

 

 

4. Рассчитать последовательное соединение R₂-R₅:

 

 

5. Рассчитать параллельное соединение R₁₃₄-R₂₅:

 

 

6. Найти эквивалентное сопротивление, рассчитав последовательное соединение R₁₂₃₄₅-R₇₈:

7. Найти общий ток в цепи:

 

8. Найти токи на сопротивлениях R₇ и R₈:

 

 

9. Найти напряжения на сопротивлениях R₇ и R₈:

10. Найти напряжение между точками а и б:

11. Найти ток на сопротивлениях R₁ и R₄:

12. Найти ток на сопротивлениях R₂ и R₅:

13. Найти ток на сопротивлении R₃:

14. Проверка:

Практическая работа №2

«Расчет неразветвленных электрических цепей переменного тока»

Цель: закрепить знания методов расчета параметров неразветвленных электрических цепей переменного тока.

Теоретические сведения

Реактивное сопротивление цепи рано разности индуктивных и емкостных сопротивлений:

(брать все Х из схемы)

Формула для полного сопротивление цепи имеет вид:

Эту формулу нужно привести в соответствие со своей схемой, следуя указаниям:

- если одно из этих сопротивлений в схеме отсутствует, то брать его за ноль;

- если каких-то сопротивлений два, то при их подставке в формулу складывают; причем X_L всегда берут с «плюсом», а Х_C - с «минусом».

Ток в цепи можно найти несколькими способами:

 

Напряжения в цепи также можно найти по нескольким формулам:

 

Коэффициент мощности равен отношению активного сопротивления к полному:

sinj находят как отношение реактивного сопротивления к полному:

 

 

Формулы для мощности цепи имеют вид:

 

активная

реактивная

полная

 

Для построения векторной диаграммы необходимо:

1. Составить уравнение (векторно сложить в порядке схемы соответствующие напряжения).

2. Выбрать масштаб, т.е. поделить все значения напряжений на одно число, чтобы результат деления было удобно строить в сантиметрах.

 

U... = … В

U… = … В

U... = … В

I… = … А

 

3. После этого построить векторную диаграмму по масштабу и в соответствии с уравнением.

примечание:

a) первым всегда строят ток I;

b) вектор U_R всегда идет параллельно току;

c) вектор U_L перпендикулярно току вверх;

d) U_C перпендикулярно току вниз;

e) итоговый вектор U соединяет начало первого вектора с концом последнего.

Проверка: длина вектора U в сантиметрах, измеренная по линейке, должна совпадать с расчетной величиной.

Задание

Неразветвленная цепь переменного тока содержит активные и реактивные сопротивления, величины которых заданы в таблице. Кроме того, известна одна из дополнительных величин. Определить следующие величины, если они не заданы в таблице вариантов: полное сопротивление цепи; напряжение, приложенное к цепи: силу тока в цепи; активную, реактивную и полную мощности; cos φ; sin φ.

 

 

Вариант	R1, Ом	R2, Ом	XL, Ом	XC, Ом	Дополнительная величина
					I= 10А
					P= 120 Вт
					P2= 100 Вт
					U1= 72 ВI= 1 А
					U= 40 В
					Q1= -96 вар
					QС1= -125 вар
					S = 80 В∙А
					Q= -640 вар
					Р1= 32 Вт

Порядок выполнения расчета

1. Начертить исходную схему.

 

 

 

Вариант	R1, Ом	R2, Ом	XL, Ом	XC, Ом	Дополнительная величина
					Q = 150 вар

 

 

2. Найти реактивное сопротивление:

 

 

3. Найти полное сопротивление цепи:

 

 

4. Найти ток:

 

5. Найти напряжения:

 

 

6. Найти cosφ и sinφ:

 

 

7. Найти мощности:

Активная

Реактивная

Полная

 

 

8. Построить векторную диаграмму:

a) Векторно сложить соответствующие напряжения в порядке схемы

 

b) Выбрать масштаб, т.е. поделить все значения напряжений на одно число, чтобы результат деления было удобно строить в сантиметрах.

U_R1 = 10 В 1 см

U_L = 60 В 6 см

U_R2 = 30 В: 10 3 см

U_C = 30 В 3 см

U = 50 В 5 см

 

I= 5 А: 1 5 см

 

c) Построить векторную диаграмму по масштабу и в соответствии с уравнением.

 

U _R2

U_C

U_L

U

U_R1I

 

Описание:

1. Первым строят ток I, горизонтально, длиной 5 см;

2. Вектор U_R1 идет параллельно току, длиной 1 см;

3. Вектор U_L перпендикулярно току вверх, от конца вектора U_R1, длиной 6 см;

4. Вектор U_R2 идет параллельно току, от конца вектора U_L, длиной 3 см;

5. U_C перпендикулярно току вниз, от конца вектора U_R2 , длиной 3 см;

6. Итоговый вектор U соединяет начало первого вектора U_R1 с концом последнего U_C.

Проверка: длина вектора U в сантиметрах, измеренная по линейке, равна 5 см, что совпадает с расчетной величиной.

Практическая работа №3

«Расчет смешанного соединенияконденсаторов»

Цель: закрепить знания методов расчета электрической емкости и зарядов конденсаторов при их смешанном соединении.

Теоретические сведения

Электричес­кий конденсатор—это система из двух проводников (обкладок, пластин), разделенных диэлектриком.

Конденсаторы обладают свойством накапливать на своих обкладках электрические заряды, равные по величине и противоположные по знаку.

Электрический заряд qкаждой из обкладок пропорционален напряжению Uмежду ними:

 

Величину С, равную отношению заряда одной из обкладок конденсатора к напряжению между ними, называют электрической емкостью конденсатора и выражают в фарадах (Ф).

Емкость конденсатора зависит от геометрических размеров, формы, взаимного расположения и рас­стояния между обкладками, а также от свойств диэлектрика.

Конденсаторы могут быть соединены последова­тельно, параллельно и смешанно (последовательно-параллельно).

Последовательное соединение

 

При таком на обкладках всех конденсаторов будут одинаковые по величине заряды:

 

Напряжения на конденсаторах будут различны, так как они зависят от их емкостей:

; …

Общее напряжение:

 

Общая, или эквивалентная, емкость

 

или

Параллельное соединение

 

При параллельном соединении напряжение на всех конденсаторах одинаковое.

Заряды на обкладках отдельных конденсаторов при различной их емкости:

, ….

Заряд, полученный всеми параллельно соединен­ными конденсаторами

Общая (эквивалентная) емкость:

 

Задание

 

1.Определить эквивалентную емкость батареи конденсаторов, соединенных по схеме, при соответствующих положениях ключей.

Вариант	Положение ключей	С1, мкФ	С2, мкФ	С3, мкФ	С4, мкФ	С5, мкФ	С6, мкФ	С7, мкФ
К1	К2	К3
										0,5
				0,5
							0,5
					0,5				0,5

 

1. Для случая, когда ключи К₁, К₂ и К₃ разомкнуты, найти заряды на каждом конденсаторе и общий заряд схемы.

№ варианта	С2, мкФ	С3, мкФ	С4, мкФ	С7, мкФ	U2,B	U3,B	U4,B	U7,B

Порядок выполнения расчета

Задание

1. Для своих данных начертить исходную схему.

 

Вариант	Положение ключей	С1, мкФ	С2, мкФ	С3, мкФ	С4, мкФ	С5, мкФ	С6, мкФ	С7, мкФ
К1	К2	К3

 

 

2. Рассчитать последовательное соединение С₃-С₇:

 

 

3. Рассчитать параллельное соединение С₄-С₅:

 

 

4. Рассчитать последовательное соединение С₂-С₄₅:

 

5. Найти эквивалентную емкость, рассчитав параллельное соединение С₂₄₅-С₃₇:

Задание 2

 

1. Для своих данных начертить исходную схему.

 

№ варианта	С2, мкФ	С3, мкФ	С4, мкФ	С7, мкФ	U2,B	U3,B	U4,B	U7,B

 

 

2. Рассчитать заряды на каждом конденсаторе:

 

 

3. Рассчитать общий заряд схемы:

 

4. Проверка:

,

где

 

 

Практическая работа №4

«Расчет трехфазных цепей»

Цель: закрепить знания методов расчета параметров трехфазных цепей переменного тока.

Теоретические сведения

Электрические цепи, которые состоят из совокупности переменных ЭДС одной частоты и сдвинутых по фазе друг относительно друга на треть периода называют трехфазной системой переменного тока. Однофазная цепь, входящая в систему данной многофазной цепи называется фазой.

В трехфазных системах обмотки генератора и электроприемника соединяют по схемам «звезда» или «треугольник». Если нагрузки (приемники) соединены в трехфазную цепь по схеме «звезда», то к сопротивлениям нагрузки приложены фазные напряжения. Линейные токи равны фазным и определяются по закону Ома:

а ток в нейтрали равен векторной сумме этих токов:

 

 

 

При симметричных напряжениях U_A, U_B, U_C и одинаковых сопротивлениях R_A= R_B= R_C= R токи I_A, I_B, I_Cтакже симметричны и их векторная сумма (I_N) равна нулю. Тогда

а напряжение

Векторные диаграммы имеют вид:

Мощность трёхфазной нагрузки складывается из мощностей фаз:

 

 

Когда нагрузка симметричная и чисто резистивная, имеем

 

При смешанной (активно-индуктивной или активно-емкостной) нагрузке:

активная мощность

 

реактивная мощность

 

полная мощность

 

 

Если нагрузки (приемники) соединены в трехфазную цепь по схеме «треугольник», нагрузка R_AВ, R_BС иR_CА каждой фазы включается на полное линейное напряжение, которое равно фазному:

 

 

Фазные токи I_AВ, I_BС иI_CА определяются по закону Ома:

 

 

Линейные токи определяются по первому закону Кирхгофа:

 

При симметричных напряжениях U_AВ, U_BС,U_CА и одинаковых нагрузках фаз R_AВ = R_BС =R_CА = R токи также симметричны:

Векторные диаграммы имеют вид:

 

Мощность, потребляемая трехфазной нагрузкой при ее соединении в «треугольник», складывается из мощностей фаз

 

При симметричной или чисто активной нагрузке

 

 

При смешанной (активно-индуктивной или активно-емкостной) нагрузке:

активная мощность

реактивная мощность

 

полная мощность

 

Задание

1. В трехфазную четырех проводную сеть включили звездой несимметричную нагрузку: в фазу А – индуктивный элемент с индуктивностью L_A, в фазу В – резистор с сопротивлением R_B, и емкостный элемент с емкостью С_В, в фазу С – резистор с сопротивлением R_С. Линейное напряжением сети U_HOM. Определить фазные токи I_A, I_B, I_C, активную мощность цепи P, реактивную мощность Q и полную мощностьS

 

Вариант	RB, Ом	RC, Ом	LA, мГн	CB, мкФ	Uн, В	f, Гц

 

2. В трехфазную сеть включили треугольником несимметричную нагрузку. В фазу АВ – емкостный элемент С_AВ, в фазу ВС – индуктивный элемент с активным сопротивлением R_ВС и индуктивностью L_BC, в фазу С – резистор с сопротивлением R_СА. Линейное напряжением сети U_H. Определить фазные токи I_AВ, I_BС, I_CА, активную мощность цепи P, реактивную мощность Q и полную мощность цепи.

Вариант	RBС, Ом	RCА, Ом	LВС, мГн	CАВ, мкФ	Uн, В	f, Гц

Порядок выполнения расчета

Задание 1

1. Начертить исходную схему

 

 

Вариант	RB, Ом	RC, Ом	LA, мГн	CB, мкФ	Uн, В	f, Гц
			31,8

 

2. Определить фазные напряжения:

 

 

В четырехпроводной цепи при любой нагрузке фаз выполняется соотношение:

3. Определить сопротивление индуктивного элемента L_A:

 

 

4. Определить сопротивление емкостного элемента С_В:

 

 

5. Определить полное сопротивление в фазе В:

 

 

6. Найти фазные токи, применяя закон Ома для участка цепи:

 

 

7. Определить активную мощность фаз:

 

 

8. Определить реактивную мощность фаз:

 

9. Полная мощность трехфазной цепи равна:

 

 

Задание 2

 

В трехфазную сеть включили треугольником несимметричную нагрузку. В фазу АВ – емкостный элемент С_AВ, в фазу ВС – индуктивный элемент с активным сопротивлением R_ВС и индуктивностью L_BC, в фазу С – резистор с сопротивлением R_СА. Линейное напряжением сети U_H. Определить фазные токи I_AВ, I_BС, I_CА, активную мощность цепи P, реактивную мощность Q и полную мощность трехфазной цепи S.

 

Вариант	RBС, Ом	RCА, Ом	LВС, мГн	CАВ, мкФ	Uн, В	f, Гц
			9,55	318,5

 

1. При соединении потребителей треугольником выполняется соотношение:

2. Определить сопротивление емкостного элемента в фазе АВ:

3. Определить сопротивление индуктивного элемента в фазе ВС:

 

4. Определить полное сопротивление фазы ВС:

 

5. Определить фазные токи:

 

6. Определить активную мощность фаз:

 

7. Определить реактивную мощность фаз:

 

 

 

8. Определить полную мощность трехфазной цепи:

 

 

 

Практическая работа №5

«Расчет машин постоянного тока»

Цель: закрепить знания методов расчета параметров работы машин постоянного тока.

Теоретические сведения

Машина постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток

где U - напряжение на зажимах генератора;
R_я - сопротивление обмотки якоря.

Номинальный ток генератора определяется из соотношения:

 

Ток обмотки якоря составляет разницу между номинальным током и током обмотки возбуждения:

 

Электрические потери в обмотках:

возбуждения

якоря

 

Сумма потерь при номинальной нагрузке:

 

 

 

Механические и магнитные потери:

 

 

Добавочные потери - это трудно учитываемые потери, их принимают равными 1% от подводимой мощности двигателя.

 

Ток в цепи нагрузки при максимальном КПД:

 

 

Максимальный КПД:

Задание

Для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением определить сумму потерь, потери электрические, дополнительные и магнитные, ток при максимальном КПД, максимальный КПД.

Вариант	U, B	Iн, A	Rя, Ом	Rв,Ом	η,%
		51,5	0,24
			0,15
			0,63
		42,5	0,24
			0,37
		48,5	0,18
			0,46
			0,22
		56,5	0,41
			0,23

 

Порядок выполнения расчета

Вариант	U, B	Iн, A	Rя, Ом	Rв,Ом	nн,об/мин	η,%
		50,5	0,21

 

1. Найти мощность, потребляемую двигателем при номинальной нагрузке:

2. Найти номинальную мощность на валу двигателя:

3. Найти сумму потерь при номинальной нагрузке:

4. Найти ток обмотки возбуждения:

5. Найти ток обмотки якоря: