Задания для контрольных работ

Таблица 1

Контрольная работа № 1

Задача 1 (варианты 01 —100)

Цепь постоянного тока содержит шесть резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи и величины резисторов указаны на соответствующем рисунке. Номер рисунка, заданные величины одного из токов или напряжений приведены в таблице вариантов (табл. 2). Всюду индекс тока совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток. Определить эквивалентное сопротивление цепи относительно вводов АВ и ток в каждом резисторе, если он не задан в таблице вариантов. Начертить схему цепи. Пояснить с помощью логических рассуждений характер изменения электрической величины, заданной в таблице вариантов (увеличится, уменьшится, останется без изменения), если один из резисторов замкнуть накоротко или выключить из схемы. Характер действия с резистором и его номер указаны в таблице вариантов. Если логические рассуждения не позволяют сделать заключение о характере изменения заданной величины, можно выполнить ее расчет в измененной схеме и дать ответ на вопрос. Напряжение на вводах АВ (Uab) во всех вариантах принять неизмененным.

Таблица 2

Задача 2 (варианты 01 - 100)

Неразветвленная цепь переменного тока содержит активные и реактивные (индуктивного и емкостного характера) сопротивления, величины которых заданы в табл. 3. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка приведен в таблице. Кроме того, известна одна из дополнительных величин: напряжение U, ток I, активная Р, реактивная Q или полная S мощности или потеря напряжения в одном из элементов цепи в зависимости от варианта; иногда задается потеря мощности в одном из элементов.

Начертить схему цепи и определить следующие величины, если они не заданы в таблице вариантов: полное сопротивление цепи Z; напряжение U, приложение к цепи; силу тока I ; угол сдвига фаз  (по величине и знаку); активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи.

Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить порядок ее построения, а также треугольники сопротивлений и мощностей.

С помощью логических рассуждений пояснить характер изменения силы тока, угла сдвига фаз и реактивной мощности при уменьшении частоты тока в цепи в два раза. При этом величину напряжения, приложенного к цепи, считать неизменной.

Указания к решению задачи:

1) поскольку cos  является четной функцией, то во избежание потери знака угла сдвига фаз последний определять с помощью синуса или тангенса;

2) при Х_С > X_L угол сдвига фаз в цепи отри­цательный, поэтому реактивная мощность индуктивного характера Q_L > 0, а емкостного Q_С < 0, что следует учитывать при вычислении общей реактивной мощности цепи;

3) если в качестве дополнительного параметра задана реактивная мощность, то при определении силы тока в цепи следует пользоваться формулами Q_L = I² X_L; Q_С = I² X_С; если задана полная мощность, то S = I² Z;

4) если задается потеря напряжения в каком-либо элементе цепи, то можно найти ток, пользуясь формулами (в зависимости от характера элемента):U_R = I R; U_L= I X_L; U_С = I X_С;

5) в таблице З индексы буквенных обозначений следует понимать так: Qu-реактивная мощность в первом индуктивном сопротивлении; Qci - тоже, но в емкостном; Prj - активная мощность в первом резисторе; Р - активная мощность во всей цепи; U_R1, U_L1, U_С1 -падения напряжения соответственно на первом активном, индуктивном и емкостном сопротивлениях.

Задача 3 (варианты 01 - 100)

Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы индуктивности, емкости), образующие две параллельные ветви. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка, значения всех сопротивлений и один дополнительный параметр заданы в таблице 4. Индекс «1» у дополнительного параметра означает, что он относится к первой ветви, индекс «2» - ко второй. К цепи приложено напряжение U; токи в ветвях соответственно равны Ii и Ь, ток в неразветвленной части цепи равен I.

Начертить схему цепи для своего варианта и определить следующие величины, если они не заданы в таблице:

1) токи I₁ и I₂ в параллельных ветвях;

2) ток I в неразветвленной части цепи;

3) напряжение U, приложенное к цепи;

4) активную Р, реактивную Q и полную S мощности для всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить ее построение. Каким образом в заданной цепи можно получить резонанс токов? Если цепь не позволяет достигнуть резонанса, то пояснить, какой элемент надо дополнительно включить в цепь для этого. Начертить цепь такой цепи.

Указания к решению задачи.

Ток в неразветвленной части цепи проще всего определить методом мощностей. После вычисления активной Р и реактивной Q мощностей для всей цепи, находят полную мощность S = , а затем ток I по формуле I = S / U. Реактивная мощность цепи равна: Q = Q₁ + Q₂, причем реактивная мощность в ветви с емкостью принимается отрицательной.

Задача 4 (варианты 01 — 10)

Производственное помещение машиностроительного завода освещается лампами накаливания. Лампы включены звездой с нулевым проводом в трехфазную четырех -проводную сеть в соответствии с рис. 31. Линейное напряжение сети равно U ном. В фазы А, В и С включены соответственно n_А, n_В и n_С ламп мощностью каждая Р_Л. Определить линейные токи в проводниках линии и начертить в масштабе векторную диаграмму напряжений и токов, из которой графически найти ток в нулевом проводе. Вычислить мощность, потребляемую каждой фазой и всей цепью. Заданные величины даны в табл. 5.

Указания к решению задачи:

1). Линейные (фазные) токи определяются по формуле: I_Л =Р_Ф / U_Ф, где Р_Ф = Р_L n_Ф, а U_НОМ / ;

2). Суммарная мощность всех ламп в цепи Р - Рфа + Рфв + Рфс

Задача 5 (варианты 11 - 20)

В трехфазную четырехпроводную сеть с линейным напряжением U_hom включили звездой разные по характеру сопротивления (см. рис. 32...41). Определить линейные токи и начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой графически найти ток в нулевом проводе. Данные для своего варианта принять из табл. 6.

Задача 6 (варианты 21 - 30)

В трехфазную трехпроводную сеть с линейным напряжением U_hom включили треугольником разные по характеру сопротивления (см. рис. 42...51). Определить фазные токи и начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить графически линейные токи. Данные для своего варианта принять из табл. 7.

Как изменятся значения фазных и линейных токов и углов сдвига фаз в каждой фазе при увеличении частоты тока в сети в два раза?

Задача 7 (варианты 31 - 40)

Три активных сопротивления Rab, Rbc и Rca соединили в треугольник и включили в трехпроводную сеть с линейным напряжением U_hom (рис. 52). Начертить схему цепи и определить фазные токи и потребляемую цепью активную мощность в нормальном режиме. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой графически найти линейные токи. Затем в цепи наступил аварийный режим, характер которого указан в таблице вариантов. Определить те же величины в аварийном режиме. Данные для своего варианта принять из табл. 8.

Указания к решению задачи:

1). Линейные токи определяются из следующих уравнений, записанных в векторной форме I_А = I_АВ + (- I_СА); Iв = I_ВС + (-I_АВ); I_C = I_CА + (-I_ВС);

2). Активная мощность Р равна сумме активных мощностей трех фаз, т.е.

Р = В_АВ + Р_ВС + Р_СА = I_АВ U_АВ + I_ВС U_ВС + I_СА U_СА;

3). При отключении одного из линейных проводов, например, провода А, остаётся только линейное напряжение U_ВС, на которое параллельно включены активные сопротивления R_ВС и (R_АВ + R_СА), поэтому фазные токи будут равны:

I_ВС = U_ВС / R_ВС;

I_САВ = U_ВС / (R_АВ + R_СА),

линейные же токи составят: I_В = I_С= I_ВС + I_САВ;

4). При отключении фазы, например, фазы АВ, на векторной диаграмме ток Iab ⁼ 0 и линейные токи составят Iab ⁼ -Ica; Ib = Ibc; Ic ⁼ Ica + (-Ica). Последнее уравнение является векторным.

Задача 8 (варианты 41 - 50)

По заданной векторной диаграмме для трехфазной цепи определить характер сопротивлений в каждой фазе (активное, индуктивное, емкостное, смешанное), вычислить величину каждого сопротивления и начертить схему включения сопротивлений в сеть. Сопротивления включены звездой, имеется нулевой провод. Пользуясь векторной диаграммой, которую нужно построить в масштабе, определить графически ток в нулевом проводе. Данные для своего варианта взять из табл. 9.

Указание к решению задачи: Поясним решение для варианта 41. Из векторной диаграммы, приведенной на рис. 53, следует, что в фазе А включено активное сопротивление R_А ⁼ U_А / 1_А ⁼ 220 / 10 = 22 Ом, так как ток совпадает с фазным напряжением. В фазу В включено индуктивное сопротивление, поскольку ток I_B отстает от фазного напряжения U_В на угол  = 90°. Его величина равна: Х_В = U_В / I_B = 220 / 20 = 11 Ом. В фазу С включены активное сопротивление и индуктивное, так как угол сдвига фаз _С= 36°50'.

Полное сопротивление фазы Z_С = U_С / I_C = 220 / 22 = 10 Ом. Активное сопротивление фазы R_C = Z_C  cos = 10  0,8 = 8 Ом.

Индуктивное сопротивление фазы Х_С = Z_С  sin  = 10  0,6 = 6 Ом.

Задача 9 (варианты 51 - 60)

В трехфазную четырехпроводную сеть включили нагревательную печь, являющуюся симметричной нагрузкой, имеющей активно-индуктивный характер с сопротивлениями R и Х_L и лампы накаливания мощностью Р_Л каждая (рис. 63). Обмотка печи соединены треугольником, лампы накаливания - звездой. Числа ламп в каждой фазе n_А, n_В, n_С. Номинальное напряжение сети (линейное) U_НОМ-.Определить показания амперметров А1, А2, A3, А4, А5 и вольтметра Uф. Для соединения ламп звездой начертить в масштабе векторную диаграмму, из которой определить графически ток в нулевом проводе, т.е. показания амперметра А₀. Данные для своего варианта принять из таблицы 10.

Указания к решению задачи:

1). Фазные токи, потребляемые печью I_АВ = I_ВС = I_СА = U_НОМ / Z_АВ, где Z_АВ = . Такой же ток покажет амперметр А1.

2). Фазные токи, потребляемые лампами, включенными на фазное напряжение U_Ф=U_НОМ / , составят: I_A = Р_An_A / U_Ф; I_B = Р_A n_B / U_Ф; Iс = Р_An_C / U_Ф. Эти токи покажут амперметры A3, A4, A5;

3). Линейный ток, потребляемый печью I₂ = I_АВ. Этот ток покажет амперметр А2.

4). После построения векторной диаграммы только для ламповой нагрузки, находят ток в нулевом проводе по токам I_A, I_B и I_C.

Задача 10 (варианты 61 - 70)

Электродвигатель переменного тока представляет собой симметричную активно-индуктивную нагрузку. Каждая фаза его рассчитана на фазное напряжение U_Ф и содержит активное сопротивление R_Ф и индуктивное Х_LФ. Сеть имеет номинальное напряжение U_НОМ.

Выбрать схему соединения обмоток двигателя в зависимости от напряжения сети и начертить ее (звездой или треугольником). Определить активную Р, реактивную Q и полную S мощности, расходуемые двигателем. Вычислить потребляемый двигателем ток. Данные для своего варианта принять из табл. 11.

Как следует соединить обмотки двигателя (звездой или треугольником) для возможности включения его в сеть с номинальным напряжением U_НОМ2?

Указания к решению задачи:

1). Фазный ток двигателя I_Ф = U_Ф / Z_Ф = UФ / ; линейный ток при соединении звездой, равен фазному; при соединении треугольником превышает фазный в раз.

2). Активная, реактивная и полная мощности определяются по формулам:

Р = U_НОМ I_Л cos ;

Q =  U_HOM  I_Л  sin;

S =  U_HOM  I_Л  cos . Здесь cos = R_Ф / Z_Ф; sir = Х_LФ / Z_Ф.

Задача 11 (варианты 71 - 80)

Для освещения трех участков помещения цеха машиностроительного завода установили люминесцентные лампы мощностью Р_А. Напряжение ламп ид. Общее число ламп n распределили поровну между участками. Линейное напряжение сети U_НОМ. Освещение каждого участка цеха получает питание от одной фазы при включении ламп звездой (фаза и нуль), либо от двух фаз (при включении треугольником). Для зажигания ламп использованы специальные аппараты, содержащие катушки на стальных магнитопроводах, поэтому коэффициент мощности ламп меньше единицы сos = 0,95. Определить ток, потребляемый лампами участка и начертить схему включения ламп. Данные для своего варианта принять из табл. 12.

Указания к решению задачи:

1). Ток, потребляемый лампами участка:

, А.

2). При равенстве напряжений ламп U_Л и сети U_НОМ лампы включаются треугольником; если напряжение сети превышает напряжение ламп в раза, лампы включают звездой.

3). При включении ламп звездой линейный ток I_Л равен току I; при включении треугольником I_Л = I.

Задача 12 (варианты 81 - 90)

На рис. 64 приведены элементы, позволяющие составить схему включения двух трехфазных электродвигателей Д1 и Д2 и двух групп ламп накаливания Л1 и Л2. Электродвигатели и лампы включаются через автоматические выключатели А_Д1 и А_Д2, А_Л1 и А_Л2. Автоматические выключатели служат для нечастых включений и отключений потребителей и для защиты электрической сети от длительного протекания токов коротких замыканий, а также для защиты электродвигателей от токов перегрузки. Номинальное напряжение сети U_НОМ. Обмотки каждой фазы электродвигателей рассчитаны на напряжениеU_Д, рабочее напряжение ламп U_Л. Эти величины заданы в табл. 13.

В задаче необходимо выполнить следующее:

1. В зависимости от напряжения сети соответствующим образом соединить между собой обмотки каждого электродвигателя (звездой или треугольником), показанные на рисунке в его корпусе, и присоединить их к сети;

2. Присоединить к сети обе группы ламп, учитывая их напряжение и напряжение сети;

3. Принимая мощность каждой лампы Рл, определить потребляемый лампой ток.

Указание к решению задачи:

При соединении ламп звездой потребляемый одной лампой ток равен I_Л = Р_Л / U_НОМ; при соединении ламп треугольником – I_Л = Р_Л / U_НОМ.

Задача 13 (варианты 91 - 100)

По заданной векторной диаграмме для трехфазной сети определить характер сопротивлений в каждой фазе (активное, индуктивное, емкостное, смешанное), определить величину каждого сопротивления и начертить схему присоединения сопротивлений к сети. Сопротивления включены треугольником. Закончить построение векторной диаграммы, показав на ней векторы линейных токов I_А, I_В и I_С. Данные для своего варианта принять из табл. 14. Из векторной диаграммы графически определить линейные токи.

Смотрите указания к задаче 8.