umenshennye_shpory_-_dlya_Alinkogj

Билет№1.

1.Действ. значения синусоид. тока, ЭДС, напряжения.

Под действ. значением тока назыв. такой неизм. во времени ток, при котором данная эл. цепь с активным сопротивлением R за период то же кол-во энергии, что и при действ. изменяющ. синусоид. токе.

Энергия, выдел. при синусоид. токе:

Действ. значение тока:

Действительные зн-ния напряжения и ЭДС аналогично:

2.Полупроводниковый «р-n» переход и его свойства.

Эл.св-ва полупров.материалов опред-ся валентными электронами. При воздействии вешн. эл.поля на полупроводник создается два вида проводимости: проводимость типа n, в зоне проводимости и провод-ть типа p в зоне заполнения. При этом носители полож. заряда – дырки, перемещаются к отрицат. заряж. полюсу, а электроны – к полож. Указанная элетронно-дырочная проводимость возникает в результате разрыва валентн. связей и явл-ся собственной проводимостью, к-рая обычно невелика. Введение незнач. кол-ва инородных примесей значит. увеличивает эл.проводимость полупроводника.

.При соприкосновении полупроводников различных типов создается обл. по обе стороны от границы соприкосн., называемая электронно-дырочным переходом. В результате соприкосн. вблизи границы полупроводников создается слой, лишенный основных носителей заряда и вследствие этого облад. значит. сопротивлением – т.н. запирающий слой.

В результате этих переходов основн. носителей заряда контактный слой полупроводника типа n оказыв. обедненным электронами и приобретает объёмный полож. заряд. Полупроводник типа p обедняется дырками и приобретает объёмный отриц. заряд. Вследствие этого созд-ся разность потенциалов Uзап., препятствующ. перемещению основных носителей. При отсутствии внеш. напряжения поток электронов и дырок из обл. n в обл. p уравнивается потоком электронов и дырок из обл. p в обл. n. При этом устанавливается динамич. равновесие, и средний ток через р-переход оказыв-ся равным 0.

3.Устройство и принцип действия трансформатора.

Трансформатор – статический эл.магн. аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Он состоит из стального сердечника, собранного из листов эл.техн. стали, изолированных друг от друга с целью снижения потери мощности на гистерезис и вихревые токи. На сердечнике однофазного трансформатора в простейшем случае расположены две обмотки, выполненные из изолированного провода. К первичной обмотке подводится питающее напряжение U1, со вторичной его обмотки снимается напряжение U2,к-рое подводится к потребителю эл.энергии. Переменный ток, проходя по виткам первичной обмотки трансформатора, возбуждает в сердечнике магнитопровода переменный магн. поток Ф. Изменяясь во времени по синусоид. закону Ф=Фm*sinωt, этот поток пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток.

Билет№2.

1.Средние значения синусоид. тока, ЭДС и напряжения.

При анализе и расчете выпрямительных устройств пользуются средними значениями тока, ЭДС и напряжения, под к-рым понимают среднее арифметическое значение соответствующей величины за полпериода.

Аналогично для средних значений тока и напряжения:

2.Полупроводниковые диоды, их свойства и область применения.

Полупроводниковые диоды относятся к эл.приборам, использующим одностороннюю проводимость электронно-дырочного перехода. В зависимости от конструкции электронно-дырочного перехода различают точечные и плоскостные полупроводниковые диоды.

В точечных диодах электронно-дырочный переход создаётся в месте контакта пластинки германия или кремния с заостренной метал. проволочкой, имеющей соответствующие акцепторные или донорные примеси. Такие диоды широко используются в мощностных выпрямительных схемах, для детектирования и преобразования частоты, а также в разнообразной измерительной аппаратуре.

Плоскостными (слоистыми) называются диоды, к-рые основаны на использовании плоскостного контакта двух полупроводников с различной проводимостью. Большинство плоскостных диодов изготавливаются методом сплавления германия, имеющего эл. проводимость с индием. При нагревании индий, используемый в качестве акцепторной примеси, плавится и диффундирует в германий. В результате этого обл. германия на границе с индием приобретает дырочную проводимость. Создаётся плоский p-n переход с односторонней проводимостью. При использовании полупров. диода в различного рода схемах может оказаться, что максимальное обратное напряжение больше допустимого. Тогда приходится включать несколько диодов последовательно с тем, чтобы напряжение распределялось между ними равномерно. Но из-за возможного разброса параметров полупров. диодов может оказаться, что их обратное сопротивления различны. В этом случае напряжение будет распределяться между диодами пропорционально их сопротивлениям. При этом также может оказаться, что на одном из диодов обратное напряжение больше допустимого. В этом случае диоды шунтируют активными сопротивлениями (порядка Rш=1+10кОм), что обеспечивает равномерное распределение обратного напряжения. Плоскостные диоды находят очень широкое применение в промышленности. Они используются для выпрямления, преобразования, стабилизации, генерации.

3.Схема замещения и приведения параметров трансформатора.

Приведенный трансформ. -трансформатор заменяющий реальный, у к-рого параметры вторичной обмотки приведены к напряжению и числу витков первичной. При этом коэффициент трансформации равен 1. В процессе определения параметров вторичной обмотки приведенного трансформ. все параметры первичной его обмотки остаются неизменными. При замене реального трансформ. приведенным активные, реактивные и полные мощности, а также коэффициент мощности трансформ. должны оставаться постоянными.

Значение вторичной приведенной ЭДС: E₁=nE₂ =E’₂

Аналогично для вторичного приведенного напряжения: U’₂=nU₂

Значение приведенного вторичного тока: E₂I₂ =E’₂ I’₂=> I’₂= I₂/n

Приведенное активное сопротивление вторичной обмотки (аналогично для реактивного индуктивного и полного сопротивлений):

=>

Билет№3.

1.Изображение синусоид. тока и напряжения комплексными числами.

Запишем комплексное число в виде:

Ị_m=I_me^jα=I_mcosα+jI_msinα, где α=ωt+ψ

Ị_m=I_me^j(ωt+ψ)=I_mcos(ωt+ψ)+jI_msin(ωt+ψ)

Действительная часть комплексного числа:

I_mcos(ωt+ψ)=Re[I_me^j(ωt+ψ) ]

Мнимая часть комплексного числа:

I_msin(ωt+ψ)=Im[I_me^j(ωt+ψ) ]

Мгновенное значение синусоид. тока:

i= I_msin(ωt+ψ)

Синусоидально изменяющиеся по времени величины изображаются на комплексной плоскости для момента времени t=0, тогда амплитуда Ị_m=I_me^jψ,где I_m – модуль амплитуды, ψ – угол между векторами Ị и действительной осью. Тогда комплексная амплитуда напряжения Ụ_m=U_me^jψ

Обычно принято выражать в виде комплексных числе не амплитуды, а действительные значения напряжений и токов:;

2.Принцип действия транзистора (полупроводникового триода)

Полупроводниковый триод (транзистор) представляет собой эл. прибор, основанный на свойствах двух, расположенных весьма близко друг от друга, электронно-дырочных р-n переходов. Основным элементом транзистора явл-ся кристалл германия или кремния, в к-ром с помощью соответствующих примесей созданы три области (слоя) с различными типами проводимости. В германиевом транзисторе два крайних слоя обычно обладают дырочной проводимостью, а внутренний слой – электронной, в соответствии с чем такой триод называется транзистором типа р-n-р, кремниевые триоды чаще изготавливаются в виде n-p-n. Средняя обл. транзистора называется базой Б, а крайние обл. - эмиттером Э и коллектором К. Наличие трёх слоёв с различной проводимостью обуславливает на границах их раздела два p-n перехода, характеризующихся динамическим равновесием. Чтобы вывести переход из равновесия к нему присоединяется внешнее напряжение. Транзисторы вкл-ся в схему таким образом, чтобы к p-n переходу П1 эмиттер-база внешнее напряжение было приложено в прямом направлении, а к p-n переходу П2 коллектор-база – в обратном. При вкл-нии внеш. напряжений для полупров. триода потенциальный барьер между эмиттером и базой понижается, а между базой и коллектором – увеличивается. В результате этого основные носители заряда эмиттерного слоя переходят в область базы, а затем в обл. коллектора, создавая ток через коллекторный p-n переход.

3.Потери мощности и КПД трансформатора.

В трансформаторе теряется энергия в обмотках и в магнитопроводе. Потери мощности в обмотках равны ∆Pм=(I₁)²r₁+(I₂)²r₂=(I₁)²r_к

Потери мощности в магнитопроводе

,

где G – масса магнитопровода, Bm – амплитуда магн. индукции, ∆P₁₀ – удельные потери в стали при Bm=1 Тл, f=50 Гц, ∆P₁₅ – удельные потери в стали при Bm=1,5 Тл, f=50 Гц, f – частота тока в обмотке.

Потери в обмотке зависят от нагрузки, потери в магнитопроводе практически не зависят от нагрузки. КПД действия трансформатора равен

η=P₂/P₁= P₂/(P₂+ ∆P_м+∆Pст)

Выражая активную мощность P₂=S₂cosφ₂ получим

η= S₂cosφ₂/( S₂cosφ₂+(I₁)²r_к+∆Pст)

Заменим S₂=βSном; получим

η=βSномcosφ₂/(βSномcosφ₂+∆Pкβ²+∆Pст), где ∆Pк – потери мощности в обмотках при номинальной нагрузке, ∆Pст – потери мощности в магнитопроводе при номинальном напряжении U₂≈U₂ном

Билет№4.

1.Синусоид. ток в эл. цепи с активным сопротивлением.

Под активным сопротивлением понимают сопротивление проводников переменному току. Вследствие вытеснения тока к поверхности проводника сопротивление проводника переменному току больше, чем постоянному. Мгновенное зн-ние тока в цепи с активным сопротивлением определяется по закону Ома: i=u/r, где u=U_msinωt, откуда получим i= U_msinωt/r= =I_msinωt. Разделив обе части на √2, получим закон Ома для цепи с активным сопротивлением: I=U/r

рис.эл. цепь, содерж. индукт. элемент (а), векторная диаграмма (б) и графики мгновенных значений u, i,p.(В)

Мгновенная мощность цепи равна:

p=ui= U_msinωt* I_msinωt

Среднее значение мощности за период:

Рст=UI=I²r=P Из этого следует, что среднее значение мощности есть эл. мощность, к-рая преобразуется в активном сопротивлении в теплоту, и называется активным сопротивлением Р.

2.Схема включения транзистора с общей базой и её коэффициент усиления по току.

Включение транзистора с общ. базой можно применять на более высоких частотах, чем с общ. эмиттером, но она имеет коэффициент усиления по току:

3.Опыт холостого хода трансформатора и его назначение.

Опыт холостого хода трансформатора имеет место, когда разомкнута цепь его вторичной обмотки, в обмотке нет тока и она не оказывает влияния на режим работы первичной обмотки. В этом режиме процессы, происходящие в трансформаторе, аналогичны процессам в катушке с ферромагнитным магнитопроводом. Ток холостого хода составляет всего 5-10% номинального зн-ния. Для выяснения соответствия действительных зн-ний тока холостого хода, потерь мощности в магнитопроводе и коэффициента трансформации расчетным данным вновь спроектированного изготовленного трансформатора проводят опыт холостого хода. Этот опыт иногда проводят для выяснения указанных выше параметров трансформаторов, паспортные данные к-рых отсутствуют. В соответствии с паспортными данными трансформатора устанавливают напряжение на первичной обмотке, равное номинальному зн-нию, после чего записывают показания приборов. Амперметр измеряет ток холостого хода I₁₀ , ваттметр – потери мощности в трансформаторе ∆P₀≈∆Pст. Отношение показаний вольтметров равно коэффициенту трансформации n ≈U₁/U₂

Поскольку ток холостого хода и активное сопротивление первичной обмотки малы, потери в ней незначительны и намного меньше потерь в магнитопроводе трансформатора. По этой причине можно считать, что ваттметр измеряет мощность потерь в магнитопроводе

Билет№5.

1.Синусоид. ток в эл. цепи с индуктивным сопротивлением.

Рис. Эл. цепь с активным сопротивлением (а), векторная диаграмма (б) и график мгнов. зн-ний (В).

Обмотки (катушки) эл. машин, трансформаторов, магн. усилителей, электромагнитов, реле, контактов, индукторов эл. нагревательных устройств и печей переменного тока обладают значительной индуктивностью. Параметрами катушек явл-ся активное сопротивление r и индуктивность L.

Если активное сопротивление мало, им пренебрегают. Ток в индуктивности примем изменяющимся синусоидально: i=I_msinωt. Ток вызывает в индуктивности ЭДС самоиндукции: e_L=─Ldi/dt, по второму закону Кирхгофа: e_L=─u Откуда найдем напряжение на индуктивности: u=Ld(I_msinωt)/dt => u=U_msin(ωt+π/2). Напряжение и ток в цепи с индуктивностью связаны соотношением: U_m=ωLI_m, откуда I_m= U_m/ωL. Разделив обе части на √2, получим закон Ома: I=U/ωL=U/X_L , где X_L= ωL=2πfL – индуктивное сопротивление. Откуда самоиндукцию можно выразить через ток: Ē=─ĪХ_L

Мгновенная мощность цепи с индуктивностью равна:

p=ui= I_msinωt· U_msin(ωt+π/2)= 0,5U_mI_m*sin2ωt=UIsin2ωt=P_msin2ωt.

Мгновенное значение мощности изменяется синусоидально с частотой, в 2 раза большей частоты тока. Амплитудное значение мощности P_m=UI.

2.Схема включения транзистора с общей базой и её коэффициент усиления по напряжению.

Включение транзистора с общ. базой можно применять на более высоких частотах, чем с общ. эмиттером, но она имеет коэффициент усиления по напряжению:

3.Опыт короткого замыкания трансформатора и его назначение.

Опыт короткого замыкания проводится в процессе исследования трансформатора для определения эл. потерь мощности в проводах обмоток и параметров упрощенной схемы замещения трансформатора. Этот опыт проводится при замкнутой накоротко вторичной обмотке трансформатора. При этом напряжение на вторичной обмотке равно нулю.

Замыкание вторичной обмотки накоротко в процессе эксплуатации приводит к тому, что при номинальном напряжении, подводимом к первичной обмотке, в обмотках трансформатора возникают весьма значит. токи, к-рые могут привести к выходу его из строя.

После сборки схемы опыта с помощью какого- либо регулятора напряжения устанавливают напряжение на первичной обмотке такого зн-ния, при к-ром ток в обмотках равен их номинальным зн-ниям. Напряжение при этом окажется не более 5-15% номинально. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания U_1к. Затем записывают показания приборов. Мощность, измеряемая ваттметром, есть мощность всех потерь энергии в трансформаторе, а именно мощность потерь в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке:

∆P_к=(I_1н)²r₁+(I_2н)²r₂=(I_1н)²r₁+(I’_2н)²r’₂, где I’_2н= I_1н, r’₂= r₂n² =>

∆P_к =(I_1н)² (r₁+r’₂)=(I_1н)²r_к, откуда r_к=∆P_к/(I_1н)²

Зн-ние полного сопротивления определяется по показаниям вольтметра и амперметра: z_к= U_1к/ I_1к= U_1к/ I_1н, значение индуктивного сопротивления опред-ся из выражения

Билет№6.

1.Синусоид. ток в эл. цепи с емкостным сопротивлением.

Рис. Эл. цепь, содерж. ёмкостный элемент (а), векторная диаграмма (б) и график мгнов. зн-ний (В).

В радиоэлектронных устр-вах емкость явл-ся элементом колеб. контуров, фильтров, элементов связи между контурами. Ток в цепи с емкостью представляет собой движение зарядов к ее обкладкам: i=dq/dt. Из C=q/u_c => i=Cdu_c/dt. Напряжение на емкости изменяется синусоидально: u= u_c=U_msinωt. Тогда ток в цепи: i=(CdU_msinωt)/dt. Мгновенное зн-ние тока: i=ωCU_mcosωt= I_msin(ωt+π/2).

Напряжение и ток связаны соотношением: I_m=ωCU_m , Xc=1/ωC – емкостное сопротивление => I_m=U/Xc

Мгновенное зн-ние мощности:

p=ui=U_msinωt·I_msin(ωt+π/2)= 0,5U_mI_msin2ωt=UIsin2ωt=P_msin2ωt. Амплитудное значение: P_m=UI. Среднее значение мощности за период равно нулю.

2.Схема включения транзистора с общей базой и её коэффициент усиления по мощности.

Включение транзистора с общ. базой можно применять на более высоких частотах, чем с общ. эмиттером, но она имеет коэффициент усиления по мощности:

К_р= К_i· К_u=α²R_н/R_эб>1

3.Внешняя характеристика трансформатора и ее влияние на режим работы потребителя эл. энергии.

Зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от тока нагрузки U₂=f(I₂) при U₁=const и cosφ₂=const называется внешней характеристикой. Напряжение на выходах вторичной обмотки:

Зн-ние напряжения на вторичной обмотке опр-ся не падением напряжения, а потерей напряжения в обмотках.

При отсутствии нагрузки напряжение на вторичной обмотке , а поскольку напряжение U₁ не зависит от нагрузки, то есть изменение напряжения U’₂ по сравнению с его зн-нием при холостом ходе U’₂₀ =>Потери напряжения опр-ся из векторной диаграммы:

Из векторной диаграммы нагруженного трансформатора можно установить, что падение напряжения на вторичной обмотке тем больше, чем больше угол сдвига по фазе между ЭДС и током нагрузки. Таким образом, чем больше выражен индуктивный характер нагрузки, тем значительнее уменьшается напряжение на его вторичной обмотке с ростом тока, при емкостном характере нагрузки с увеличением тока нагрузки происходит возрастание напряжения на зажимах вторичной обмотки

Билет№7.

1.Последовательное соединение активного ( R) , индуктивного (X_L) и емкостного (X_С) сопротивлений.

Рис. Эл. схема (а),векторная диаграмма(б), треугольник мощностей при индук.сопрот. больше чем емкостном, векторная диаграмма, треугольник мощностей и сопротивлений при емкостном сопротивлении большем, чем индукт.

Уравнение напряжений для цепи с послед. соединением:

Значение напряжения, приложенного к цепи: =>

=>

Если x_L>x_C, то напряжение сети опережает по фазе ток на угол φ: u=U_msin(ωt+ φ). Цепь имеет активно-индуктивный характер и может быть заменена эквивалентной схемой, где r_э=r, x_э=x_L- x_C= x_Lэ

_Если x_L<x_C ,то напряжение сети отстает по фазе от тока на угол φ: u=U_msin(ωt- φ). Цепь имеет активно-емкостной характер ,и может быть заменена эквивалентной схемой , где r_э=r, x_э=x_С-x_L =x_Cэ.

2.Схема включения транзистора с общей эмиттером и ее коэффициент усиления по току.

С помощью этой схемы возможно осуществить усиление по току, по напряжению и наибольшее усиление по мощности по сравнению с другими схемами.

3.Устройство трехфазного асинхронного электродвигателя.

Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой эл. машину, служащую для преобразования эл. энергии трехфазного тока в механическую.

Асинхронный двигатель состоит из неподвижного статора, и вращающегося ротора. Статор двигателя представляет собой полый цилиндр, собранный из отдельных тонких листов эл.техн. стали, изолированных друг от друга с целью уменьшения потерь мощности в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи. В пазах сердечника статора уложена трехфазная обмотка статора, выполненная из изолированного провода и состоящая из трех отдельных обмоток фаз, оси к-рых сдвинуты на 120º. Обмотки фаз соединяются между собой звездой или треугольником, в зависимости от зн-ния подводимого напряжения. Короткозамкнутый ротор представляет собой ферромагнитный сердечник в виде цилиндра с пазами, в к-рые уложена обмотка ротора, состоящая из медных или алюминиевых стержней. Эти стержни соединяются между собой торцовыми кольцами и образуют цилиндрич. клетку. Для уменьшения потерь мощности в магнитопроводе ротор и статор собирают из отдельных изолированных друг от друга листов эл.техн. стали. Ротор с контактными кольцами (фазный) имеет трехфазную обмотку, выполненную изолированным проводом, к-рая в контурн. отношении мало чем отличается от обмотки статора двигателя. Обмотка ротора соединяется звездой. Свободные концы обмотки подводятся к контактным кольцам ротора. В процессе работы контактные кольца скользят по неподвижным щеткам и при этом обеспечивают эл. соединение обмотки вращающего ротора с трехфазным неподвижным реостатом, подключенным к щеткам. Такое устройство позволяет изменять активное сопротивление эл. цепи ротора асинхр. двигателя в процессе его вращения, что необходимо для уменьшения пускового тока и для регулирования частоты вращения ротора асинхр. двигателя при работе и изменения пускового момента двигателя

Билет№8

1.Явление резонанса напряжений в эл. цепи синусоид. тока и его особенности.

Под резонансом эл. цепи понимают такое состояние цепи, когда ток и напряжение совпадают по фазе и эквивалентная схема цепи представляет собой активное сопротивление. Такое состояние цепи имеет место при определенном состоянии ее параметров, когда резонансная частота цепи равна частоте приложенного к ней напряжения. Резонанс в эл. цепи сопровождается периодическим переходом энергии эл. поля емкости в энергию магн. поля индуктивности и наоборот. Рассмотрим схему.

1.При резонансе ток и напряжение совпадают по фазе, т.е. угол φ=0, и полное сопротивление цепи равно е активному сопротивлению:

Реактивное сопротивление равно нулю => x_L=x_C. Резонансная частота: => при x_L=x_C в цепи возникает резонанс напряжений, т.к. резонансная частота равна частоте напряжения ,подведенного к цепи. 2.Ток в цепи при резонансе равен: I=U/r, и он оказывается больше чем был бы при отсутствии резонанса.

рис.векторная диаграмма, показывает, что ток совпадает по фазе с напряжением сети и напряжение на активном сопротивлении равно напряжению сети.

3..Реактивная мощность при резонансе равна нулю Q=Q_L-Q_C=U_LI-U_CI=0

4.Полная мощность равна активной:

5.Коэффициент мощности равен 1: cosφ=P/S=1

2.Схема включения транзистора с общей эмиттером и ее коэффициент усиления по мощности.

С помощью этой схемы возможно осуществить усиление по току, по напряжению и наибольшее усиление по мощности по сравнению с другими схемами.

3.Принцип действия и реверс (изменение направления вращения) трехфазного асинхронного электродвигателя.

В обмотке статора под действием напряжения возникает переменный ток , к-рый создает вращающееся магн. поле. Оно пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них переменную ЭДС, направление к-рой определяется по правилу правой руки. В результате взаимодействия тока ротора с вращающимся магн. полем возникает сила, действующая на проводники ротора, направление к-рой опред-ся правилом левой руки. Сила создает момент, действующий в ту же сторону. Под действием момента ротор приходит в движение и после разбега вращается в том же направлении, что и магн. поле, с несколько меньшей частотой. Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить направление вращения магн. поля, т.е. изменить порядок чередования фаз обмотки статора переключением любых двух из трех проводов, питающих двигателей от трехфазной системы напряжений