kontr_zadan_electroteh
.pdf
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»
Б.Е. Черепанов, А.С. Знаев, Ф.А. Большакова
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Контрольные задачи к изучению курса электротехники
Челябинск
2010
Министерство сельского хозяйства Российского Федерации Департамент научно-технологической политики
и образования ФГОУ ВПО «Челябинская государственная
агроинженерная академия»
Черепанов Б.Е., Знаев А.С., Большакова Ф.А.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Контрольные задачи к изучению курса электротехники
Учебное пособие
Челябинск
2010
1
УДК 621.3
Черепанов Б.Е., Знаев А.С., Большакова Ф.А. Электротехника и электроника. Контрольные задачи к изучению ку электротехники: учеб. пособие. Челябинск: ЧГАА, 2010.
Данное |
пособие |
предназначено |
в |
помощь |
студента |
||
заочного |
обучения при |
самостоятельном |
изучении дисциплины |
||||
«Электротехника и электроника» |
и выполнении |
контрольной |
|||||
работы. В пособии приводятся методические указания к работе с |
|||||||
учебной |
литературой, примеры |
решения |
задач, вопросы |
для |
|||
самоконтроля и задачи контрольной работы. |
|
|
|
||||
Рецензенты Кирпичникова И.М. – докт. техн. наук, профессор (ЮУрГУ)
Грачев Г.М. – канд. техн. наук, доцент (ЧГАА)
Печатается по решению редакционно-издательского совета ЧГАА
ISBN 978-5-88156-539-8
© ФГОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия», 2010.
2
|
Содержание |
|
Введение |
|
|
Методические указания по темам курса |
|
|
1 |
Цепи постоянного тока ……………………………………...... |
5 |
2 |
Однофазные цепи синусоидального тока ………………….... |
11 |
3 |
Трёхфазные цепи ……………………………………………… 19 |
|
4 |
Переходные процессы в электрических цепях ……………… 25 |
|
5 |
Трансформаторы ……………………………………………… 31 |
|
6 |
Асинхронные машины ………………………………………... 36 |
|
7 |
Синхронные машины ……………………………………..…... 42 |
|
8 |
Машины постоянного тока ………………………………..….. 43 |
|
9 |
Электрические измерения …………………………………….. 50 |
|
10 Контрольная работа ………………………………………….. 59
3
ВВЕДЕНИЕ
Согласно учебному плану, на заочном отделении по курсу электротехники читаются лекции, проводятся лабораторные работы, консультации, экзамен (или зачет), студенты выполняют контрольную работу. На установочных лекциях студентам излагаются законы и методы расчета цепей постоянного тока и
введение в теорию цепей |
синусоидального |
. токаЗа время |
|
||
лабораторно-экзаменационной |
сессии |
|
читаются |
лекц |
|
обзорного |
характера |
по |
электрическим . |
м |
|
Непосредственно |
перед |
экзаменом(зачетом) |
проводятся |
|
|
лабораторные работы. Выполняя лабораторную работу, студент имеет возможность экспериментально проверить результаты теоретических выводов, получить наглядное представление об
изучаемых |
процессах, |
приобрести |
навыки |
в |
обращении |
с |
|||||
электрическими |
|
|
аппаратами, |
машинами |
|
|
и |
||||
электроизмерительными приборами. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Овладеть |
необходимыми |
знаниями |
|
и |
|
выпол |
|||||
контрольную |
работу |
по |
электротехнике |
можно |
только |
||||||
результате активной самостоятельной работы с учебником. В |
|
||||||||||
помощь |
студенту предлагается |
данное |
пособие, в |
котором |
|
||||||
помимо методических указаний к работе с учебником приведены |
|
||||||||||
примеры решения задач, построения векторных |
диаграмм, |
||||||||||
расчетов характеристик электрических машин. |
|
|
|
|
|
||||||
4
MEТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ КУРСА
1 ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Изучение теории электрических цепей следует начать с |
|
||||||||||
основных понятий, определений и других начальных сведений. |
|
|
|||||||||
Рассматривая |
цепи |
|
с |
одним |
источником |
энергии |
|
||||
пассивными приемниками, нужно уяснить принципиальные |
|
||||||||||
различия между последовательным и параллельным соединением |
|
||||||||||
элементов. При последовательном соединении по всей замкнутой |
|
||||||||||
цепи циркулирует один и тот же .токНапряжение источника |
|
||||||||||
делится |
между |
приемниками |
прямо |
пропорционально |
и |
||||||
сопротивлениям. Общее сопротивление внешней цепи равно |
|
||||||||||
сумме сопротивлений всех приемников. |
|
|
|
|
|
||||||
При параллельном соединении приемники находятся под |
|
||||||||||
одинаковым |
напряжением. |
Ток |
источника |
делится |
между |
|
|||||
приемниками |
прямо |
пропорционально |
их |
проводимостям |
|||||||
(обратно пропорционально сопротивлениям). |
|
|
|
|
|
||||||
Учитывая |
это, |
схему |
сложной |
цепи, состоящую |
из |
|
|||||
последовательно и параллельно соединенных ветвей, можно |
|
||||||||||
преобразовать в простейшую схему с одним приемником и по |
|
||||||||||
ней рассчитать общий ток цепи, поступающий от источника |
|
||||||||||
энергии. |
Затем, возвращаясь |
постепенно |
к |
исходной |
схеме, |
|
|||||
можно рассчитать напряжения и токи во всех элементах цепи.
Задача 1.1
Преобразуя схему (рис. 1), рассчитать напряжения и токи на всех участках цепи.
R1 = 2 Ом,
R2 = 6 Ом,
R3 = 8 Ом,
R4 = 4 Ом,
U = 36 В
Рисунок 1
5
Решение
Осуществим преобразование исходной схемы.
I 2 |
= |
|
U AB |
= |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
R2 |
R3,4=R3 + R4= 8 + |
||
|
24 |
|
|
|
||
= |
= 4A |
4 =12Ом |
||||
6 |
||||||
|
|
|
|
|
||
I3,4 = U AB =
R3,4
=24 = 2A
12
U AB = I1 × RAB = |
1 |
= |
1 |
+ |
1 |
|
|
, |
|
RAB |
|
R2 |
R3,4 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
= 6 ×4 = 24В |
|
|
|
R2 |
× R3,4 |
|
|
|
|
|
RAB |
= |
|
= |
|||||
|
R2 |
+ R3,4 |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
= 6 ×12 = 4Ом 6 +12
I1 |
= |
U |
= |
36 |
= 6 A |
R = R1 + RAB = |
|
|
|||||
|
|
R 6 |
||||
= 2 + 4 = 6Ом
При расчетах электрических цепей необходимо учитывать,
что реальный источник |
электрической |
энергии |
обладает не |
||||
только |
ЭДС, |
но |
и |
внутренним |
сопротивлени. |
||
Электродвижущая |
сила |
|
источника |
компенсирует |
падени |
||
6
напряжения как на внешнем сопротивленииR, которым обладает приемник, так и на внутреннем сопротивленииr, которым обладает источник.
|
E = I × R + I × r, |
|
|||
|
|
I = |
E |
|
|
откуда |
|
R + r . |
|
||
|
|
|
|||
Так как напряжение |
|
U = I × R, |
|
||
то |
|
U = E - I × r. |
|
||
График, выражающий зависимость напряжения от тока |
|||||
нагрузки, называется |
внешней |
характеристикой |
источника |
||
энергии и представляет прямую линию. Координаты двух точек для построения внешней характеристики источника можно рассчитать, задавшись двумя произвольными значениями тока.
Схема замещения источника энергии показана на рис. 2.
U = E - I × r
|
|
Рисунок 2 |
|
|
Такую |
же схему |
замещения(рис. 3) имеет |
активный |
|
приёмник |
энергии (заряжающийся |
аккумулятор, |
||
электродвигатель). В отличие от источника энергии, у активного |
||||
приемника |
ЭДС |
меньше |
приложенного |
напряжения, |
потребляемый ток направлен навстречу ЭДС: |
|
|||
|
|
U = E + I × r . |
|
|
7
Рисунок 3
Задача 1.2
Рассчитать и построить внешнюю характеристику источника энергии, имеющего E = 100 B и r = 2 Ом.
Решение
1. Определяем координаты точек для построения внешней характеристики.
U = E – I·r.
При I=0 (холостой ход)
U = E = 100 B.
При U=0 (короткое замыкание)
I = Ik |
= |
E |
= |
100 |
= 50 A. |
r |
|
||||
|
|
2 |
|
||
2. Используя полученные координаты, наносим точки и строим внешнюю характеристику источника энергии (рис. 4).
Рисунок 4
8
Для расчета сложных цепей, имеющих узловые точки,
замкнутые контуры и несколько , ЭДСприменяют |
законы |
Кирхгофа. Согласно первому закону Кирхгофа, сумма |
токов, |
подходящих узловой точке, равна сумме отходящих токов. Согласно второму закону Кирхгофа, алгебраическая сумма ЭДС в
замкнутом |
контуре |
равна |
алгебраической |
сумме |
падени |
|
напряжений в этом контуре. При этом если ЭДС |
и токи |
|||||
совпадают |
с направлением произвольно выбранного |
обхода |
||||
контура, они берутся со знаком «плюс», если не совпадают – |
со |
|||||
знаком «минус». По |
первому |
закону |
составляется(d–1) |
|||
уравнение, где d – число узловых точек. Остальные уравнения составляются по второму закону Кирхгофа.
Задача 1.3
Рассчитать значения токов в цепи, представленной на рис. 5, и определить их направления.
E1 = 40B, r1 = 1Ом, R1 = 9Ом
E2 = 240B, r2 = 2Ом, R2 = 38Ом
E3 = 160B, r3 = 0,5Ом, R3 = 7,5Ом
Рисунок 5
Решение
1. Выбираем произвольно направления токов и наносим их на схему.
9