ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

по дисциплине «Электротехника и электроника»

для направления подготовки 151000.62 (ИНиГ, III курс, группа 1)

1. Основные законы и методы расчёта цепей постоянного тока

2. Расчёт электрической цепи постоянного тока методом контурных токов

3. Цепь переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями

4. Цепь переменного тока с активным и ёмкостным сопротивлениями

5. Цепь переменного тока с индуктивным и ёмкостным сопротивлениями

6. Электрическая цепь с соединением R-, L-, C – элементов

7. Метод расчета цепи с помощью комплексных чисел

8. Векторные диаграммы для цепей с соединением R-, L-, C – элементов

9. Векторные диаграммы для цепей с соединением R-, L– элементов.

10. Векторные диаграммы для цепей с соединением R-, C – элементов

11. Векторные диаграммы для цепей с соединением L-, C – элементов

12. Резонансные явления в электрических цепях переменного тока

13. Элементы трёхфазной электрической цепи; фазные, линейные токи, напряжения

14. Симметричный и несимметричный приемники в трёхфазных цепях, векторные

диаграмммы

15. Ток в нейтральном проводе в трёхфазных цепях

16. Режимы работы трёхфазного приёмника

17. Аварийные режимы в трёхфазных цепях

18. Активная, реактивная, полная мощности трёхфазной системы; измерение активной

мощности

19. Сравнение работы приемника при соединениях «треугольником» и «звездой»

20. Понятие магнитных цепей; закон полного тока для магнитной цепи

21. Сходство и различие электрических и магнитных цепей

22. Свойства ферромагнитных материалов, получение петли гистерезиса

23. Расчёт неразветвленной магнитной цепи

24. Схема замещения, векторная диаграмма катушки с магнитопроводом

25. Устройство и принцип действия трансформатора

26. Режим холостого хода трансформатора

27. Режим короткого замыкания трансформатора

28. Режим работы трансформатора под нагрузкой

29. Трёхфазные трансформаторы; группы соединений обмоток трансформаторов

30. Включение трансформаторов на параллельную работу

31. Устройство и принцип действия, режимы раоты асинхронного двигателя

32. Вращающееся магнитное поле статора асинхронного двигателя

33. Вращающееся магнитное поле ротора асинхронного двигателя

34. Рабочее вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя

35. Механическая характеристика асинхронного двигателя

36. Устройство и принцип действия, области применения электрических машин

постоянного тока (МПТ)

37. Режимы работы электрических (МПТ)

38. Способы соединения цепей якоря и обмотки возбуждения электрических МПТ

39. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

40. Устройство, принцип действия, схемы включения биполярного транзистора

41. Достижения полупроводниковой электроники

42. Преимущества и недостатки биполярного транзистора

43. Уравнение движения электропривода

44. Основные режимы работы электропривода

45. Выбор мощности двигателя в электроприводе

46. Выбор вида и типа двигателя в электроприводе

1. Основные законы и методы расчета цепей постоянного тока.

i

t

0

i – сила тока

i=f(t)

R₁ =18 Ом

R₂ =30 Ом

R₃ =20 Ом

I₂ =1,6 A

U_AB = I₂R₂

U_AB =1,6*30 =48 B

I₁=I₂+I₃ =1,6+2,4=4А

U=I₁*R

R=R₁ +R_AB

, См (Сименс) проводимость

1)

2) U=U₁ +U_AB= R₁ I₁ +U_AB = 18*4+48=120 B.

Закон Ома

I

В.А.Х

R=U (1)

I

Закон Ома в форме ур-я (1) справедлив для участка цеп, не сод источников ЭДС. При наличии таких источников закон Ома принимает форму: IR=U+E (2)

E – ЭДС всех источников, вкл-ных в рассматр участок цепи.

Первый закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма сил токов, сход-ся в любой точке разветвления проводников (или в узле) равна нулю.

=0

l- число токов, сх-ся в данном узле.

Причем токи, протекающие к узлу счит-ся +, токи вытекающие из узла –

I₂

I₁

I₃

l=3

I₁ – I₂ + I₃ = 0

Второй закон Кирхгофа: В любом замкнутом контуре произвольно выделяют в сложной сети проводников алгебр сумма падений напря-ий на отдеьны участках контура равна сумме ЭДС в этом контуре:

Где m – число участков в замкнутом контуре.

2. Расчёт электрической цепи постоянного тока методом контурных токов.

Основан на применении 2 закона Кирхгофа. Метод позволяет уменш число совместно решаемых уравнений до числа независимых контуров.

B – число ветвей в схеме цепи

BI – число ветвей, содержащие источники тока

Y – число узлов в схеме

Метод заключается в:

1. Выбираются независимые контуры и положительные направления контурных токов в них, каждый из которых протекает по всем элементам соответствующего контура.

Для схем, допускающих изображение на плоскости без пересечения ветвей дост условием выделением числа K незав контуров будет являться наличие в каждом из них хотя бы ветви, принадл-щей только этому контуру.

2. Для незав контуров сост-ся ур-я по по 2,3 Кирхгофа совместное решение которых опр-ет все контурные токи.

3. Ток каждой ветви опред-ся по 1,3 Кирхгофа, как алгебр сумма контурных токов соотв ветви.

К=6-0-4+1=3

В левой части уравнений коэффициент при контурном токе рассматриваемого контура положителен и равен сумме сопротивлений его ветвей. Коэффициенты при контурных токах в контурах, имеющих общие ветви с рассматриваемым контуром, равны сумме сопротивлений общих ветвей со знаком плюс (минус), если направления контурных токов в общих ветвях совпадают (противоположны).

Правая часть уравнений содержит алгебраическую сумму ЭДС ветвей рассматриваемого контура, причем слагаемое записывается со знаком плюс (минус), если направления ЭДС и положительное направление контурного тока совпадают (противоположны).

1:

2:

3:

.

3. Цепь переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями.

Реальные цепи, содержащие индуктивность, всегда имеют и активное сопротивление: сопротивление провода обмотки и подводящих проводов. Рассмотрим электрическую цепь, в которой через катушку индуктивности L, обладающую активным сопротивлением R, протекает переменный ток I = Im∙sinωt

Через катушку и резистор протекает один и тот же ток, поэтому в качестве основного выберем вектор тока, и будем строить вектор напряжения, приложенного к этой цепи. Напряжение, приложенное к цепи, равно векторной сумме падений напряжений на катушке индуктивности и на резисторе.

U = UL + UR (4.17)

Напряжение на резисторе будет совпадать по фазе с током:

UR = UmR∙sinωt (4.18), а напряжение на индуктивности будет равно ЭДС самоиндукции со знаком минус (по второму закону Кирхгофа).

UL = L∙ = Im∙ω∙L∙cosωt = UmL∙sin(ωt + π/2) (4.19)

Мы видим, что напряжение на индуктивности опережает ток на угол π/2. Построив векторы I, UR и UL и, воспользовавшись формулой (4.17), найдём вектор U. Векторная диаграмма показана на следующем рисунке.

В рассматриваемой цепи ток I отстаёт по фазе от приложенного напряжения U, но не на

π / 2, как в случае с чистой индуктивностью, а на некоторый угол φ. Этот угол может принимать любые значения от 0 до π / 2 и при заданной индуктивности зависит от активного сопротивления. С увеличением R угол φ уменьшается. Как видно из диаграммы, модуль вектора U равен:

U == I∙= I∙ZL (4.20), где

ZL = (4.21) называется полным сопротивлением цепи с индуктивностью и активным сопротивлением. Сдвиг по фазе между током и напряжением в данной цепи также определяется из векторной диаграммы:

tg φ = UR / UL = ωL / R (4.22)

4. Цепь переменного тока с активным и емкостным сопротивлениями.

В реальных цепях переменного тока с ёмкостью всегда имеется активное сопротивление. Рассмотрим такую цепь.

Через конденсатор и резистор протекает один и тот же ток  I = I_m∙sinωt. Поэтому в качестве основного выберем вектор тока и будем строить вектор напряжения, приложенного к этой цепи.

U = U_c + U_R    (4.28).

Напряжение на резисторе будет совпадать по фазе с током:

U_R = Um_R∙sinωt   (4.29).

Напряжение на конденсаторе будет отставать по фазе от тока на угол π / 2:

U_c = U_mc∙sin(ωt - π/2 )    (4.30)

Построим векторы I, U_R и U_c и, воспользовавшись формулой (4.28), найдём вектор U. Построим векторную диаграмму.

Из векторной диаграммы следует, что ток I опережает по фазе приложенное напряжение U , но не на угол π/2, как в случае чистой ёмкости, а на угол φ. Этот угол может изменяться от 0 до π/2 и при заданной ёмкости С зависит от значения активного сопротивления: с увеличением R угол φ уменьшается.

Модуль вектора U равен:

U = = I= I∙Z₁   (4.31), где

Z₁ =       (4.32)   называется полным сопротивлением цепи.

Сдвиг по фазе между током и напряжением:

tgφ = U_c/U_R = (1/ωC)/R = 1/(ω∙R∙C)   (4.33).

6. Электрическая цепьс соединением r-,l-,c- элементов.

Электрическая цепь постоянного тока

С

оставным элементом цепей переменного тока является активное сопротивление –R

, индуктивность L , емкость С -

Термин «сопротивление» для цепей переменного тока недостаточно полный, т.к. сопротивление переменному току оказывают не только те элементы, в которых энергия выделяется в виде тепла (их называют активным сопротивлением), но и те элементы цепи, в которых энергия запасается в энергетических или магнитных полях. Такие элементы называют реактивными, а их сопротивление переменному току – реактивным сопротивлением. Реактивным сопротивлением обладают индуктивность и емкость.

Установившийся синусоидальный ток в цепи с последовательным сопротивлением

Дифференциальное уравнение цепи:

(*)

Приложенное напряжение , при этом ток тоже синусоидальный:



Целесообразно принять φ_u = φ, чтобы φ_u = 0 (так как ток в цепи общий), тогда

Подставим в исходное уравнение (*) :

При:возведем в квадрат и сложим:

При :

, откуда

/:

- полное сопротивление цепи

- реактивное сопротивление

Рассмотрим случай X_L>X_C

; .

Треугольник сопротивлений

Синусоидальный ток в цепи с параллельным соединением R,L,C.

По первому закону Кирхгофа: i = i_R+i_L+i_C

Согласно закону Ома:



Таким образом, дифференциальное уравнение цепи с параллельным соединением имеет вид:

Примем

, так как

Подставляя в дифференциальное уравнение, получим

Рассмотрим :,

Возведем в квадрат: (*)

При :, или,

Возведем в квадрат: (**)

Сложив уравнения (*) и (**), получим:

, или

/:

Введем обозначение - активная проводимость

- суммарная реактивная проводимость, при чем и

- полная проводимость

Сс

Закон Ома в комплексной форме

;

- закон Ома в комплексной форме

Мощность в комплексной форме

В

озьмем, тогда, так как Ψ_u – Ψ_i = φ, то:

P Q

8. Векторные диаграммы для цепей с соединением R-,L-,C- элементов

Для первого случая

X_L˃X_C U_L=IX_L

U_L˃U_C U_c=IX_c

Для второго случая

X_L˂X_C U_L=IX_L

U_L˂U_C U_c=IX_c

Для третьего случая

X_L=X_C U_L=IX_L

U_L=U_C U_c=IX_c

9. Векторные диаграммы для цепей с соединением R-,L- элементов

10. Векторные диаграммы с соединением R-,C-элементов

12. Резонансные явления в электрических цепях переменного тока.

_{Резонансом напряжений в электрических цепях называется режим участка электрической цепи, содержащей индуктивный и емкостной элементы, при котором разность фаз между напряжением и током равна нулю . Режим резонанса может быть получен при изменении частоты  питающего напряжения или изменением параметров элементов L и С. При последовательном соединении возникает резонанс напряжения. .}

_{Резонанс токов. При параллельном соединении конденсатора и соленоида (смотри рисунок), так же как и при последовательном, сила тока в цепи зависит от значений емкости и индуктивности. При изменении емкости и индуктивности при определенном их соотношении сила тока в неразветвленном участке цепи оказывается минимальной (практически близкой к нулю). При определенной частоте, называемой резонансной, реактивные составляющие проводимости могут сравняться по модулю и суммарная проводимость будет минимальной. Общее сопротивление при этом становится максимальным, общий ток минимальным, вектор тока совпадает с вектором напряжения.Такое явление называется резонансом токов.}