WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА РФ ТОМСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Ю.Л. Гирякова ЭЛЕКТРОТЕХНИКА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА РФ

ТОМСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Ю.Л. Гирякова

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Одобрено на заседании «Утверждаю»

цикловой комиссии. Зам. директора по УМР

Протокол № __ от «__»_____2006г ________________ Е.Н.Соколова Председатель: __________Т.С. Вдовушкина «____» ________ 2006 г.

Автор: Ю.Л.Гирякова, преподаватель.

Рецензент: Т.С. Вдовушкина, преподаватель высшей категории Нормоконтроль: О.Д. Прокудина Методические указания и контрольные задания предназначены для студентов–заочников специальности 210207 «Эксплуатация средств связи» Методические указаниям могут быть полезны преподавателям, читающим курс «Электротехника»

Содержание 1 Введение………………………………………………………………………….…… 3 2 Примерная программа дисциплины «Электротехника»………………………….... 3 3 Порядок выполнения и оформления контрольных работ…………………….……. 9 4 Методические указания к выполнению и оформлению контрольных работ…….. 9 5 Контрольная работа № 1………...…………………………………………………… 12 6 Методические рекомендации к выполнению контрольной работы № 1………..... 17 7 Контрольная работа № 2……………………………………………………………... 24 8 Методические рекомендации к выполнению контрольной работы № 2…………. 33 9 Вопросы для самопроверки при подготовке к экзамену…………………………… 46 Список используемых источников………..…………………………………………… 49 1 Введение Данная работа содержит задания двух домашних контрольных работ и методические рекомендации для студентов - заочников специальности «Эксплуатация средств связи» по дисциплине «Электротехника».



Программа дисциплины «Электротехника» предусматривает изучение физических процессов, происходящих в электрических и магнитных полях, в электрических цепях постоянного и переменного токов, законов, которым подчинены эти процессы, методов расчета электрических цепей, а также изучение свойств электротехнических материалов, применяемых в устройствах электросвязи.

После изучения материала каждого задания, студенты выполняют контрольную работу.

Все задания на домашние контрольные работы составлены в 50 – ти вариантах. Вариант контрольной работы определяется двумя последними цифрами шифра учащегося.

Ниже приводится таблица вариантов. Она справедлива для обеих контрольных работ.

Замена варианта не разрешается.

При подготовке к экзамену рекомендуется ответить на вопросы для самопроверки, приведенные в данной брошюре.

Примерная программа дисциплины «Электротехника»

Представление об истории развития электротехники, о перспективах развития электрификации, об энергетических ресурсах, их сбережении. Представление о предмете и его значении для специальных дисциплин.

Раздел 1 Электрическое поле Тема 1.1 Основные понятия, относящиеся к электрическому полю

Студент должен:

знать: характеристики электрического поля и физическую сущность поля; напряжение, потенциал;

уметь: определять интенсивность поля в заданной точке; использовать полученные знания при изучении электромагнитных волн.

Электрическое поле, его физическая сущность. Абсолютная и относительная диэлектрическая проницаемость среды. Однородное и неоднородное электрическое поле.

Напряженность, потенциал, напряжение.





Тема 1.2 Электрическая емкость и конденсаторы

Студент должен :

знать: понятие об электрической емкости; устройство и виды конденсаторов; емкость плоского конденсатора; понятие о емкости двухпроводной линии; параллельное, последовательное и смешанное соединения конденсаторов; понятие о заряде и разряде конденсатора; определение общей емкости общего заряда и напряжения при смешанном соединении конденсаторов; энергию электрического поля;

уметь: рассчитывать эквивалентную емкость при параллельном, последовательном и смешанном соединении конденсаторов, а также распределение зарядов и напряжений.

Понятие об электрической емкости. Конденсаторы. Емкость плоского конденсатора.

Понятие о емкости двухпроводной линии. Параллельное, последовательное и смешанное соединения конденсаторов. Понятие о заряде и разряде конденсатора. Определение общей емкости; общего заряда и напряжения при смешанном соединении конденсаторов. Энергия электрического поля заряженного конденсатора. Назначение конденсаторов в цепях электросвязи.

Раздел 2 Электрические цепи постоянного тока Тема 2.1 Электрический ток, сопротивление, проводимость

Студент должен:

знать: понятие электрического тока, сопротивления, проводимости; основные элементы электрической цепи; закон Ома и его применение; материалы для резисторов, их классификацию, маркировку; характер зависимости сопротивления от температуры; значение линейных и нелинейных сопротивлений в цепях связи;

уметь: оценивать материалы по электропроводимости; определять режимы работы цепи и источника эдс, собирать электрические цепи по заданным схемам, проверить свойства цепей;

практически изучить все виды резисторов и конденсаторов, применяемых в цепях аппаратуры связи.

Электрический ток, условия его возникновения. Сила, плотность, направление, проводимость, единицы измерения тока. Электрическое сопротивление, проводимость, единицы измерения. Зависимость сопротивления от материала и его геометрических размеров, от температуры. Закон Ома. Последовательное соединение резисторов. Эквивалентное сопротивление. Распределение напряжений на отдельных участках цепи. Неразветвленная цепь с несколькими источниками эдс. Напряжение на зажимах источников эдс, работающего в разных режимах. Параллельное соединение резисторов. Первый закон Кирхгофа.

Распределение токов в отдельных ветвях. Эквивалентное сопротивление. Смешанное соединение резисторов. Распределение токов и напряжений в цепях со смешанным соединением резисторов. Потенциометры. Делители напряжения и их расчет.

Тема 2.2 Электрическая энергия и мощность

Студент должен:

знать: процессы, протекающие в цепи, электрический к.п.д., практическое использование теплового действия тока;

уметь: составлять баланс мощностей электрической цепи, практически определять баланс мощности, кпд; определять в цепях необратимые потери электрической энергии на тепло.

Электрическая энергия и мощность источника, единицы их измерения. Преобразование энергии во внешнем и внутреннем участках цепи. Мощность потребителей и мощность потерь.

Баланс мощностей и электрической цепи. Условие получения максимально полезной мощности. Электрический кпд. Закон Джоуля – Ленца. Объяснение нагревания с точки зрения электронной теории. Допустимая нагрузка проводов. Защита проводов от перегрузки. Плавкие предохранители и реле. Расчет сечения проводов по допустимой потере напряжения. Принцип передачи электроэнергии на большие расстояния.

Тема 2.3 Сложные электрические цепи

Студент должен:

знать: второй закон Кирхгофа, его значение для теории цепей электросвязи, назначение четырехполюсников, их применение в электросвязи;

уметь: рассчитывать сложные электрические цепи, предложенным методом, практически исследовать сложные цепи.

Сложные электрические цепи. Второй закон Кирхгофа. Применение законов Кирхгофа для расчета электрических цепей. Расчет электрических цепей методами узлового напряжения, контурных токов, наложения. Общие сведения о четырехполюсниках, классификация их по схемам звеньев.

Раздел 3 Магнитное поле и магнитные цепи Тема 3.1 Магнитное поле постоянного тока

Студент должен:

знать: параметры магнитного поля, закон полного тока, работу тока в магнитном поле;

уметь: использовать знания параметров магнитного поля при изучении электромагнитного поля (волн); рассчитывать напряженность катушек, пользоваться справочниками.

Магнитное поле постоянного тока, силовые линии. Правило буравчика. Магнитная индукция. Магнитный поток, магнитная проницаемость, единицы их измерения. Природа параи диамагнетизма. Напряженность магнитного поля, единицы измерения. Закон полного тока.

Магнитная индукция и напряженность магнитного поля провода с током. Напряженность кольцевой и цилиндрических катушек. Действие магнитного поля на проводник с током.

Электромагнитные силы, правило левой руки. Работа тока в магнитном поле. Величина вращающего момента. Взаимодействие двух проводов с токами.

Тема 3.2 Магнитные цепи постоянного тока

Студент должен:

знать: процесс перемагничивания, определение диамагнетиков, парамагнетиков, ферромагнетиков; магнитомягкие и магнитотвердые материалы; законы Ома и Кирхгоффа для магнитных цепей. Порядок расчета магнитных цепей;

уметь: построить петлю гистерезиса и проанализировать ее, сравнивать различные материалы для элементов цепей, вести расчет неоднородной цепи; рассчитывать магнитные цепи.

Общие сведения о магнитных материалах. Структура и процессы перемагничивания материалов. Классификация магнитных материалов: магнитомягкие, магнитотвердые.

Физическая сущность ферромагнетизма. Кривые первоначального намагничивания. Магнитное насыщение. Зависимость магнитной проницаемости от напряженности внешнего поля. Явление гистерезиса, петля гистерезиса. Остаточная магнитная индукция. Коэрцитивная сила. Потери энергии при перемагничивании. Магнитные материалы в технике электросвязи. Разветвленные и неразветвленные магнитные цепи. Законы магнитных цепей.

Раздел 4 Электромагнитная индукция

Студент должен:

знать: законы электромагнитной индукции, принцип действия генератора, значение эдс самоиндукции, взаимной индукции, роль вихревых токов в устройствах электросвязи, уравнение и сущность энергии магнитного поля катушки с током;

уметь: вычислять индуктивность кольцевых и цилиндрических катушек, оценивать виды обмоток катушек, вычислять эквивалентную индуктивность при последовательном и параллельном соединении нескольких; практически оценивать и выбирать материал магнитопровода сердечников трансформаторов, дросселей, катушек; вести расчет предложенных деталей электротехнической аппаратуры.

Перемещение прямолинейного проводника в магнитном поле под действием внешних сил. Величина и направление индуцированной эдс. Правило правой руки. Преобразование механической энергии в электрическую. Принцип действия электрического генератора.

Явление электромагнитной индукции. Вихревые токи, их отрицательное действие. Явление самоиндукции. Индуктивность, ее физический смысл, единицы измерения. Индуктивность кольцевой и цилиндрической катушек. Влияние сердечника на индуктивность катушек.

Бифилярная обмотка, ее применение, последовательное и параллельное соединения катушек.

Явление взаимной индукции. Взаимная индуктивность. Взаимная индуктивность двух кольцевых катушек на общем сердечнике. Коэффициент связи. Последовательное соединение двух индуктивно связанных катушек. Вариометр и его применение. Энергия магнитного поля катушки с током.

Раздел 5 Электрические цепи переменного тока Тема 5.1 Основные понятия о переменном токе

Студент должен:

знать: значение переменного тока в цепях электросвязи, принцип получения переменной эдс; основные характеристики переменного тока: амплитуду, частоту, фазу;

уметь: изобразить синусоидальную величину в виде временного графика, вектора;

производить сложение и вычитание нескольких синусоидальных величин; оценивать отставание или опережение по фазе сравниваемых значений, рассчитывать характеристики переменного тока.

Определение переменного тока, его значение в технике. Получение синусоидальной эдс.

График переменного тока. Уравнение мгновенных значений токов. Период, частота, амплитуда, фаза, начальная фаза переменного тока. Угол сдвига фазы. Средние, мгновенные и действующие значения переменных токов и напряжений.

Тема 5.2 Цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью

Студент должен:

знать: физическую форму параметров цепей переменного тока: активное сопротивление, индуктивность, емкость и их зависимость от частоты; закон Ома для цепей с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью; соотношение фаз между током и напряжением в цепи с емкостью, индуктивностью; понятия реактивной мощности;

уметь: строить и анализировать графики зависимости реактивных сопротивлений от частоты, векторные диаграммы для токов и напряжений в цепях с емкостью и индуктивностью.

Параметры электрических цепей переменного тока: сопротивление, индуктивность, емкость. Явление поверхностного эффекта.

Цепь с активным сопротивлением. Векторная и временная диаграммы тока и напряжения. Закон Ома. Мгновенная и средняя мощность. Цепь с индуктивностью. Временная и векторная диаграммы тока и напряжения. Уравнение тока, магнитного потока, напряжения и эдс самоиндукции. Индуктивное сопротивление и его физический смысл. Закон Ома. График зависимости индуктивного сопротивления от частоты. График мгновенной мощности.

Энергетический процесс в данной цепи. Реактивная мощность и единицы ее измерения.

Цепь с емкостью. Понятие о процессе заряда и разряда конденсатора. Временная и векторная диаграмма цепи с емкостью. Причины прохождения тока в данной цепи. Уравнение мгновенных значений тока и напряжения. Закон Ома. Емкостное сопротивление и его физический смысл. График мгновенной мощности. Энергетический процесс в данной цепи.

Реактивная мощность.

Тема 5.3 Цепи переменного тока с последовательным соединением приемников.

Резонанс напряжений

Студент должен:

знать: физические процессы в цепи с последовательным соединением активного и реактивного сопротивлений, закон Ома для этих цепей; понятие о полных сопротивлениях, напряжении и токе в цепях, фазовые сдвиги между ними, примеры применения таких цепей в аппаратуре связи;

уметь: вести расчеты параметров цепей с активным и реактивным сопротивлениями, практически исследовать цепи активно – емкостные и активно – индуктивные, оценивать свойства цепи и делать выводы.

Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью. Уравнения мгновенных значений тока и напряжений на участках цепи. Временная и векторная диаграмма тока и напряжений.

Треугольники напряжений и сопротивлений. Закон Ома. Энергетический процесс в данной цепи. Треугольник мощностей. Активная, реактивная и полная мощности. Коэффициент мощности.

Цепь с активным сопротивлением и емкостью. Уравнение мгновенных значений токов и напряжений на участках цепи. Временная и векторная диаграммы для данной цепи.

Треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей. Закон Ома. Активная, реактивная и полная мощности. Коэффициент мощности.

Тема 5.4 Цепи переменного тока с параллельным соединением приемников.

Резонанс токов.

Студент должен:

знать: свойства цепей с параллельным соединением катушек индуктивности, резистора и конденсатора, применение таких цепей в электросвязи;

уметь: выразить ток, активную, реактивную и полную мощности через проводимости ветвей цепи, практически исследовать такие цепи.

Цепь переменного тока с параллельным соединением катушек индуктивности. Активные и реактивные составляющие токов. Активная, реактивная и полная проводимости. Определение коэффициента мощности, величины тока, активной, реактивной и полной мощностей посредством проводимостей. Резонанс токов. Резонансные прямые.

Раздел 6 Расчет цепей синусоидального тока с применением комплексных чисел

Студент должен:

знать: значение комплексных чисел для расчета цепей переменного тока; действия над комплексными числами;

уметь: вести расчет параметров цепей переменного тока с помощью комплексных чисел, практически исследовать такие цепи.

Три формы комплексного числа. Действия над комплексными числами. Ток, напряжение, сопротивление, проводимость в комплексной форме.

Раздел 7 Понятие о трехфазных цепях

Студент должен:

знать: назначение трехфазного тока в электропитании устройств связи, фазные и линейные напряжения, их соотношения, назначение нулевого провода;

уметь: пересчитать цепь из «звезды» в «треугольник» и обратно. Практически оценивать соединение приемников энергии звездой и треугольником, сделать подключение трехфазного двигателя.

Принцип получения трех эдс, сдвинутых по фазе 120 °. Временная и векторная диаграммы эдс. Соединение обмоток трехфазного генератора звездой и треугольником.

Векторные диаграммы напряжений при соединении обмоток генератора звездой и треугольником. Соотношения между линейными и фазными напряжениями. Соединение потребителей энергии звездой. Трех- и четырех проводная система цепей. Значение нулевого провода. Соединение потребителей энергии треугольником. Определение фазных и линейных токов при симметричном и несимметричном режимах работы. Мощность трехфазного тока.

Раздел 8 Цепи периодического и несинусоидального тока

Студент должен:

знать: примеры сигналов различной формы, применяемых в цепях радио и проводной связи; значение ряда Фурье для преобразования сигналов; понятия о гармониках;

уметь: производить сложение синусоидальных величин на временной диаграмме, рассчитывать цепи с несинусоидальной формой токов и напряжений.

Причины возникновения несинусоидальных токов. Сложение синусоидальных величин разной частоты на временной диаграмме. Выражение сложной периодической кривой при помощи ряда Фурье. Виды периодических кривых. Разложение периодических кривых на гармоники.

Раздел 9 Переходные процессы в линейных электрических цепях

Студент должен:

знать: физическую сущность переходных процессов; законы коммутации, их значение в цепях электросвязи; понятие постоянной времени активно – индуктивной и активно – емкостной цепочек;

уметь: практически оценивать и анализировать влияние переходных процессов при формировании импульсных сигналов.

Значение переходных процессов в технике. Законы коммутации. Включение цепи с индуктивностью и сопротивлением на постоянное напряжение. Короткое замыкание цепи с индуктивностью и сопротивлением. Постоянная времени цепи. Графики изменения тока и эдс самоиндукции при переходном процессе. Включение цепи с емкостью и сопротивлением.

Короткое замыкание цепи с емкостью и сопротивлением. Постоянная времени цепи. Графики изменения тока и напряжения на обкладках конденсатора.

Раздел 10 Нелинейные цепи переменного тока

Студент должен:

знать: влияние гистерезиса и вихревых токов на ток катушки;

уметь: построить кривую намагничивающего тока. Практически исследовать нелинейные цепи, определить ток, при котором наступает феррорезонанс напряжений.

Нелинейные элементы в цепи переменного тока. Магнитный поток иэдс катушки со стальным сердечником. Влияние гистерезиса и вихревых токов на ток катушки. Векторная диаграмма и схема замещения катушки. Последовательное соединение катушки с ферромагнитным сердечником конденсатора.

Раздел 11 Электрические машины постоянного тока

Студент должен:

знать: устройство и принцип действия машин постоянного тока; область их применения;

уметь: анализировать режимы работы машин постоянного тока. Запуск в действие электрических двигателей. Пользоваться справочной литературой.

Принцип действия и устройство генераторов и двигателей постоянного тока. Принцип обратимости, эдс машины постоянного тока. Реакция якоря и способы ее уменьшения.

Классификация генераторов по способу возбуждения. Классификация электродвигателей, пуск их в ход. Область применения машин постоянного тока.

Раздел 12 Электрические машины переменного тока

Студент должен:

знать: устройство и принцип действия машин переменного тока; область их применения;

уметь: анализировать режимы работы машин переменного тока. Запуск двигателя.

Устройство и принцип действия генераторов трехфазного тока. Эдс генератора. Рабочие характеристики. Устройство и принцип действия асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором. Основные параметры: скольжение, скорость вращения ротора, вращающий момент. Способы пуска двигателей.

Раздел 13 Трансформаторы

Студент должен:

знать: принцип устройства и работы трансформатора и автотрансформатора, их отличия. Разновидности и назначение трансформаторов, применяемых в устройствах, цепях электросвязи;

уметь: анализировать режимы работы трансформатора под нагрузкой, в случае холостого хода и короткого замыкания, проводить электрический расчет трансформатора, уметь пользоваться справочной литературой.

Общие сведения о трансформаторах. Устройство и принцип работы. Повышающие, понижающие, переходные трансформаторы. Коэффициент трансформации.

Автотрансформаторы. Режимы работы трансформатора: холостого хода, короткого замыкания, под нагрузкой. Эквивалентная схема трансформатора. Применение трансформатора и автотрансформаторов в технике.

Раздел 14 Микромашины

Студент должен:

знать: устройство и принцип действия тахогенератора;

уметь: применять микромашину для работы в различных режимах: в устройствах автоматики, телемеханики и вычислительной техники.

Назначение, область применения. Устройство и принцип действия тахогенераторов постоянного и переменного тока. Вращающиеся трансформаторы. Сельсины. Применение в технике.

Порядок выполнения и оформления контрольных работ 1 Выполнять контрольные работы следует в порядке их нумерации, сдавая их на проверку по мере выполнения.

Не рекомендуется, во избежание повторения одинаковых ошибок, сдавать несколько контрольных работ одновременно.

2 Контрольные работы нужно выполнять в тетрадях в клетку, записи должны быть сделаны грамотно, разборчиво и аккуратно.

Небрежно оформленные работы возвращаются без проверки.

3 В конце работы следует указать список используемой при выполнении работы литературы, поставить дату и свою подпись.

4 Зачтенные контрольные работы с выполненной работой над ошибками предъявляются на экзамене.

Без предъявления зачтенных контрольных работ учащиеся к сдаче экзамена не допускаются.

Методические указания к выполнению и оформлению контрольных работ 1 Вариант контрольной работы выбирается в соответствии с шифром студента (таблица 1).

2 К выполнению контрольной работы следует приступить лишь после изучения соответствующего раздела курса и разбора примеров.

3 Приступая к решению задач контрольной работы, необходимо изучить методические указания к решению задачи данной темы.

4 Требуется правильно оформить контрольную работу:

а) полностью, четко и разборчиво написать условие задачи;

б) записать краткое условие задачи, выписав все заданные величины в буквенных выражениях с их числовыми значениями и размерностями, а искомые величины – в буквенных выражениях;

в) сделать необходимые схемы и чертежи карандашом с помощью чертежного инструмента, соблюдая ГОСТ; места соединения проводов в схемах следует выделять точками;

г) при решении задач следует пользоваться только системой единиц СИ; физические величины и единицы их измерения обозначать по ГОСТ (таблица 2);

д) по ходу решения всех задач требуется записывать краткие пояснения;

е) выполняя расчеты, следует соблюдать единый порядок записей: сначала писать формулы, подставляя в них числовые значения, приводить ответ, указывая размерность;

ж) вычисления производить с точностью до трех знаков, не считая нулей впереди значащих цифр;

з) векторные диаграммы и графики надо обязательно вычерчивать в масштабе в соответствии с полученными результатами вычислений;

и) масштаб следует записывать в такой форме: М U=…В/см, МI=…А/см – только для построения векторных диаграмм, а на графиках такие записи не нужны; вместо них на каждой из осей координат должна быть нанесена равномерная шкала в выбранном масштабе.

Таблица 1

–  –  –

Задачи 11 – 20 Цепь постоянного тока состоит из нескольких резисторов, соединенных смешанно.

Номер схемы, величины сопротивлений резисторов и значение эдс приведены в таблице 5.

Начертить схему цепи, показать направление токов во всех ветвях цепи. Определить эквивалентное сопротивление цепи ток в каждом резисторе, а также потенциал в точке А (А).

–  –  –

Задачи 21-30 Определить токи во всех ветвях цепи (рисунок 2), если эдс источников Е1 и Е2, их внутренние сопротивления R01 и R02; сопротивление резистора R3.

–  –  –

Задачу решить методом, указанным в таблице данных (таблица 5). Составить уравнение баланса мощностей. Данные для задачи взять в таблица 5.

Таблица 5 № задачи

–  –  –

Задачи 31-40 В технике связи используются электромагнитные реле. Принципиальная схема магнитной цепи электромагнитного реле приведена на рисунок 3.

–  –  –

Определить индуктивность катушки и силу притяжения якоря электромагнитного реле при притянутом l0 и непритянутом l0 якоре (l0 – средняя линия воздушного зазора всего магнитопровода, lст – длина магнитопровода ферромагнитного участка по средней линии).

Сечение магнитопровода реле S по всей длине одинаково. Число витков катушки w. При притянутом якоре (l0) ток в катушке реле I создает магнитный поток Ф с магнитной индукцией В. Допустить, что при непритянутом якоре l0 Нст lст0.

Определить также величины, отмеченные в таблице прочерками, при притянутом якоре (l0). Данные для своего варианта взять из таблица 7.

Значения напряженности и магнитной индукции материала, из которого изготовлен магнитопровод, заданы в таблица 6.

Таблица 6 Н, А/см 20 40 60 80 120 200 400 600 800 В, Тл 0,22 0,75 0,93 1,02 1,14 1,28 1,47 1,53 1,57 Таблица 7

–  –  –

Задача 41 Цилиндрическая катушка длиной 8 см и диаметром 0.8 см имеет 1000 витков медного провода, сопротивление которого 3125 Ом. Относительная магнитная проницаемость сердечника катушки =1. Количество теплоты, выделяемое в обмотке катушки за время t=1,16 мкс, равно 362,8 мДж.

Определить индуктивность катушки, ток в ее обмотке и энергию магнитного поля катушки.

Задача 42 На тороидальный стальной (=200) сердечник с сечением S=20 см2 намотаны две обмотки: w1=100 витков и w2=200 витков. Средний радиус rср=10 см. Найти взаимную индуктивность обмоток и индуктивность каждой обмотки. Определить коэффициент связи.

Задача 43 Коэффициент связи двух контуров с индуктивностями 1 Гн и 0,25 Гн равен 0,5. ток в первом контуре 10 А, во втором 20 А. определить два возможных значения энергии магнитного поля катушек и индуктивности двух контуров.

Задача 44 Линия электропередачи и линия связи идут параллельно на длине 15 км. Взаимная индуктивность контура линии электропередачи и линии связи равна 4 мкГн/см. при коротком замыкании проводов линии электропередачи начальная скорость возрастания тока была 100000 А/с.

Определить эдс взаимоиндукции в проводах линии связи.

–  –  –

Задача 47 Индуктивность первичной и вторичной обмоток трансформатора соответственно 40 Гн и 10 Гн. Коэффициент связи обмоток равен 0,95. В первичной обмотке проходит ток, нарастающий с равномерной скоростью, при этом во вторичной обмотке наводится эдс взаимоиндукции ем2=-380 В. Определить взаимную индуктивность обмоток и скорость di нарастания тока в первичной обмотке 1.

dt Задача 48 Цилиндрическая катушка диаметром 4 см и длиной 10 см находится в переменном магнитном поле. При изменении индукции магнитного поля на 127,4 Тл в течении 2 с в обмотке катушки возбуждается эдс индукции 20 В. Определить число витков катушки и индуктивность (относительная магнитная проницаемость сердечника =200).

Задача 49 Потокосцепление катушки без стального сердечника при токе 10 А равно 1,2 Вб.

Определить индуктивность катушки, потокосцепление при токе 5 А и эдс самоиндукции при скорости изменения тока в ней 80 А/с.

Задача 50 Определить в каких пределах изменяется индуктивность вариометра, если индуктивность катушек соответственно равны: L1=0,4 Гн; L2=1,6 Гн, максимальный коэффициент связи катушек К=0,8. определить энергию вариометра при согласованном включении катушек вариометра, когда ток в них 5 А. (рисунок 9.15, учебное пособие Частоедова).

Методические рекомендации к выполнению контрольной работы № 1

Для решения задач 1-10 необходимо изучить материал «Электрическая емкость и конденсаторы» (§ 2.1 – 2.6, учебное пособие Частоедова).

Конденсаторы имеют очень широкое применение в технике связи, радиотехнике, телефонии, телеграфии. В радиотехнической и телевизионной аппаратуре они используются для создания колебательных контуров, их настройки, блокировки, в фильтрах выпрямителей, для разделения электрических цепей постоянного и переменного токов, разделения токов различной частоты, для симметрирования кабельных линий. В электроизмерительной технике они нужны для создания образцов электроемкости.

Нередко возникает необходимость соединять имеющиеся конденсаторы в батареи последовательно, параллельно и смешанно при подборе конденсаторов по емкости и напряжению.

Для решения задач 1-10 необходимо усвоить принципы распределения напряжения и заряда в схемах последовательного и параллельного соединения конденсаторов; знать формулы эквивалентной емкости и энергии электрического поля конденсаторов.

В учебном пособии Частоедова § 2.5 рассмотрен пример расчета цепи смешанного соединения конденсаторов. В этом примере по заданному напряжению и емкостям всех конденсаторов определяется эквивалентная емкость батареи и напряжение на каждом из них.

Рассмотрим решение обратной задачи, когда известно напряжение на одном из конденсаторов.

–  –  –

Для решения задач 11-20 необходимо знать закон Ома для полной цепи и ее участков, первый закон Кирхгофа; методику определения эквивалентного сопротивления цепи при смешанном соединении резисторов, а также уметь вычислять мощность электрической цепи.

–  –  –

Метод узловых и контурных уравнений Решение.

Количество неизвестных токов равно количеству ветвей в цепи. На рисунке 6 три ветви, следовательно, неизвестных токов три, для их нахождения необходимо составить систему из трех уравнений.

1 Обозначим контуры буквами.

2 На схеме произвольно показываем предварительное направление токов (пунктир).

3 Сначала составляем уравнение по первому закону Кирхгофа. Количество этих уравнений равно числу узлов в схеме без одного. На схеме (рисунок 6) два узла – С и D, следовательно, составляем одно уравнение по первому закону Кирхгофа, например, для узловой точки С: I1+I2=I3.

Остальные уравнения (3-1=2) составляются по второму закону Кирхгофа, т. е. два уравнения.

Второе уравнение составим для контура ABCDA, направление обхода контура примем «по часовой стрелке»:

E1=I1(R1+R01)+I3R3.

Третье уравнение составим для контура CKNDC; направление обхода контура примем «против часовой стрелки»:

E2=I2(R2+R02+R4)+I3R3.

4 Подставляем исходные данные в полученную систему из трех уравнений и решаем эту систему относительно неизвестных токов:

I1+I2=I3 E1=I1(R1+R01)+I3R3 E2=I2(R2+R02+R4)+I3R3

–  –  –

Пример 5 Магнитопровод электромагнитного реле содержит два участка: из ферромагнитного материала и воздушного зазора. Размеры магнитопровода по средней магнитной линии: l ст=60 мм, lо=0,157 мм. Сечение магнитопровода S= 2 см2 В стержне, на котором расположена обмотка, требуется создать магнитную индукцию В= 0,8 Тл. Определить магнитный поток Ф в данной магнитной цепи. Найти ток I, который необходимо пропустить по обмотке, чтобы создать заданную магнитную индукцию В. Обмотка имеет w = 1000 витков.

Рассчитать силу притяжения якоря электромагнитного реле и индуктивность катушки

Дано:

В= 0,8 Тл, w= 1000, S= 2 см2 =2· 10-4 м2, lст=60 мм = 60· 10-3 м, lо=0,157 мм = 0,157·10-3 м.

Определить: I, L, Ф, F.

Решение.

1 По заданной магнитной индукции определяем магнитный поток.

Ф= В·S = 0,8·2·10-4 =16· 10-5 Вб.

2 По кривой намагничивания определяем напряженность магнитного поля для участка из ферромагнитного материала.

При В=0,8 Тл Нст=20 А/см= 2000 А/м.

3 Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре.

–  –  –

Контрольная работа № 2 Задача 1 В цепь переменного тока включена катушка с индуктивностью L=394,2 мГн, уравнение мгновенного значения тока i=0,705sin500t А, уравнение мгновенного значения напряжения на активном сопротивлении ua=23,97sin500t В.

Начертить схему цепи. Определить активное и индуктивное сопротивления катушки;

частоту и период переменного тока; показания амперметра и вольтметра, включенных в цепь;

амплитуды тока, активного, индуктивного и общего напряжений; коэффициент мощности и угол сдвига фаз. Написать уравнение мгновенного значения напряжения на зажимах цепи.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению МU=15 В/см.

Как изменится полное сопротивление катушки, если частота питающего напряжения изменится и станет f=100 Гц?

Задача 2 Делитель напряжения состоит из последовательно соединенных активного сопротивления R=80 Ом и конденсатора С. Уравнение мгновенного значения тока в цепи i=1,128sin628t А, уравнение мгновенного значения напряжения конденсаторе uс=67,68sin(628tВ.

Начертить схему делителя напряжения. Определить емкость конденсатора, частоту и период, действующие значения тока и напряжения, подаваемого на делитель; амплитуды тока, активного, емкостного и общего напряжений; коэффициент мощности и угол сдвига фаз в цепи.

Составить уравнение мгновенного значения общего напряжения. Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению М U=16 В/см. Каким станет емкостное сопротивление при увеличении частоты питающего напряжения в 2,5 раза?

Задача 3 Определить действующее значение напряжения и тока на входе пассивного двухполюсника, схема замещения которого состоит из последовательно соединенных активного сопротивления R=70 Ом и индуктивности L=382 мГн, если уравнение мгновенного значения напряжения на индуктивном сопротивлении uL=135,36sin(628t+90°) В.

Составить уравнения мгновенных значений напряжения и тока на входе; определить индуктивное и полное сопротивления; частоту и период переменного тока, коэффициент мощности и угол сдвига фаз в цепи.

Начертить схему цепи и построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению МU=14 В/см.

Как изменится векторная диаграмма, если в 2 раза увеличить частоту питающего напряжения, амплитуда его не изменяется?

Задача 4 На делитель напряжения, состоящий из последовательно соединенных резистора и емкости, подается напряжение u=169sin(628t-53°) В. В цепи протекает ток i=0,846sin628t А.

Начертить схему цепи. Определить активное и полное сопротивление; емкость конденсатора; частоту и период переменного тока; показания амперметра и вольтметра, измеряющих ток и напряжение на входе делителя; амплитуды тока, активного, емкостного и общего напряжений; коэффициент мощности и угол сдвига фаз в цепи. Составить уравнение мгновенного значения напряжения на конденсаторе. Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению МU=24 В/см.

Как изменится емкостное сопротивление цепи, если частота питающего напряжения изменится до 150 Гц?

Задача 5 Катушка индуктивности подключена к источнику переменного тока напряжением U=136 В, частотой f=50 Гц. Активное сопротивление катушки R=48 Ом. Коэффициент мощности цепи cos=0,6.

Определить угловую частоту и период переменного тока; индуктивное и полное сопротивления катушки; действующее значение тока в цепи и его амплитуду; угол сдвига фаз;

активную, реактивную и полную мощности.

Составить уравнения мгновенных значений тока и напряжения на зажимах цепи.

Начертить схему и построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению МU=100 В/см.

Как изменится векторная диаграмма цепи при увеличении частоты питающего напряжения в 2 раза?

Задача 6 Пассивный двухполюсник, состоящий из последовательно соединенных резистора сопротивлением R=20 Ом и конденсатора емкостью С=212 мкФ, имеет напряжение на конденсаторе uс=25,38sin(314t-/2) В.

Начертить схему двухполюсника.

Определить амплитудное и действующее значения тока и напряжения на входе;

реактивное и полное сопротивления; частоту и период переменного тока; коэффициент мощности и угол сдвига фаз. Составить уравнения мгновенных значений тока и напряжения на входе двухполюсника. Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению МU=8 В/см.

Как изменится векторная диаграмма, если частота уменьшится в 2 раза, амплитуда питающего напряжения не изменится?

Задача 7 Пассивный двухэлементный двухполюсник питается от источника синусоидального напряжения частотой f=100 Гц рисунок 7. Показания приборов на входе двухполюсника;

вольтметра U=220 В, амперметра I=11 А, фазометра =53° (индуктивный).

–  –  –

Рисунок 7 Начертить последовательную схему замещения двухэлементного двухполюсника и определить ее параметры: активное сопротивление R и индуктивностью L.

Составить уравнения мгновенных значений тока и напряжения на входе двухполюсника.

Рассчитать активную, реактивную и полную мощности, коэффициент мощности цепи.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению МU=40 В/см. Как изменится векторная диаграмма при увеличении частоты питающего напряжения в 3 раза, действующее значение напряжения остается прежним?

Задача 8 Фазосдвигающая цепочка состоит из последовательно соединенных резистора сопротивлением R=20 кОм и конденсатора емкостью С. Полное сопротивление цепи Z=200 кОм. Уравнение мгновенного значения тока в цепи i=0,987sin500t мА. Начертить схему цепи. Составить уравнение мгновенного значения напряжения на фазосдвигающей цепочке.

Определить емкостное сопротивление и емкость конденсатора; частоту и период переменного тока; угол сдвига фаз тока и напряжения; действующее значения тока и общего напряжения; амплитуды тока, активного, емкостного и общего напряжений. Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению М U=7 В/см. Как изменится векторная диаграмма при уменьшении частоты питающего напряжения в 2 раза, амплитуда его не изменяется?

Задача 9 В цепь переменного тока включена катушка индуктивности, активное сопротивление которой R=12 Ом. Уравнение мгновенного значения тока в катушке i=5,64sin314t А.

Действующее значение индуктивного напряжения UL=36 В.

Определить частоту и период переменного тока; индуктивное сопротивление катушки и ее индуктивность; действующее значение напряжения на катушке и тока в ней, коэффициент мощности и угол сдвига фаз; активную, реактивную и полную мощности катушки.

Составить уравнение напряжения на зажимах цепи.

Начертить схему замещения катушки и построить векторную диаграмму тока и напряжения, используя масштаб по напряжению МU=10 В/см. Как изменится векторная диаграмма при увеличении частоты питающего напряжения в 3 раза?

Задача 10 Фазосдвигающая цепочка состоит из последовательно включенных резистора сопротивлением R=5 кОм и конденсатора емкостью С. Уравнение мгновенного значения напряжения на цепочке u=56,4sint В, частота f=50 кГц. Действующее значение напряжения на Ua=2 В.

Определить емкостное сопротивление и емкость конденсатора; угловую частоту и период питающего напряжения; действующие значения и амплитуды тока, активного, емкостного и общего напряжений; угол сдвига фаз и активные потери мощности.

Начертить схему фазосдвигающей цепочки. Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению МU=20 В/см.

Как изменится векторная диаграмма и угол сдвига фаз при увеличении в 2 раза частоты питающего напряжения, если амплитуда его сохранится?

Задачи 11-20 В сеть переменного тока напряжением U и частотой f=50 Гц включены последовательно несколько элементов: резисторов, конденсаторов и катушек (рисунок 8).

По исходным данным, приведенным в таблица 6, начертить схему цепи, содержащую только элементы, численные значения которых по вашему варианту приведены в таблица 6.

Определить величины (если они не даны в таблица 6 по Вашему варианту):

индуктивность катушки (катушек) и емкость конденсатора (конденсаторов); реактивные сопротивления и полное сопротивление цепи; полные сопротивления катушек; ток и напряжение на зажимах цепи; активную, реактивную и полную мощности цепи; коэффициент мощности и угол сдвига фаз между током и напряжением.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя заданный масштаб по напряжению МU.

–  –  –

Задача 21 Последовательный колебательный контур, активное сопротивление которого R=400 Ом, индуктивностью L=500 мкГн и емкость С=500 пФ, включен в сеть переменного тока напряжением U=16 В, частота равна собственной частоте колебательного контура =0.

Начертить схему цепи. Определить резонансную угловую частоту 0, характеристическое сопротивление ZC, добротность контура Q, ток I0, потери мощности в контуре Р0. Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя масштаб по напряжению МU=5 В/см.

Определить индуктивное XL и полное Z сопротивление контура, ток I, коэффициент мощности cos и активную мощность Р, если индуктивность контура увеличилась на 200 мкГн.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений в том же масштабе (МU=5 В/см).

Задача 22 К последовательному колебательному контуру подводится синусоидальное напряжение, действующее значение которого U=20 В, угловая частота =8·105 рад/с. Реактивные сопротивления контура при этой частоте имеют значения XL=1200 Ом и XС=675 Ом. Активное сопротивление R=200 Ом.

Начертить схему цепи. Определить полное сопротивление цепи Z, ток I, индуктивность L и емкость С контура, угол сдвига фаз тока и напряжения, потери мощности в контуре Р.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений в масштабе МU=10 В/см.

Рассчитать резонансную частоту f0. Для режима резонанса напряжений определить индуктивное XL0 и емкостное XС0 сопротивления контура, резонансный ток I0, падения напряжений UL0 и UC0, добротность Q и характеристическое сопротивление ZC контура, активные потери в контуре Р0.

Построить в том же масштабе (МU=10 В/см) векторную диаграмму напряжений и тока для режима резонанса.

Задача 23 В цепь переменного тока напряжением U=10 В включен последовательный колебательный контур. Частота питающего напряжения равна частоте собственных колебаний контура =0=5·106 рад/с. Активное сопротивление контура R=1 Ом и добротность Q=10.

Начертить схему цепи. Определить индуктивность L и емкость С контура, характеристическое сопротивление ZC, ток I0 и потери в контуре Р0.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений в масштабе МU=10 В/см.

Определить индуктивное XL0, емкостное XС0 и полное Z сопротивления контура, ток I, угол сдвига фаз тока и напряжения и мощность Р, если частота питающего напряжения изменилась до значения =5,5·106 рад/с.

Построить в том же масштабе (МU=10 В/см) векторную диаграмму напряжений и тока.

Задача 24 В сеть переменного тока напряжением U=9 В включен последовательный колебательный контур, имеющий активное сопротивление которого R=180 Ом и емкость конденсатора С=595 нФ. При настройке контура в резонанс напряжение на конденсаторе UC0=35,5 В.

Начертить схему цепи. Определить резонансную частоту f0, индуктивность контура L, характеристическое сопротивление ZC, добротность контура Q, ток I0, потери мощности Р0.

Построить в масштабе МU=5 В/см векторную диаграмму напряжений и тока для режима резонанса.

Определить полное сопротивление Z, ток I, коэффициент мощности cos, потери мощности Р, если частота питающего напряжения изменится до =2000 рад/с.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений, используя тот же масштаб по напряжению МU=5 В/см.

Задача 25 В последовательном колебательном контуре при частоте питающего напряжения =500 рад/с реактивные сопротивления имеют значения XL=450 Ом и XС=570 Ом. Активное сопротивление R=90 Ом. Действующее значение синусоидального напряжения, подведенного к контуру U=90 В.

Начертить схему цепи. Определить полное сопротивление Z, ток I, индуктивность L и емкость С контура, коэффициент мощности cos и угол сдвига фаз тока и напряжения, потери мощности Р в контуре.

Построить в масштабе МU=60 В/см векторную диаграмму напряжений и тока.

Определить резонансную частоту f0 и вычислить соответствующие значения реактивных сопротивлений XL0 и XС0, характеристическое сопротивление ZC, резонансный ток I0, напряжение на элементах контура UL0 и UC0, добротность Q, расходуемую в контуре мощность Р0.

Построить в том же масштабе (МU=60 В/см) векторную диаграмму напряжений и тока для режима резонанса.

Задача 26 В последовательном колебательном контуре в режиме резонанса ток I0=16 мА при переменном напряжении U=4 В, частота =2·106 рад/с. Добротность контура Q=4, характеристическое сопротивление ZC=1000 Ом.

Начертить схему цепи. Определить параметры контура: активное сопротивление R, индуктивность L и емкость С. Рассчитать потери Р0 в контуре.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений в масштабе МU=2 В/см.

Определить индуктивное XL, емкостное XС и полное Z сопротивления контура, ток I, коэффициент мощности cos и потери мощности Р, если емкость изменится до С=625 пФ.

Построить в том же масштабе (МU=2 В/см) векторную диаграмму напряжений и тока.

Задача 27 К последовательному колебательному контуру подводится переменное напряжение, действующее значение которого U=50 В, частота =350·106 рад/с. Реактивные сопротивления контура при этой частоте имеют значения XL=1050 Ом и XС=1428 Ом. Активное сопротивление R=200 Ом.

Начертить схему цепи. Определить полное сопротивление Z, ток I, индуктивность L и емкость С контура, коэффициент мощности cos и угол сдвига фаз, мощность Р, расходуемую в контуре.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений в масштабе МU=30 В/см.

Определить резонансную угловую частоту 0 и вычислить соответствующие индуктивное XL0, емкостное XС0 сопротивления, характеристическое сопротивление ZC, ток I0, добротность Q и мощность Р0, расходуемую в контуре.

Построить в том же масштабе (МU=30 В/см) векторную диаграмму напряжений и тока для режима резонанса.

Задача 28 Катушка последовательного колебательного контура имеет данные: активное сопротивление R=100 Ом и индуктивность L=50 мГн.

К контуру подводится синусоидальное напряжение с действующим значением U=10 В, частота =0=5000 рад/с.

Начертить схему цепи. Определить емкость конденсатора С, характеристическое сопротивление ZC, добротность Q, ток I0, мощность Р0, расходуемую в контуре. Построить векторную диаграмму тока и напряжений в масштабе МU=5 В/см.

Определить индуктивное XL, емкостное XС и полное Z сопротивления контура, ток I, потери мощности Р, угол сдвига фаз тока и напряжения, если угловая частота снизится до значения =4000 рад/с.

Построить в том же масштабе (МU=5 В/см) векторную диаграмму напряжений и тока.

Задача 29 Последовательный колебательный контур имеет следующие параметры: емкость С=502 нФ, индуктивность L=308 мГн, активное сопротивление R=220 Ом. Контур включен в сеть переменного тока напряжением U=5,5 В, частота питающего напряжения равна частоте собственных колебаний контура f=f0.

Начертить схему цепи. Определить резонансную частоту f0, характеристическое сопротивление ZC, добротность Q, ток I0, потери мощности Р0 в контуре. Построить векторную диаграмму тока и напряжений в масштабе МU=2 В/см.

Определить индуктивное XL, емкостное XС и полное Z сопротивления контура, ток I, потери мощности Р, угол сдвига фаз тока и напряжения и коэффициент мощности cos, если частота питающего напряжения изменится до величины f=450 Гц.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений при частоте f=450 Гц в том же масштабе МU=2 В/см.

Задача 30 К последовательной цепи, состоящей из катушки индуктивности и конденсатора, подводится синусоидальное напряжение с действующим значением U=4 В. Активное сопротивление катушки R=200 Ом, емкость конденсатора С=500 пФ. В цепи режим резонанса.

Известна добротность Q=5.

Начертить схему цепи. Определить индуктивность L, характеристическое сопротивление ZC, частоту 0, ток I0 и активные потери при резонансе Р0.

Построить векторную диаграмму тока и напряжений в масштабе МU=2 В/см.

Определить индуктивное XL, емкостное XС и полное Z сопротивления цепи при частоте =2,4·106 рад/с. Рассчитать ток в цепи I, коэффициент мощности cos, угол сдвига фаз тока и напряжения, активную мощность Р.

Построить в том же масштабе (МU=2 В/см) векторную диаграмму напряжений и тока.

Задачи 31-40 Цепь переменного тока содержит различные элементы (активные сопротивления, индуктивности и емкости), образующие две параллельные ветви. На рисунке 9 представлена электрическая схема цепи.

–  –  –

Рисунок 9 Начертить схему цепи, содержащую только те элементы, численные значения которых даны по Вашему варианту в таблице 7.

Определить индуктивность L и емкость C, если они имеются в схеме, токи в ветвях I1, I2 и в неразветвленной части цепи I методом, указанным в таблице данных.

Вычислить коэффициент мощности cos, активную P, реактивную Q и полную S мощности цепи.

Начертить векторную диаграмму напряжения и токов, используя заданный масштаб по току МI.

Таблица 7

–  –  –

Задачи 41 – 50 В схеме последовательно – параллельного соединения (рисунок 10) заданы напряжение цепи синусоидального тока и сопротивления элементов схемы (таблица 8).

Начертить схему цепи, включая те элементы, численные значения которых заданы в таблице 8 по Вашему варианту.

Определить с помощью метода комплексных чисел значения всех токов I, I1, I2, напряжений U0, U12; активную P, реактивную Q и полную S мощности цепи, коэффициент мощности cos.

Построить векторную диаграмму токов и напряжений в заданных масштабах на комплексной плоскости ( по комплексам напряжений U, U0, U12 и комплексам токов I, I1, I2).

XC0 XL0 I R0

–  –  –

Методические указания к выполнению контрольной работы № 2 Задачи контрольной работы № 2 посвящены расчету цепей однофазного переменного тока.

Основное применение в электротехнике и в технике связи имеют переменные токи и напряжения, изменяющиеся по закону синуса. По сравнению с процессами в цепях постоянного тока, процессы, протекающие в цепях переменного тока, являются более сложными.

Для их усвоения необходимо знать основные понятия о переменном токе.

Общее выражение синусоидального тока (уравнение мгновенного значения тока) имеет вид:

i= Imsin(t+i), где i – мгновенное значение тока;

Im – максимальное значение тока (амплитуда);

– угловая частота;

i – начальная фаза переменного тока, т. е. угол, определяющий значение тока при t=0;

(t+i) – фаза, т. е. угол, определяющий значение тока в любой момент времени.

Синусоидальный ток является функцией времени и характеризуется периодом Т и частотой колебаний f:

f= ;T = 2 f Две синусоидально изменяющиеся величины могут иметь одинаковые начальные фазы, т. е. совпадать по фазе, или разные начальные фазы, т. е. не совпадать по фазе или иметь сдвиг фаз.

Например:

i= Imsin(t+i)=14,1sin(314t+30°) A;

u=Umsin(t+u)=310sin(314t-60°) В.

Из этих уравнений следует, что амплитуда тока равна Im=14,1 А, начальная фаза i=30°, угловая частота =314 рад/с; амплитуда напряжения Um=310 В, начальная фаза u=-60°, угловая частота =314 рад/с. Угол сдвига фаз между напряжением и током = u- i=-60°-30°=-90°, т. е. напряжение отстает (0) от тока на угол 90°. Если 0, то напряжение опережает ток на этот угол, если =0, то напряжение и ток совпадают по фазе.

Измерительные приборы (амперметр и вольтметр) показывают соответственно действующие значения тока и напряжения.

Действующие значения тока и напряжения по приведенному примеру будут равны:

Im 14.1 Um 310 I= = = 10 A; U = = = 220 B.

2 1.41 2 1.41 К расчету цепей переменного тока можно приступить только после изучения свойств простейших цепей переменного тока, к которым относятся цепи:

а) с сопротивлением R;

б) с индуктивностью L;

в) с емкостью С.

Для решения задач 1-10 рассмотрите пример 1.

Пример 1 К источнику переменного тока с напряжением U=40 В подключены последовательно резистор сопротивлением R=8 Ом и конденсатор емкостью С (рисунок 11). Уравнения мгновенного тока в цепи i=5.64sin628t A.Определить частоту и период переменного тока;

емкостное XC и полное Z сопротивление цепи; емкость конденсатора C; амплитудные значения тока и напряжения на зажимах цепи; показания амперметра; коэффициент мощности cos и угол сдвига фаз ; активную Р, реактивную Q и полную S мощности.

Составить уравнение мгновенного значения напряжения на зажимах цепи. Построить векторную диаграмму в масштабе MU=8 В/см.

–  –  –

Рисунок 13 Вектор напряжения на активном сопротивлении Ua совпадает по фазе с вектором тока, из конца вектора Ua строим вектор реактивного напряжения Uc в сторону отставания от вектора тока на 90°.

Замыкающий вектор равен геометрической сумме векторов Ua и Uс, т. е.

U = Ua + Uc. Вектор приложенного напряжения U отстает от вектора тока I на угол =-37° и длина его, если померить, равна 5 см, что совпадает с расчетом.

В задачах 11-20 рассматривается неразветвленная цепь переменного тока с последовательным соединением нескольких потребителей. Разберите решение примера 2.

–  –  –

Пример 3 Цепь состоит из последовательно соединенных катушки, активное сопротивление которой R=2500 Ом и индуктивность L=100 мГн, и конденсатора емкостью C=4 нФ (рисунок 16). К выводам цепи приложено синусоидальное напряжение с действующим значением U=200 В.

–  –  –

Вопросы для самопроверки при подготовке к экзамену

1. Электрическое поле, определение. Графическое изображение электрического поля.

Закон Кулона.

2. Характеристики электрического поля ( диэлектрическая проницаемость.

напряженность).

3. Характеристики электрического поля ( потенциал, напряжение, единицы измерения).

4. Проводники в электрическом поле. Явление электростатической индукции. Где используется это свойство проводников.

5. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектрика. Электрическая прочность диэлектрика.

6. Электрическая емкость проводника. Емкость конденсатора. Емкость плоского конденсатора. Единицы измерения.

7. Энергия заряженного конденсатора. Заряд и разряд конденсатора.

8. Последовательное соединение конденсаторов. Определение эквивалентной емкости.

Применение.

9. Параллельное соединение конденсаторов. Определение эквивалентной емкости.

Применение.

10. Смешанное соединение конденсаторов. Определение эквивалентной емкости.

Применение.

11. Электрический ток проводимости, плотность тока. Электрическая цепь, ее элементы, эдс источника.

12. Закон Ома для участка цепи. Электрическое сопротивление, проводимость. Единицы измерения.

13. Закон Ома для полной цепи. Электрическая энергия и мощность источника.

Преобразование энергии во внешнем и внутреннем участках цепи. Баланс мощностей.

14. Закон Джоуля - Ленца. Защита проводов от перегрузки.

15. Неразветвленная цепь с несколькими источниками эдс. Режимы работы источника.

16. Потенциальная диаграмма.

17. Последовательное соединение резисторов. Определение общего сопротивления цепи, напряжения, мощности.

18. Первый закон Кирхгофа. Параллельное соединение резисторов. Определение общего сопротивления цепи, напряжения, мощности.

19. Понятие о сложных электрических цепях постоянного тока ( ветвь, узел, контур). Второй закон Кирхгофа.

20. Расчет сложных цепей методом узловых и контурных уравнений.

21. Расчет сложных цепей методом узлового напряжения.

22. Метод свертывания.

23. Магнитное поле электрического тока и его характеристики ( магнитная индукция, правило буравчика, магнитный поток).

24. Магнитное поле электрического тока и его характеристики ( магнитная проницаемость, напряженность).

25. Магнитное напряжение. Единицы измерения. Закон полного тока.

26. Действие магнитного поля на проводник с током, электромагнитная сила, правило левой руки.

27. Намагниченность ферромагнитных материалов. Кривая намагничивания.

28. Циклическое перемагничивание (петля гистерезиса).

29. Магнитные цепи: понятие, назначение, классификация. Закон Ома для магнитных цепей.

30. Порядок расчета неразветвленных магнитных цепей.

31. Явление электромагнитной индукции ( перемещение прямолинейного проводника в магнитном поле под действием внешних сил). Величина и направление наведенной эдс.

Правило правой руки.

32. Явление электромагнитной индукции в замкнутом контуре. Правило Ленца.

33. Индуктивность, ее физический смысл. Единица измерения индуктивности. Обозначение индуктивности на схеме.

34. Индуктивность кольцевой и цилиндрической катушек. Влияние сердечника на индуктивность катушки.

35. Взаимная индуктивность, единица ее измерения. Явление взаимной индукции, эдс взаимоиндукции.

36. Явление самоиндукции. Величина эдс самоиндукции.

37. Расчет индуктивности кольцевой и прямой катушек.

38. Переменный ток, его определение. График переменного тока и его характеристики ( мгновенное, амплитудное, действующее и среднее значение, период, частота).

39. Характеристики переменного тока ( угловая частота, фаза, начальная фаза, угол сдвига фаз), изображение синусоидальных величин при помощи вектора).

40. Электрическая цепь с активным сопротивлением. Уравнения тока и напряжений.

Волновая и векторная диаграммы. Закон Ома. Мощность цепи.

41. Электрическая цепь с индуктивностью. Волновая и векторная диаграммы. Уравнения тока и напряжения, закон Ома, индуктивное сопротивление и его физический смысл.

Энергетический процесс в данной цепи. Реактивная мощность и единица ее измерения.

42. Электрическая цепь с емкостью. Волновая и векторная диаграммы. Уравнения тока и напряжения, закон Ома, емкостное сопротивление и его физический смысл.

Энергетический процесс в данной цепи. Реактивная мощность и единица ее измерения.

43. Цепь переменного тока с активным сопротивлением и индуктивностью. Уравнения мгновенных значений тока и напряжений. Векторная диаграмма тока и напряжений, закон Ома, треугольники сопротивлений и мощностей. Сопротивление цепи, cos.

Энергетический процесс в данной цепи. Формулы мощностей.

44. Цепь переменного тока с активным сопротивлением и емкостью. Уравнения мгновенных значений тока и напряжений. Векторная диаграмма тока и напряжений, закон Ома, треугольники сопротивлений и мощностей. Сопротивление цепи, cos. Энергетический процесс в данной цепи. Формулы мощностей.

45. Цепь переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью при XLXC. Уравнения мгновенных значений тока и напряжений на участках цепи.

Векторная диаграмма тока и напряжений, треугольники сопротивлений и мощностей

46. Цепь переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью при XLXC. Уравнения мгновенных значений тока и напряжений на участках цепи.

Векторная диаграмма тока и напряжений, треугольники сопротивлений и мощностей

47. Колебательный контур. Энергетический процесс в контуре. Частота собственных колебаний контура. Незатухающие колебания.

48. Условия возникновения резонанса напряжений, векторная диаграмма. Коэффициент мощности. Закон Ома. Полное и реактивное сопротивление при резонансе напряжений.

Практическое использование резонанса напряжений. В каких случаях резонанс напряжений опасен.

49. Расчет неразветвленных цепей переменного тока.

50. Расчет разветвленных цепей переменного тока.

51. Условия возникновения резонанса токов, векторные диаграммы. Практическое применение резонанса токов.

52. Коэффициент мощности. Способы повышения коэффициента мощности.

53. Выражение основных элементарных величин комплексными числами. Ток, напряжение, сопротивление, проводимость, мощность в комплексной форме. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме.

54. Понятие о трехфазных цепях. Принцип получения трехфазной эдс. Временная и векторная диаграммы эдс.

55. Соединение обмоток трехфазного генератора звездой и треугольником. Соотношение между линейными и фазными напряжениями.

56. Соединение потребителей энергии звездой. Трех- и четырехпроводная система цепей.

Расчет мощности трехфазной цепи. Значение нулевого провода.

57. Соединение потребителей энергии треугольником. Определение фазных и линейных токов при симметричных и несимметричных режимах работы. Мощность трехфазной цепи.

58. Цепи периодического несинусоидального тока. Причины возникновения несинусоидальных токов. Выражение сложной периодической кривой при помощи ряда Фурье. Виды периодических кривых. Разложение периодических кривых на гармоники.

59. Значение переходных процессов в технике связи. Законы коммутации. Короткое замыкание цепи. Цепи с емкостью и сопротивлением. Постоянная времени цепи.

Графики изменения тока и напряжения цепи. Включение цепи с емкостью и сопротивлением на постоянное напряжение.

60. Магнитный поток, эдс и напряжение катушки с ферромагнитным сердечником. Ток катушки. Потери энергии в сердечнике катушки от вихревых токов и гистерезиса.

Определение эквивалентного синусоидального тока.

61. Полная векторная диаграмма и схема замещения катушки с ферромагнитным сердечником. Последовательное соединение катушки с ферромагнитным сердечником.

62. Общие сведения о трансформаторах. Устройство и принцип действия. Повышающие, понижающие, переходные трансформаторы. Коэффициент трансформации.

63. Режимы работы трансформатора: холостого хода, короткого замыкания, под нагрузкой.

Эквивалентная схема трансформатора.

Список использованных источников

1 Частоедов Л.А. Электротехника. – М.: Высшая школа, 1999.

2 Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника.- -М.: Высшая школа, 1990.

3 Попов В.С. Теоретическая электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

Похожие работы:

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет Кафедра литейных процессов и конструкционных ма...»

«Утверждаю Министр охраны окружающей среды Республики Казахстан от 5 ноября 2010 г. №280-п Система нормативных документов по охране окружающей среды Руководящий нормативный документ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАН...»

«Интервью в журналистике: как это делается Предисловие Санкт-Петербургский государственный университет Институт "Высшая школа журналистики и массовых коммуникаций" С. Н. Ильченко Интервью в журналистике: как это делается Учебное пособие Санкт-Петербург 1 Теория ББК 76.01-923 И48 Печатается по постановлению Ред...»

«Communication Campaigns Everett M. Rogers J. Douglas Storey (Handbook of Communication Science) КОММУНИКАЦИОННЫЕ КАМПАНИИ Эверетт M. Роджерс Дж. Даглас Стори (Учебное Пособие По Науке О Коммуникации) Данная глава обобщает все ранее изученное в области поведения людей в процессе коммуникации, начина...»

«Berimbau Путь к сердцу через Беримбу 2008 г. От автора Основную ценность учебное пособие представляет в первую очередь для тех, кто занимается капоэйрой, поскольку умение капоэйриста играть на берим...»

«Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина УНИВЕРСАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ Описание и методические указания Казань 1996 РАЗДЕЛ 4. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА. 4.1. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ВОЛН ( БИПРИЗМА ФРЕНЕЛЯ ). В наборе имеется бипризма с углом между преломляющими гранями 179°20', изготовленная из вещ...»

«Закрытое акционерное общество "Вектор-Бест" В.К. Старостина С.А. Дёгтева ХОЛИНЭСТЕРАЗА: МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Информационно-методическое пособие Новосибирск Холинэстераза: методы анализа и диагностическое значение: информационно-методическое пособие / В.К. Старостина, С.А. Дегте...»

«ЛЕЧЕНИЕ ДИАРЕИ Учебное пособие для врачей и других категорий медработников старшего звена Учебное пособие для врачей и других категорий медработников старшего звена Департамент здоровья и развития детей и подростков ...»

«r\ A.H. Семёнов B.В. Семёнова текста Часть II (Русская литература) \и Л.Н. Семёнов, В. В. Семёнова Концепт средства массовой информации в структуре художественного текста Часть II (Русская литература) Учебное пособие Сан ктП етербург ОМ SL Cl Ч, U ЛИТЕРАТУРНЫЙ ФОНД _...»

«Задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению В соответствии с учебным планом специальностей 080105.65 и 080502.65 выполнение контрольной работы является допуском к экзамену (зачету). Контрольная работа представляет собой решение ко...»

«ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ "ПЕРВЫЙ МОСКОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС" (ГБПОУ "1-й МОК") МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ по программе подготовки...»

«ЗАДАЧИ И ЗАДАНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ СВОЙСТВАМ АВТОМОБИЛЯ Методические указания к решению практических задач и выполнению самостоятельной работы Омск 2013 Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО "СибАДИ" Кафедра организации и безопасности движения ...»

«ОГ.Богаткин, Г. Г.Тараканов УЧЕБНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ Методические указания и-.прил ожегши Допущено Государственным комитетом СССР по народному образованию в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности "Метеорология" ЛЕНИНГРАД ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ...»

«МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ Академия Государственной противопожарной службы Д.В. Поповский, В.Ю. Охломенко БОЕВАЯ ОДЕЖДА И СНА...»

«ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИКИ НАЧАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ В ГРЕКО-РИМСКОЙ БОРЬБЕ Омск 2009 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" Кафедра физвоспитания ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИКИ НАЧАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ В ГРЕКО-РИМСКОЙ БОРЬБЕ Методические ук...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.