Перечень практических занятий

Перечень лабораторных работ

(нумерация лабораторныхработ соответствует программе)

1. Правила безопасности в лаборатории. Подбор аппаратуры и контрольно-измерительных приборов для заданных условий работы. Сборка простейших последовательных и параллельных цепей.

2. Проверка закона Ома для участка цепи постоянного
тока.

3. Исследование режимов работы источника электрической энергии.

4. Проверка законов Кирхгофа для электрической цепи постоянного тока.

5. Исследование цепи постоянного тока с последовательным и параллельным соединением резисторов.

6. Исследование цепи постоянного тока со смешанным
соединением резисторов.

7. Определение баланса мощности и электрического кпд
цепи постоянного тока.

8. Определение потери напряжения и кпд линии электропередачи постоянного тока.

9. Проверка закона электромагнитной индукции.

10. Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением активного иреактивного элементов.

11. Исследование цепи переменного тока с параллельным соединением активного иреактивного элементов.

12. Исследование резонанса напряжений.

13. Исследование резонанса токов.

14. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников энергии звездой.

15. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников энергии треугольником.

Перечень практических занятий

1. Расчет сложных электрических цепей постоянного тока.

2. Расчет трехфазной цепи переменного тока.

3. Расчет цепей переменного тока символическим методом.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Частоедов Л. А. Электротехника. М:., Высшая школа, 2014.

2.Буртаов Ю. В., Овсянников П. Н. Теоретические основы электротехники (Учебник для техникумов). М:. Энергоатомиздат, 2008.

3. Зайчик М. Ю. Сборник задач и упражнений по теоретической электротехнике (Учебник для техникумов). М., Энергоатомиздат, 2010.

4.Цейтлин Л. С. Руководство клабораторным работам по ТОЭ.
Учебное пособие для электротехнических специальностей техникумов. М.,
Высшая школа, 2010.

5.Бурдуи Г. Д. Справочник по международнойсистеме единиц.
Изд. стандартов, 2010.

Общие указания к выполнению и оформлению домашних контрольных работ

1. Каждый учащийся выполняет контрольные работы по
определенному варианту в соответствии со своим шифром
в сроки, указанные в учебном графике, после изучения теоретического материала.

2. Каждая контрольная работа выполняется в отдельной
ученической тетради вклетку, условия задач переписываются полностью. Формулы ирасчеты пишутся чернилами, тщательно и аккуратно, без помарок. С одной стороны каждого
листа необходимо оставлять поля шириной не менее 3 см
для замечаний рецензента. При оформлении контрольной работы учащийся не должен пользоваться красными чернила
ми или пастой, что затрудняет работу рецензента.

3. Приступая к решению задачи, учащийся должен изучить ее условие; выяснить, какие величины являются заданными икакие искомыми, сделать краткую запись условия
задачи; составить и вычертить электрическую схему, соответствующую условию задачи, и показать на ней заданные и
искомые величины, а также их направления. Схемы, векторные диаграммы играфики должны выполняться карандашом
с применением чертежных инструментов. При выполнении
схем следует пользоваться условными графическими обозначениями, установленными ГОСТами.

Решение задачи необходимо сопровождать краткими ичеткими пояснениями.

4. Обозначения электрических величин в тексте, в формулах, на векторных диаграммах или графиках, а также на
электрических схемах должны быть одинаковыми и соответствовать ГОСТу. Необходимо обратить внимание на правильную запись буквенных обозначений величин с индекса
ми, например, U_L, U_С, а не UL, UC ит. д.

При решении задач следует пользоваться Международной системой единиц СИ. Буквенныеобозначения единиц
измерения ставятся только возле окончательного результата
и в скобки не заключаются, например, 5 А, 220 В, 600 Вт.

В промежуточныхрасчетах единицы измерения величинуказывать не следует.

В приложении 1 приведены наименования и обозначения величин и единиц измерения в Международной системе единиц СИ.

6. При решении задач нередко приходится иметь дело
с кратными или дольными единицами измерения. Например,
R = 7, 2 МОм ( мегаом ); f = 500 кГц (килогерц); L = 25 мГн
(миллигенри); С = 40 мкФ (микрофарад) ит. д. При расчетах в формулы все величины должны быть подставлены в
единицах, соответствующих Международной системе единиц
СИ. Поэтому нужно знать, что наименование кратных и
дольных единиц образуется путем прибавления соответствующих приставок к наименованиям основных единиц измерения величин. В приложении 2 приведены наименования
этих приставок и их соотношение с основной единицей измерения.

7. Векторные диаграммы играфики должны быть по
строены в масштабе на миллиметровой бумаге пли на бумаге в клетку ииметь размеры не менее 8× 8 см. Принятые
масштабы должны быть указаны.

8. В конце контрольной работы необходимо поставить
подпись идату ее выполнения и указать учебник.

9. В контрольной работе учащийся должен показать:

а) знание основного материала соответствующего раздела программы, а также ранее изученных дисциплин;

б) умение применять полученные знания для решения поставленных вконтрольной работе вопросов и задач;

в) знание электротехнической терминологии и соответствующих ГОСТов;

г) грамотность, а также техническую культуру.

10. После, получения контрольной работы с оценкой изамечаниями преподавателя учащемуся следует повторить не
достаточно усвоенный материал и исправить отмеченные
ошибки. Вес исправления следует выполнить не в тексте
контрольной работы, а в конце тетради, указав номера задач. Незачтенная работа высылается на проверку с повторно
выполненной работой.

По разделу «Электромагнетизм»

1. Магнитное поле и его параметры: магнитная индукция, магнитный поток, напряженность, магнитная проницаемость и ее единицы измерения. Примеры магнитных полей.

2. закон постоянного тока. Магнитное напряжение. Намагничивающая сила.

3. магнитное поле прямолинейного проводника с током. Графическое изображение магнитного поля. Определение величины и направление вектора магнитной индукции в любой точке поля.

4. Магнитное поле кольцевой и цилиндрической катушек. Графическое изображение магнитного поля кольцевой
и цилиндрической катушек. Определение величины и направления вектора магнитной индукции точки поля.

5. Электромагнитная сила, действующая на проводник
с током в магнитном поле. Взаимодействие токов, проходящих по параллельным проводам.

6. Действие магнитного поля на проводник с током. Практическое использование этого явления. Электромагнитная
сила, определение величины инаправления.

7. Действие магнитного поля на рамку с током. Принцип действия электродвигателя постоянного тока. Механическая мощность.

8. Намагничивание ферромагнитных материалов. Кривая
намагничивания. Магнитная проницаемость ферромагнитных
материалов.

9. Циклическое перемагничивание, магнитный гистерезис,
потери, энергии от гистерезиса. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Их применение.

10. Понятие о расчете магнитных цепей.

11. Постоянные магниты, электромагниты. Энергия магнитного поля.

12. Явление электромагнитной индукции при движениипроводника в магнитном поле. Величина и направление э.д.с.

13. Преобразование механической энергии в электрическую. Электрический генератор.

14. Вихревые токи, их практическое применение. Потери
энергии от вихревых токов.

15. Правило Ленца. Явление самоиндукции, величина
э.д.с. самоиндукции. Бифилярная намотка.

16. Индуктивность, единицы ее измерения. Индуктивность прямой и кольцевой катушек.

17. Явление взаимоиндукции. Величина и направление э.д.с. взаимоиндукции. Коэффициент связи.

18. Согласное ивстречное включение катушек индуктивности.

Вопросы для самопроверки при подготовке к экзамену

По разделу «Электростатика»

1. Краткий исторический обзор развития электрификации страны.

2. Закон Кулона. Абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, электрическая постоянная, относительная диэлектрическая проницаемость среды.

3. Электрическое поле, его физическая сущность, силовые линии электрического поля.

4. Напряженность электрического поля в заданной точке.
Напряженность электрического поля нескольких точечных заряженных тел. Однородные и неоднородные поля.

5. Потенциал электрического поля в заданной точке.
Эквипотенциальные поверхности, их примеры.

6. Электрическое напряжение. Зависимость между напряжением и напряженностью в однородном электрическом поле.

7. Проводники в электрическом поле. Электростатическая
индукция.

8. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектрика, пробой, электрическая прочность.

9. Электрическая емкость проводника, единица измерения.

10. Конденсаторы, обозначение на схемах. Определение
емкости плоского конденсатора.

11. Энергия электрического поля.

12. Последовательное соединение конденсаторов.

13. Параллельное соединение конденсаторов.

14. Соединение конденсаторов в батарею (смешанное).

Порядок расчета

1. Согласно варианту вычертить схему и выписать параметры электрической цепи.

Проанализировать схему (рис.1.): в цепи 2 узла, 3 ветви, в которых протекает 3 разных тока, следовательно, для расчета цепи необходимо составить 3 уравнения.

2. В каждой ветви задаться направлением тока.

3. Составить уравнение по первому закону Кирхгофа. Можно составить n-1 уравнение (где n – количество узлов). В данном случае n-1=1.

4. Недостающие уравнения составить с использованием второго закона Кирхгофа, задавшись направлением обхода контуров (стрелки штриховой линией):

5. Поставить в уравнение заданные значения э.д.с. и сопротивлений, решить систему уравнений и определить токи в каждой ветви:

Из уравнения [2] .

Из уравнения [3]

Полученные выражения подставим в уравнение [1]:

Все токи получились с плюсом, следовательно, направление их в начале решения (п.2.) выбрано правильно.

Обозначить силу тока на исходной схеме.

6. Составить баланс мощностей.

Мощность источников энергии

Мощность потребителей энергии:

Мощность потерь в источниках энергии

Баланс мощностей в цепи:

Баланс мощностей показывает, что цепь рассчитана правильно.

Вывод: сформулировать законы Кирхгофа, пояснить их роль в расчете электрических цепей.

Метод контурных токов.

Цель работы: электрическую цепь из предыдущей работы рассчитать методом контурных токов, сравнить результаты и сделать вывод.

Порядок расчета

1) Разбить цепь (рис.2.) на независимые контуры и в каждом из них задаться направлением расчетного контурного тока. В данной цепи два независимых контура, следовательно, и два контурных тока – I_к1 и I_к2.

2) Для каждого контура составить уравнение по второму закону Кирхгофа:

3) Подсчитать заданные значения э.д.с. и сопротивлений, решить систему уравнений и определить расчетные контурные токи:

Из уравнения [2]:

Полученное выражение подставить в уравнение [1]:

4) Определить реальные токи в каждой ветви и нанести их на схему:

Направление реальных токов I₁ и I₃ совпадает с направлением контурных токов I_к1 и I_к2, а ток I₂ направлен в сторону большего контурного тока I_к2, т.е. от узла Б к узлу А.

5) Проверку сделать по второму закону Кирхгофа для того контура, который не использовался при составлении расчетных уравнений. Уравнение для внешнего контура:

Следовательно, цепь рассчитана правильно.

Вывод: сравнить этот и предыдущий методы расчета и результат.

Метод наложения.

Цель работы: цепь, рассчитанную в двух предыдущих работах, рассчитать методом наложения, сравнить результат.

Содержание работы

Сущность метода наложения заключается в том, что ток в каждой ветви электрической цепи (рис.3.) определяется как алгебраическая сумма частичных токов, создаваемых в этой ветви каждым из источников энергии в отдельности.

Порядок расчета

1. Рассчитать частичные токи, создаваемые в ветвях источников Е₁. При этом источник Е₂ удаляется, но его R_i₂ в цепи остается (рис.3.2).

1.1.Эквивалентное сопротивление цепи определить методом «свертывания цепи» (рис.3.3. и 3.4.).

1.2.Частичные токи, создаваемые источником Е₁:

2. Рассчитать частичные токи, создаваемые в ветвях источником Е₂, аналогично удалив из цепи Е₁ и оставив только его внутреннее сопротивление R_i₁ (рис.3.5).

2.1.Постепенно упростить схему (рис.3.6, 3.7 и 3.8) и определить эквивалентное сопротивление цепи:

2.2.Частичные токи, создаваемые источником Е₂,

3. Определить реальные токи в каждой ветви и нанести на исходную схему:

4. Проверку сделать составлением уравнения по второму закону Кирхгофа для любого из контуров:

Расчет цепи сделан правильно.

Вывод: сравнить метод наложения с другими методами расчета сложных цепей.

Метод узлового напряжения

Цель работы: заданную ранее сложную цепь рассчитать методом узлового напряжения; повторить методику расчета простой электрической цепи.

Порядок расчета

1. Рассчитать заданную цепь методом узлового напряжения.

1.1. Проводимость каждой ветви электрической цепи (рис.4.):

1.2. Напряжение между узлами А и Б:

1.3. Реальные токи в каждой ветви рассчитать и нанести на схему:

2. Сравнить токи в ветвях с результатами, полученными в предыдущих работах.

Пример 3.

Кольцевая катушка намотана на каркасе из немагнитного материала. Средний радиус сердечника R_ср=2, 2 см.

Напряженность магнитного поля по средней магнитной линии катушки Н=3617 А/м; ток в катушке I=10 А.

Определить число витков катушки w и магнитную индукцию В по средней линии катушки. Начертить катушку и, задавшись направлением тока в ней, показать направление векторов В и Н.

Решение.

1. Вычертить схему кольцевой катушки (рис. 5.); задаемся направлением тока в катушке и, применяя правило буравчика, определяем направление магнитной силовой линии, имеющей радиус R_ср, это же направление будут иметь вектора В_ср и Н_ср на осевой (средней) линии катушки (в любой точке осевой магнитной линии они направлены по касательной к ней).

2. Индукция магнитного поля по средней линии катушки

В_ср=µ∙ µ_о∙ H_ср=1∙ 4∙ π ∙ 10^-7∙ 3617=4, 54∙ 10^-3 Тл,

где µ_о =4∙ π ∙ 10^-7 – магнитная постоянная;

µ=1 – относительная магнитная проницаемость немагнитного материала сердечника катушки.

3. Число витков катушки w найдем из формулы напряженности магнитного поля по средней магнитной линии

Пример 1.

В цепи переменного тока с частотой f=50 Гц и напряжением U последовательно включены несколько активных и реактивных элементов.

Начертить схему цепи. Определить реактивные Х_L и Х_С и полное сопротивление Z, ток I и коэффициент мощности cos φ; активную мощность Р, реактивную Q и полную S мощности цепи.

Построить в масштабе М_U=20 В/см векторную диаграмму напряжений и тока, предварительно определить активные и реактивные составляющие напряжения.

Дано:

U=150 В; R₁ = 5 Ом; R₂=15 Ом; L₁=19, 1 мГн; L₂=15, 9 мГн; С₂=159, 2 мкФ; С₃=238 мкФ; М_U=20 В/см.

Определить:

, , , , , I, cos φ, P, Q, S.

Решение.

1. Схема цепи (рис.6.)

2. Реактивное сопротивление

;

где угловая частота

3. Полное сопротивление цепи

4. Токи цепи

5. Коэффициент мощности цепи и sin φ.

Знак « – » говорит о преобладании емкостного сопротивления.

6. Мощность цепи:

полная S = U · I = 150 · 5 = 750 Вт;

активная P=U · I · cos φ = S · cos φ = 750·0, 67 = 500 Вт;

реактивная Q = U·I· sin φ = S· sin φ = 750·(–0, 779) = –584, 25 вар.

Знак « – » говорит о емкостном характере результирующей реактивной мощности цепи, т.е. Q = Q₀ =584.25 вар.

7. Для построения векторной диаграммы находим активные и реактивные составляющие напряжения:

;

8. Строим векторную диаграмму токов и напряжений в масштабе M_U=20 В/см.

Пример 3.

Для цепи, рассмотренной в примере 2, найти, какой должна стать для возникновения резонанса напряжений емкость цепи С₀.

Пи режиме резонанса напряжений определить: полное сопротивление цепи Z₀; ток I₀; падение напряжений на суммарном активном, индуктивном и емкостном сопротивлениях , , ; коэффициент мощности cos φ ₀; активную мощность Р₀, реактивную Q₀ и полную S₀ мощности цепи.

Для режима резонанса напряжений построить векторную диаграмму токов и напряжений в масштабе М_U=20 В/см.

В примере 2 было дано:

U=150 В; R₁ = 5 Ом; R₂=15 Ом; L₁=19, 1 мГн; L₂=15, 9 мГн; С₂=159, 2 мкФ; С₃=238 мкФ; М_U=20 В/см.

Найдено:

, , , .

Найти:

С₀, ₀, I₀, cos φ ₀, P₀, Q₀, S₀, , , .

Решение.

1. Дав определение резонанса напряжений в цепи и разобрав формулы ω ₀, f₀, С₀, L₀, начертим вновь схему цепи (рис.6.).

2. Найдем, какая должна быть емкость цепи С₀, чтобы в цепи возник резонанс напряжений. Согласно условию возникновения резонанса напряжений суммарное емкостное сопротивление должно стать равным суммарному индуктивному:

3. Тогда резонанс напряжений возникает, если емкость цепи остается равной:

или , где L=L_l+L₂=19, 1+15, 9=35 мГн – суммарная индуктивная емкость цепи.

4. Для режима резонанса напряжений полное сопротивление цепи:

5. Ток в цепи:

6. Коэффициент мощности цепи и углом сдвига фаз.

7. Мощность цепи:

полная S₀ = U · I₀ = 150 ·7, 5 = 1125 Вт;

активная P₀=U · I₀ · cos φ ₀ = S₀ · cos φ ₀ = 1125·1 = 1125 Вт;

реактивная Q = S₀· sin φ ₀ = 0.

8. Падение напряжений:

;

9. Векторная диаграмма при резонансе токов и напряжений в масштабе M_U=20 В/см.

Пример 4.

Для исходных данных примера 2 найти индуктивность L₀, при которой в цепи возникнет резонанс напряжений.

Согласно условию резонанса напряжений, суммарное индуктивное сопротивление должно стать равным суммарному емкостному сопротивлению

Тогда искомая индуктивность

или

Дальнейший расчет для условий резонанса напряжений и построение векторной диаграммы аналогичны соответствующей части расчетов примера 3 и векторной диаграмме рис. 8.

Пример 5.

Для исходных данных примера 2 найти частоту колебаний f₀, при которой в цепи возникнет резонанс напряжений.

Частота , где L=L₁+L₂=19.1+15.9=35 мГн – суммарная индуктивность цепи;

Угловая частота ω ₀=2· π · f₀=2· 3, 14· 87, 14=547, 2 рад/с.

При этой частоте значение суммарного индуктивного и результирующего емкостного сопротивлений равны:

Пример 6.

/Схема «звезда», несимметричная нагрузка фаз/.

В трехфазную четырехпроводную сеть напряжением U_Л=220 В звездой включены три резистора (рис. 9.) Сопротивление резисторов: R_А = 10 Ом; R_В = 15 Ом; R_С = 20 Ом. Определить фазное напряжение U_Ф; фазные I_Ф и линейные I_Л токи; активную мощность всех трех фаз. Выбрать масштабы М_U и М_I и построить векторную диаграмму токов и напряжений. Графики /из векторной диаграммы/ определить ток в нейтральном /нулевом/ проводе I₀.

Рис 9.

Дано:

U_Л=220 В; R_А = 10 Ом; R_В = 15 Ом; R_С = 20 Ом.

Определить:

U_Ф, I_Ф, I_Л, P, I₀.

Решение.

1. Поскольку заданна трехфазная четырехпроводная система, т.е. есть нулевой провод, то фазные напряжения

2. Ток фаз /они же линейные/

3. Активная мощность трех фаз

4. Построение векторной диаграммы (рис.10).

Выберем масштаб: М_U= 30 В/см и М_I=4 А/см.

Длинны векторов фазных напряжений в масштабе М_U= 30 В/см:

Длинны векторов фазных токов в масштабе М_I=4 А/см:

Векторы фазных токов совпадают с векторами соответствующих фазных напряжений, т.к. нагрузка фаз – активная.

5. Вектор тока в нейтральном (нулевом) проводе согласно первому закону Кирхгоффа равен сумме векторов фазных токов, т.е.

Сложение векторов фазных токов и построение вектора I₀ выполнено на векторной диаграмме (рис. 10.) Величину тока I₀ находим, измерив длину его вектора и пользуясь масштабом:

Рис. 10.

Пример 7.

/Схема «треугольник», несимметричная нагрузка фаз/.

В три группы осветительных ламп соединены треугольником и питаются от трехфазной сеть напряжением U_Л=200 В (рис. 11.) Сопротивление фаз равны: R_АВ = 10 Ом; R_ВС = 20 Ом; R_СА = 25 Ом. Определить фазное напряжение U_Ф; фазные токи; активную мощность всех ламп. Выбрать масштабы М_U и М_I и построить векторную диаграмму токов и напряжений. Графики /по векторной диаграмме/ определить значение линейных токов I_А, I_В, I_С.

Дано:

U_Л=200 В; R_АВ = 10 Ом; R_ВС = 20 Ом; R_СА = 25 Ом.

Определить: U_Ф, I_Ф, I_Л, Р.

Решение.

1. При соединении треугольником фазное напряжение равно линейному, т.е.

2. Фазные токи

3. Активная мощность всех ламп

4. Построение векторной диаграммы (рис.12).

Выберем масштаб: М_U= 40 В/см и М_I=5 А/см.

Длинны векторов фазных напряжений в масштабе М_U= 40 В/см:

Длинны векторов фазных токов в масштабе М_I=5 А/см:

Векторы фазных токов совпадают с векторами фазных напряжений, т.к. нагрузка фаз – активная. Векторы линейных токов, равные разности соответствующих фазных токов:

получаем, соединив концы векторов фазных токов (рис. 12).

5. Величины линейных токов находим, измерив на векторной диаграмме длинны их векторов и умножив на масштаб:

Задания на контрольную работу 1

Задача 3

Дана электрическая схема, параметры, которой заданы, рассчитайте параметры цепи, согласно вашему варианту с помощью законов Кирхгофа и узлового напряжения.

вариант

схема

Е₁, В

Е₂, В

Е₃, В

R₀₁, Ом

R₀₂, Ом

R₀₃, Ом

R₁, Ом

R₂, Ом

R₃, Ом

R₄, Ом

R₅, Ом

R₆, Ом

найти

---

I₄, U₅, P₃

---

I₃, U₄, P₅

---

I₁, U₂, P₃

---

I₄, U₅, P₆

---

I₄, U₅, P₃

---

I₃, U₄, P₅

---

I₄, U₅, P₃

---

I₄, U₅, P₃

---

I₁, U₅, P₃

---

I₂, U₅, P₆

---

I₄, U₂, P₃

---

I₁, U₅, P₃

---

I₄, U₅, P₃

---

I₄, U₅, P₆

---

I₄, U₅, P₃

---

I₃, U₄, P₅

---

I₁, U₂, P₃

---

I₄, U₅, P₆

---

I₄, U₅, P₃

---

I₃, U₄, P₅

---

I₄, U₅, P₃

---

I₄, U₅, P₃

---

I₁, U₅, P₃

---

I₂, U₅, P₆

---

I₄, U₂, P₃

---

I₁, U₅, P₃

---

I₄, U₅, P₃

---

I₄, U₅, P₆

---

I₄, U₅, P₃

---

I₃, U₄, P₅

схема 1	схема 2
схема 3	схема 4
схема 5	схема 6
Схема7	Схема8
Схема 9	Схема10
Схема 11	схема 12

Задача 2 Дана электрическая схема, параметры, которой заданы, рассчитайте параметры цепи, согласно вашему варианту.

12 3 4 Следующая ⇒