Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
РАЗДЕЛ 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ ⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7
СОДЕРЖАНИЕ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Студенты специальности изучают дисциплину общепрофессионального цикла «Основы электротехники» на 2 курсе. При освоении дисциплины студенты знакомятся с процессами происходящими в электрических цепях постоянного и переменного тока; изучают устройство и принципы действия электроизмерительных приборов, электрических машин и трансформаторов; полупроводниковых приборов и устройств. Данное пособие состоит из четырех разделов: · Общие методические указания · Содержание учебной дисциплины · Методические указания по дисциплине · Задания для самостоятельной работы Общие методические указания включает требования и указания по выполнению, оформлению и оцениванию самостоятельных работ. Содержание учебной дисциплины включает непосредственно содержание дисциплины с вопросами для самопроверки по каждой теме, список рекомендуемых источников информации. Методические указания по дисциплине содержат методические указания и примеры решения типовых задач, а также варианты контрольных работ. Задания для самостоятельных работ содержат варианты самостоятельных работ, а также ссылки на решения типовых задач. Каждое задание составлено в 10 вариантах и состоит в решении задач расчетного и расчетно-графического характера. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Для студента-заочника основным методом изучения предмета является самостоятельная работа с учебником. Учеба должна быть систематической и проводиться по индивидуальному плану, составленному самим заочником в соответствии с учебным графиком. Изучая каждый раздел программы, необходимо понять физическую сущность явлений, усвоить основные понятия об электрических величинах, а так же закономерности, определяющие связь и зависимостьмежду ними, научитьсяпроизводить расчеты. Нельзя ничего оставлять непонятным при изучении предмета; если самому преодолеть затруднения не удается, необходимо обратиться за консультацией к преподавателю. Серьезное внимание должно быть уделено вопросам для самопроверки, а так же разбору решений типовых задач, помещенных в настоящем пособии (см. методические указания с примерами решения типовых задач)
Цель контрольной работы Целью контрольной работы является развитие у студентов самостоятельного творческого мышления в области теории и расчета электромагнитных и электромеханических преобразователей энергии. Знание и понимание предмета, умение применять свои знания на практике, а главное, самостоятельное творческое мышление студента наиболее полно выявляется при решении им специально подобранных задач. Поэтому для каждого студента умение решать задачи является одним из главных требований при изучении дисциплины. К решению каждой задачи контрольной работы следует приступать только после изучения соответственного раздела теоретического курса в объеме учебной программы по одному из рекомендованных в ней источников информации. Перед самостоятельным решением задачи контрольного задания рекомендуется разобрать ход решения нескольких типовых задач. При таком подходе к изучению дисциплины знание и понимание предмета трансформируется в специфическое сознание и развивается самостоятельное аналитическое творческое мышление. Требования к выполнению и оформлению контрольной работы. Студенты заочного отделения специальности 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений выполняют одну домашнюю контрольную работу. Вариант контрольной работы определяется первой буквой фамилии и последней цифрой номера личного дела (шифра) студента. Например: студент Соколов И. П. имеет номер личного дела 356. Его вариант С/6. По первой букве фамилии в таблице 1 находит номера задач, которые он должен решать: для контрольной работы это будут задачи 2, 7, 12, 17, 21. Таблица 1
Студенты дневного отделения выполняют конкретные задания по указанию преподавателя Контрольная работа выполняется в отдельной ученической тетради в клетку или на листах формата А4 на обложке должны быть написаны: название контрольной работы, фамилия, имя, отчество студента На каждой странице должны быть оставлены поля шириной не менее 3 см. для замечаний рецензента, а в конце работы 2-3 страницы для рецензии и работы над ошибками. При оформлении контрольной работы студент не должен пользоваться красными или зелеными чернилами или пастой. Приступая к решению задачи, студент должен изучить ее условие; уяснить, какие величины являются заданными и какие искомыми; записать условие задачи полностью без сокращений; вычертить электрическую схему, соответствующую условию задачи, и показать на ней заданные и искомые величины, а также направление токов. Контрольное задание выполняется чернилами, графическая часть задания (схемы, кривые, векторные диаграммы) – карандашом с применением чертежных инструментов. При выполнении схем необходимо пользоваться условными графическими обозначениями, установленными ГОСТами. Решение задач должно сопровождаться краткими пояснениями. Текст, формулы, числовые выкладки должны быть четкими без помарок. Цифровая подстановка в уравнении должна даваться один раз без промежуточных сокращений и расчетов. Численное значение каждого символа должно обязательно занимать то же место в формуле, что и сам символ. Все расчеты необходимо вести в системе СИ. Буквенные обозначения единиц измерения ставятся только возле окончательного результата и в скобки не заключаются, например, 120В, 13А, 100Вт. В конце контрольной работы необходима подпись автора и дата выполнения работы и список литературы, которым пользовался студент при выполнении домашней контрольной работы. Если контрольное задание не зачтено, студент обязан исправить ошибки, указанные преподавателем, и представить его на повторную рецензию. При возникновении затруднений при выполнении контрольной работы, студент может обратиться в техникум, для получения консультации. Контрольная работа, выполненная не в полном объеме, не по заданному варианту, небрежно, неразборчивым почерком возвращаются студенту без рецензии, с указанием причин возврата на титульном листе.
Рекомендуемые источники информации:
Основные источники: 1. Морозова Н.Ю. Электротехника и электроника: учебник /Н.Ю. Морозова. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. -256с. 2. Зайцев В.Е. Электротехника. Энергосбережение, электротехнология и электрооборудование строительных площадок: учебное пособие / В.Е. Зайцев, Т.А. Нестерова. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. -128 с.
Дополнительные источники: 3. http: //elektroinf.narod.ru/ Библиотека электроэнергетика 4. http: //www.elektroshema.ru/ Электричество и схемы 5. http: //city-energi.ru/about.html Все о силовом электрооборудовании - описание, чертежи, руководства по эксплуатации 6. www.ElectricalSchool.info Школа для электрика. Статьи, советы, полезная информация по устройству, наладке, эксплуатации и ремонту электрооборудования 7. Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника: учебн. пособие / Ф.Е. Евдокимов. - М.: Энергия, 2007. - 352с. 8. Кацман М.М. Электрические машины: справочник / М.М. Кацман. - М.: Aкадемия, 2008. - 496с. 9. Кацман М.М.Сборник задач по электрическим машинам: учебн. пособие / М.М. Кацман. - М.: Aкадемия, 2007. - 164с. 10. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники: учебн. пособие / И.А. Данилов, П.М. Иванов. - М.: Мастерство, 1998. - 752с. 11. Березкина Т.Ф. Задачник по общей электротехнике с основами электроники: учебн. пособие / Т.Ф. Березкина, Н.Г. Гусев, В.В. Масленников. - М.: Высшая школа, 1998. - 384с. 12. Иванов И.И.. Электротехника. Основные положения, примеры, задачи: учебник / И.И. Иванов, А.Ф. Лукин, Г.И. Соловьев. - СПб.: Издательство «Лань». – 2004. - 193с. 13. Кацман М.М. Электрические машины / М.М. Кацман.- М.: Aкадемия, 2005, 367с. 14. Панфилов В.А. Электрические измерения: учебн. пособие /В.А. Панфилов. - М.: Aкадемия, 2008. - 288 с. 15. Панфилов Ю.И. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях./ Ю.И. Панфилов. - М.: Издательство ДОДЭКА, 1999. - 304с. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ВВЕДЕНИЕ
Определение электротехники как отрасли науки и техники, решающей задачи преобразования и передачи энергии и информации. Этапы развития электротехники. Сведения о содержании предмета. Значение электротехнической подготовки в формировании материалистического мировоззрения специалистов среднего звена и в освоении ими современной техники и передовой технологии.
ТЕМА 1.2 МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ
Магнитное поле: основные понятия и величины. Магнитные свойства вещества. Характеристика магнитных материалов. Магнитные цепи. Основные законы магнитной цепи. Расчет простейших магнитных цепей. Вопросы для самопроверки 1. Что называется магнитным полем, как оно себя проявляет? 2. Что называется магнитной индукцией? 3. От чего зависит электромагнитная сила, действующая на проводник с током в магнитном поле? 4. Что такое абсолютная магнитная проницаемость среды? 5. Что такое напряженность магнитного поля? 6. Какие материалы относятся к ферромагнитным и как объясняется их 7. Что характеризует кривая намагничивания? 8. В чем сущность магнитного гистерезиса? 9. Чем отличается электромагнит от постоянного магнита?
ТЕМА 2.2 ТРАНСФОРМАТОРЫ
Назначение трансформаторов, их классификация, применение. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора. Режимы работы трансформатора. Потери энергии и КПД трансформатора. Понятие о трехфазных трансформаторах. Понятие о трансформаторах специального назначения (сварочные, измерительные, автотрансформаторы) Вопросы для самопроверки 1. Каково назначение трансформаторов? 2. Что будет, если трансформатор включить в цепь постоянного тока? 3. Что зазывается номинальной мощностью трансформатора? 4. Почему магнитный поток в сердечнике остается практически неизменным при изменении нагрузки? 5. Какие потери мощности возникают в трансформаторе при работе под нагрузкой? 6. Какие схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов Вы знаете? 7. Чему равен КПД мощных силовых трансформаторов?
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Методические указания к решению задач 1…5 Эти задачи относятся к теме " Электрические цени постоянного тока".Решение их требует знания закона Ома, формул мощности, первого закона Кирхгофа, свойств последовательного и параллельного, соединения резисторов. Краткие сведения о перечисленных выше понятиях На рис. 1 изображен резистор, представляющий участок электрической цепи, где: U - электрическое напряжение на резисторе (участке цепи); R - электрическое сопротивление резистора (участка цепи); I - сила тока на резисторе (участке цепи). Рисунок 1 - Электрическая схема
Закон Ома для участка цепи
Между этими электрическими величинами существует строго определенная связь. Она устанавливается законом Ома: Сила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на его зажимах и обратно пропорциональна сопротивлению R этого участка цепи, т.е. , тогда , а, Единицы измерения: тока I - А (ампер), напряжения U- В (вольт), сопротивления R - Ом (ом). Примечание: Единицы измерения всех электрических величин, получивших название в честь ученых, пишутся с прописной (заглавной) буквы. Мощность, потребляемая цепью Мощность - это скорость, с которой происходит преобразование энергии. Для участка цепи, изображенного на рисунке 1, электрическая мощность может быть определена по формулам: ; ; Единица измерения мощности Р - Вт (ватт).
Первый закон Кирхгофа На рис. 2 показана часть электрической схемы с электрическим узлом или точкой разветвления (см. точку А). Это такая точка электрической схемы, где соединены три или большее число проводов (на рис. 2 таких проводов 5).
Рисунок 2 - Электрическая схема
Первый закон Кирхгофа устанавливает соотношение между токами в узле. Он формулируется так: Сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от него. Для узла А можно написать: или так , а в общем виде т. е. алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. При этом токи, направленные от узла, считаются отрицательными.
Последовательное соединение резисторов (рис. 3)
Рисунок 3 - Электрическая схема
Свойства этого вида соединения: 1. На всех резисторах (участках) этой цепи протекает один и тот же ток: 2. Эквивалентное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений ее 3. Напряжение на зажимах цепи равно сумме падений напряжений на ее отдельных резисторах (участках): 4. Мощность, потребляемая цепью, равна сумме мощностей потребляемых каждым из резисторов (участков): При решении задач, содержащих последовательное соединение элементов, следует учитывать не только вышеперечисленные свойства, но и правильно применять закон Ома и формулы мощности, необходимость использования которых может возникнуть как на отдельном участке, так и для всей цепи в целом. Для схемы, изображенной на рисунке 3, они должны быть записаны в виде: Параллельное соединение резисторов (рисунок 4) Рисунок 4 - Электрическая схема
Свойства этого вида соединения: 1. На всех резисторах (участках) такой цепи действует одно и тоже напряжение: 2. Ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов её ветвей (это следует из 1 закона Кирхгофа). 3. Полная (эквивалентная) проводимость цепи равна сумме проводимостей ее резисторов (участков): или 4. Мощность, потребляемая цепью, равна сумме мощностей потребляемых каждым из резисторов (участков): Примечание: · При определении эквивалентного сопротивления трех и большего числа резисторов рекомендуется вначале найти проводимость цепи, а затем ее сопротивление. ; · При определении эквивалентного сопротивления двух резисторов рекомендуется применять формулу: При решения задач, содержащих параллельное соединение элементов, следует учитывать не только выше перечисленные свойства, но и правильно применять закон Ома и формулы мощности, необходимость использования которых может возникнуть как на отдельном участке, так и для всей цепи в целом. Для схемы, изображенной на рисунке 4 они должны быть записаны в виде:
Обратитесь к подобным формулам последовательного соединения. Проанализируйте их. Разберитесь, что в них общего и чем они отличаются друг от друга. Пример 1 Для схемы, приведенной на рисунке 5 и представляющей смешанное соединение сопротивлений, известно, что U = 250 В, R1 = 14 Ом, R2 = 20 Ом, R3 =50 Ом, , R4 =200 Ом, R5 =40 Ом, R6 =15 Ом и R7 =60 Ом. Определить эквивалентное сопротивление R этой цепи, ток I и мощность Р, потребляемые цепью, а так же токи I1 , I2 , I3 , I4 , I5 , I6, I7 ,, напряжения U1 , U2 , U3 , U4 , U5 , U6 , U7 и мощность Р1, Р2, Р3, Р4, Р5, Р6, Р7 на каждом резисторе. Проверьте решение задачи методом баланса мощностей. Перед решением примера 1 необходимо внимательно прочитать общие методические указания к решению задач I... 5 и только после этого приступить к решению. В этом примере и в задачах 1...5 индекс тока, протекающего через резистор, индекс напряжения на нем и индекс мощности, потребляемой резистором, соответствуют индексу резистора. Например, на рисунок 5 резистор R3 характеризуется током I3, напряжением U3, мощностью Р3. Схема электрической цепи, изображенная на рисунке 5, представляет собой смешанное соединение резисторов (оно состоит из последовательных и параллельных соединений элементов схемы), эквивалентное сопротивление такой цепи находится путем постепенного упрощения схемы и " свертывания" её так, чтобы получить одно сопротивление. При расчете токов в отдельных ветвях схему " развертывают" в обратном порядке.
Рисунок 5 - Электрическая схема
Решение 1. Резисторы R3 и R 4 соединены параллельно, поэтому их общее сопротивление: Теперь схема принимает вид, показанный на рисунке 6.
Рисунок 6 - Электрическая схема
На этой схеме выделены буквами три участка (АВ, ВС, СД), которые соединены друг с другом последовательно. 2. Резисторы R2 и R34 (см. рис. 6) соединены последовательно, их общее сопротивление: R2-4 = R2 + R34 = 20 + 40 = 60 Ом. Соответствующая схема приведена на рис. 7
Рисунок 7 - Электрическая схема
3. Резисторы R234 и R5 соединены параллельно, их общее сопротивление Теперь схема цепи примет вид, приведенный на рис. 8.
Рисунок 8 - Электрическая схема 4. Резисторы R6 и R7 соединены параллельно, их общее сопротивление Схема принимает вид, приведенный на рис. 9.
Рисунок 9 - Электрическая схема 5. Находим эквивалентное сопротивление цепи, учитывая, что RAB = R1, рис. 10:
Рисунок 10 - Электрическая схема 6. Для схемы изображенной на рис. 10 нетрудно найти ток, потребляемый цепью, который одновременно является током неразветвленной части цепи. На основании закона Ома 7. Переходя от схемы к схеме в обратном порядке, найдем остальные токи. Так как схема, изображенная на рис. 9, представляет последовательное соединение участковАВ, ВС, СД, то на основании первого свойства этого вида соединения следует, что ; Используя закон Ома, найдем падение напряжения на участках АВ, BC и CD По ходу решения задачи можно проверять правильность ее решения. Так, на основании третьего свойства последовательного соединения следует, что , что соответствует заданному напряжению. Зная напряжения на участках ВС и СД, определим токи в ветвях (см рис. 7) 8. На участке ВС резисторы R2-4 и R3 включены параллельно. На основании первого свойства этого вида соединения следует, что . Применяя закон Ома, находим токи ветвей участка ВС: ; 9.Научастке СД резисторы R6 и R7 также включены параллельно, поэтому и ; На сновании второго свойства параллельного соединения можно убедиться ни этом этапе в правильности решения задачи, применив первый закон Кирхгофа Из схемы (рис. 7) следует, что: и Действительно: и 10. На рис. 8 видно, что на участке ВС верхняя ветвь представляет собой последовательное соединение резисторов R2 и R34 поэтому (cм. первое свойство данного вида соединения). 11. Для определения токов резисторов R3 и R4 предварительно найдем напряжение на резисторе R34 (рисунок 6), которое эквивалентно им Так как резисторы R3 и R4 на реальной схеме (см. рисунок 5) соединены параллельно и , то: ; Проверка: (см. первый закон Кирхгофа и второе свойство цепи с параллельным соединением). 12. При определении токов резисторов на каждом из них, кроме R2, было определено напряжение, что требуется также по условно задачи. Осталось найти напряжение на резисторе R2 . Это можно сделать двумя способами: на основании закона Ома U2 = I2 × R2 = 2-20 = 40 В или на основании третьего свойства последовательного соединения. На участке ВС верхняя ветвь представляет собой последовательное соединение резисторов R2 и R34 (см рис. 6), поэтому UBC = U2 + U34, отсюда U2 = UВС –U34= 120 - 80 = 40 В. Переходим к определению мощности, потребляемой цепью и каждым резистором в отдельности. 13. Мощность, потребляемая цепью Мощности, потребляемые каждым резистором
14 Проверим правильность решения задачи на основании баланса мощностей, а это значит, что Р=Р1+Р2 +Р3+Р4+Р5+Р6 +Р7=350+80+128+32+360+240+60=1250Вт Вывод: Определение мощности цепей на основании баланса мощностей подтверждает значение мощности, полученной по формуле Р = U× I. Значит задача решена правильно. В рассмотренном примере пояснительный текст дан достаточно подробно для того, чтобы студент мог самостоятельно разбираться в решении задач, подобных примеру. При решении задач контрольной работы пояснения следует давать в обязательном порядке, но делать это более кратко. Например, пункт. 6 примера при оформлении может быть записан так: 6) Ток, потребляемый цепью, ; Методические указания к решению задач 6…10 Эти задачи относятся к теме ''Однофазные электрические цепи переменного синусоидального тока". В этих цепях, так же как и в цепях постоянного тока, при решении задач использует закон Ома, первый закон Кирхгофа, формулы мощности, свойства последовательного и параллельного соединений. Однако из-за того, что в переменном токе действует три вида совершенно различных по характеру сопротивлений (активное R, индуктивное ХL и емкостное ХC) форма записи законов изменяется. Иначе устанавливается связь и между однородными электрическими величинами. Так, при последовательном соединении в постоянном токе общее сопротивление было равно арифметической сумме сопротивлений, в переменном токе берется уже геометрическая сумма R, ХL ХC. Геометрически складываются также напряжения и мощности на этих сопротивлениях. На основании закона Ома напряжения на активном, индуктивном и емкостном сопротивлениях могут быть определены по формулам: ; ; При этом следует иметь в виду, что — совпадает по фазе с током, -опережает по фазе ток на 90°, - отстает от тока на 90°. Результирующее напряжение представляет геометрическую сумму напряжении , и . На рисунке 11 представлена векторная диаграмма этих напряжений.
Рисунок 11 - Векторная диаграмма
Результирующее напряжение U, которое является напряжением, подведенным к зажимам цепи, (можно найти не только графически в этом случае диаграмма должна быть построена в масштабе), но и математически, на основании теоремы Пифагора: Если каждое из напряжений на векторной диаграмме (рис.11) разделить на ток I, то получится фигура, подобная векторной диаграмме, которая будет называться треугольником сопротивлений (рис 12) т.к. ; ; Рисунок 12 - Диаграмма сопротивлений
Из треугольника сопротивлений следует, что Если каждое из напряжений на векторной диаграмме (рис. 11) умножить на ток I, то получится фигура, подобная векторной диаграмме, которая будет называться треугольником мощностей (рис 13), т. к. ; ; Рисунок 13 - Диаграмма мощностей
Из треугольника мощностей следует, что Используя закон Ома для каждого элемента цепи ток можно найти по формулам: ; ; ; ; ; ; или Из треугольника мощностей (рис 13) так же следует, что или или , где - результирующая реактивная мощность Анализируя векторную диаграмму напряжений (рис. 11), треугольник сопротивлений (рисунок 4), треугольник мощностей (рис. 13), можно сделать вывод что при UL > UC (ХL> ХC) результирующий вектор напряжения U опережает вектор тока I на угол φ < 90°, а при UL < UC (ХL < ХC) результирующий вектор напряжения отстает от вектора тока на угол φ. cosφ = P/S - называется коэффициентом мощности Особенности расчета цепи при другой комбинации элементов схемы. При отсутствии одного из реактивных сопротивлений все электрические параметры определяются по вышеприведенным формулам. При этом из них нужно исключить параметры с индексом отсутствующего элемента.
Рисунок 14 - Электрическая схема
На рисунке 6 изображена цепь с последовательным соединением R и XL, элемент XС отсутствует, поэтому ; ; ; ; ; ;
Рисунок 15 - Электрическая схема
; ; ; ; ; . Векторная диаграмма, треугольник сопротивлений и треугольник мощностей будут иметь вид, изображенный на рисунке 16
Рисунок 16 - Векторная диаграмма
Пример 2 На рисунке 17 в однофазную электрическую цепь переменного синусоидального тока напряжением U=50В включены активные R1=9Ом и R2=11Ом и реактивные элементы, обладающие сопротивлениями ХL = 12Ом, XC =27Ом. Определить: ток I в цепи; напряжение на каждом элементе цепи; активные, реактивные и полное сопротивления; угол сдвига фаз между напряжением и током ( по величине и знаку); активные и реактивные мощности элементов; активную, реактивную и полную мощности цепи. Построить в масштабе векторную диаграмму напряжений. После построения диаграммы измерить вектор суммарного напряжения и убедиться в том, что с учетом масштаба его величина равна напряжению, подведенному к зажимам цепи
Рисунок 17 - Электрическая схема
Решение 1. Определяем полное сопротивление цепи 2. Определяем ток цепи 3. Определяем падение напряжения: на активном сопротивлении R1 на активном сопротивлении R2 на индуктивном сопротивлении на емкостном сопротивлении 4. Определяем угол сдвига фаз между напряжением и током ; 5. Определяем активную мощность цепи 6. Определяем реактивную мощность цепи 7. Определяем полную мощность цепи 8. Построение векторной диаграммы начинаем с выбора масштаба для тока и напряжения. Задаемся масштабом по току и по напряжению ; Здесь и - масштабные коэффициенты. Они показывают, сколько ампер или вольт содержится в 1 см. Масштаб можно задавать и графически (см. рис. 18). Порядок построения От точки 0 горизонтально вправо проводим вектор тока I общий для всей цепи. В выбранном масштабе его длина будет
Рисунок 18 - Векторная диаграмма
Вектор активного напряжения совпадает по фазе с током, угол сдвига фаз между ними равен 0, поэтому откладываем его вдоль вектора тока от точки 0 вправо. В выбранном масштабе его длина будет От конца вектора UR1, откладываем вправо вдоль вектора тока вектор активного напряжения UR2. Его длина будет Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 1700; Нарушение авторского права страницы