Выполнению контрольных заданий

Выполнению контрольных заданий

студентами заочной формы обучения

по дисциплине ОП.03. Электротехника и электроника

ля студентов заочной формы обучения

Специальности:

23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта;

23.02.04 Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям)

08.02.01Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

Чебоксары, 2016 г.

( Составитель: Л.Ф.Алешкина)

Методические указания по выполнению контрольных заданий студентами заочной формы обучения:ОП.03 Электротехника и электроника / Л.Ф. Алешкина - Чебоксары, 2016. - ___ с.

Рецензенты:

Логинов Иван Константинович - преподаватель высшей категории ГАПОУ «Чебоксарский техникум ТрансСтройТех» Минобразования Чувашии

Методические указания по выполнению контрольных заданий разработаны в соответствии ФГОС СПО с рабочей программой дисциплины ОП.03 Электротехника и электроника, которая относится к базовой части подготовки специалистов среднего звена.

Содержат рекомендации по изучению теоретического блока, порядок выполнения практических занятий в виде графических работ, контрольные задания, порядок и образцы их выполнения. Приводятся вопросы и задания для промежуточной аттестации и итогового контроля, а также основные понятия и термины по темам.

Методические указания предназначены студентам всех специальностей отделения заочной формы обучения в помощь для организации самостоятельной работы по изучению материалов курса.

 

 

Рассмотрены и одобрены учебно- методическим объединением преподавателей

МЕХАНИК»

(название УМО)

ГАПОУ «Чебоксарский техникум ТрансСтройТех» Минобразования Чувашии

протокол № ____ от «___» __________ 201_ г.

 

 

Рекомендованы методическим советом ГАПОУ «Чебоксарский техникум ТрансСтройТех» Минобразования Чувашии протокол № __ от «__» _________ 201_ г.

 

© Алешкина Л.Ф., 2016

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Самостоятельная работа при заочной форме обучения является основным видом учебной деятельности. Ваша самостоятельная работа по дисциплине предполагает следующее:

− самостоятельное изучение теоретического материала;

− выполнение практических работ;

− выполнение контрольных работ;

− подготовку к промежуточной аттестации и ГИА.

В помощь Вам предлагаются методические указания и контрольные задания по дисциплине, подготовленные преподавателями техникума.

Методические указания и контрольные задания по дисциплине ОП.03 «Электротехника и электроника» являются частью основной профессиональной образовательной программы по специальностям:

23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта;

23.02.04 Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования;

08.02.01Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

разработанной в соответствии с ФГОС СПО.

Цель изучения дисциплины «Электротехника и электроника» является овладение общими и профессиональными компетенциями в соответствии с ФГОС.

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:

-подбирать устройства электронной техники, электрические приборы и оборудование с определенными параметрами и характеристиками;

- правильно эксплуатировать электрооборудование и механизмы передачи движения технологических машин и аппаратов;

- рассчитывать параметры электрических, магнитных цепей;

- снимать показания и пользоваться электроизмерительными приборами и приспособлениями;

- собирать электрические схемы;

- читать принципиальные, электрические и монтажные схемы;

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:

- классификацию электронных приборов, их устройство и область применения;

- методы расчета и измерения основных параметров электрических, магнитных цепей;

- основные законы электротехники;

- основные правила эксплуатации электрооборудования и методы измерения электрических величин;

- основы теории электрических машин, принцип работы типовых электрических устройств;

- основы физических процессов в проводниках, полупроводниках и диэлектриках;

- параметры электрических схем и единицы их измерения;

- принципы выбора электрических и электронных устройств и приборов;

- принципы действия, устройство, основные характеристики электротехнических и электронных устройств и приборов;

- свойства проводников, полупроводников, электроизоляционных, магнитных материалов;

- способы получения, передачи и использования электрической энергии;

- устройство, принцип действия и основные характеристики электротехнических приборов;

- характеристики и параметры электрических и магнитных полей

 

Содержание дисциплины «Электротехника и электроника» разбито на смысловые блоки (разделы), которые изучаются по темам. Структура каждой темы представлена следующим образом:

· План изучения тем:

· Краткое изложение теоретических вопросов. Наличие тезисной информации по теме сориентирует Вас на ключевые моменты тем, которые необходимо углубить и расширить материалом указанной литературы.

· Практическая работа (если предусмотрена в теме) оформляется в виде контрольной работы. Выполнение практических работ обязательно!

· Вопросы для самоконтроля по теме (ориентированы на вопросы итогового контроля по дисциплине).

· Основные и дополнительные источники по теме. Из всего перечня рекомендованной литературы следует опираться на литературу, указанную как основную, М/У, методические рекомендации по выполнению курсовых работ (при наличии).

 

Для того чтобы Вы успешно прошли итоговую форму контроля, Вам необходимо, помимо освоения теоретического материала выполнить контрольную работу, предусмотренную учебным планом. Для того чтобы получить свой вариант контрольной работы, Вам достаточно обратиться к методисту заочного отделения.

Получив свой вариант контрольной работы, вы должны:

- внимательно ознакомиться с вопросами (теоретическими и практическими) своего варианта;

- подобрать соответствующие учебно-методические пособия, изданные в техникуме, учебную литературу, нормативные и нормативно-правовые документы;

- ознакомиться с подобранной информацией;

- выполнить задания по теоретическим вопросам, составив, в зависимости от задания, конспект, таблицу, схему, план ответа и др.

- провести расчеты, решить задачи, предварительно изучив типовые

образцы по теме, используя учебно-методические пособия, изданные в техникуме;

- оформить работу в соответствии с образцами.

 

Если Вами не освоен теоретический материал или у Вас возникают трудности при выполнении практических работ, а также при выполнении контрольной работы, необходимо обратиться за помощью к преподавателю или попытаться ещё раз самостоятельно с помощью данных М/У пройти весь образовательный маршрут по проблемному разделу. С графиком консультаций, проводимых преподавателем, можно ознакомиться у методиста заочного отделения.

По итогам изучения дисциплины проводится итоговый контроль (Дифференциальный зачет).

Теория

Закон Ома

Пример составления уравнения по закону Ома

Рассмотрим пример решения задачи на составления уравнения по закону Ома для участка линейной электрической цепи с двумя источниками ЭДС.

Пусть в данной электрической цепи направление тока будет из точки "a" в точку "b". Напряжение U_ab Направляется всегда из первой буквы ("a") к последней ("b").

Согласно правилу составления уравнения по закону Ома источник ЭДС E1 берем со знаком "плюс", т.к. его направление (направление стрелочки) совпадает с направлением протекающего тока.

Источник ЭДС E2 берем со знаком "минус", т.к. его направление (направление стрелочки) не совпадает с направлением протекающего тока.

Напряжение U_ab или разность потенциалов φ_a - φ_b берем со знаком "плюс", т.к. его направление совпадает с направление протекающего тока.

Сопротивление R1 и R1 соединены последовательно. При последовательном соединении сопротивлений их эквивалентное значение равно сумме.

В результате составленное уравнение по закону Ома будет иметь вид:

Пусть потенциал в данной задаче потенциал точки "а" равен 10 вольт, потенциал точки "b" = 7 вольт, E1=25 В, E2=17 В, R1=5 Ом, R2=10 Ом. Рассчитаем величину тока:

Плюсы правил Кирхгофа

1. Правила Кирхгофа нашли широкое применение благодаря простой формулировке уравнений и возможности их решения стандартными способами линейной алгебры (методом Крамера, методом Гаусса и др.).

2. Простой и понятный алгоритм составления уравнений

Минусы законов Кирхгофа

1. Большое количество уравнений по сравнению с другими методами.

Первый закон

Первый закон Кирхгофа

Существует множество вариаций данного правила:

• Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю.
• Сумма всех токов, входящих в узел, равна нулю.
• Сумма токов, входящих в узел, равна сумме токов, исходящих из узла.

I1+I2-I3=0

I1+I2=I3

Второй закон

Второй закон Кирхгофа

• Алгебраическая сумма падений напряжений на отдельных участках замкнутого контура, произвольно выделенного в сложной разветвленной цепи, равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре.
• Алгебраическая сумма падений напряжений в замкнутом контуре равна сумме действующих ЭДС в этом контуре. Если в контуре нет источников электродвижущей силы, то суммарное падение напряжений равно нулю.
• Алгебраическая сумма падений напряжения вдоль любого замкнутого контура электрической цепи равна нулю.
• Алгебраическая сумма падений напряжений на пассивных элементах равна алгебраической сумме ЭДС и напряжений источников тока, действующих в этом контуре.

Т.е. падение напряжения на R1 со своим знаком плюс падение напряжения на R2 со своим знаком равно напряжение источника эдс 1 со своим знаком плюс напряжение на источнике электродвижущей силы 2 со своим знаком. Алгоритм расстановки знаков в уравнениях по закону Кирхгофа описан на отдельной странице.

Ur1 - Ur2 = -E1+E2

Ход решения задачи

 

В любой электрической цепи в соответствии с первым законом Кирхгофа алгебраическая сумма токов, направленных к узлу разветвления, равна нулю: , где I_k – ток k-й ветви.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа алгебраическая сумма эдс в любом замкнутом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений в этом контуре:

 

,

 

где – сопротивление участка цепи рассматриваемого контура; – ток в цепи сопротивления .

Метод уравнений Кирхгофа сводится к решению системы уравнений, количество которых равно числу неизвестных токов.

Исходные данные к задаче № 2

Таблица 2.1.

Вариант

Величины

Замкнутые выключатели

, В

, В

, В

, В

, В

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

–

–

–

0,2

0,2

–

–

–

0,8

–

В2, В3, В4

–

–

–

0,2

–

0,2

–

–

0,8

–

В2, В4, В5

–

–

–

0,2

–

–

0,4

–

0,4

0,2

В2, В5, В6

–

–

–

0,2

–

–

–

0,4

0,3

0,4

0,2

В2, В6, В7

–

–

–

–

0,2

–

–

–

0,2

0,4

0,4

В2, В7, В4

–

–

–

–

–

–

–

В3, В4, В5

–

–

0,2

–

–

–

–

1,8

В3, В5, В6

–

–

0,2

–

–

–

–

1,2

1,9

В3, В6, В7

–

–

–

0,2

–

–

–

–

0,8

В3, В7, В5

–

–

0,4

–

–

–

0,4

0,4

–

1,6

1,6

В4, В5, В6

–

–

0,2

–

–

–

–

0,5

1,9

0,8

0,5

В4, В6, В7

–

–

–

0,4

–

–

–

–

1,3

0,6

В4, В7, В6

–

–

0,2

–

–

–

–

0,2

0,4

0,4

В5, В6, В7

–

–

–

0,2

–

–

0,5

–

0,2

0,6

В5, В7, В2

–

–

–

0,2

–

–

–

–

0,4

0,4

В6, В7, В3

–

–

–

0,4

0,2

0,1

–

–

–

0,8

–

В2, В3, В4

–

–

–

0,2

–

0,2

–

–

0,8

–

В2, В4, В5

–

–

–

0,2

–

–

0,4

–

0,4

–

В2, В5, В6

–

–

–

0,2

–

–

–

0,4

0,5

0,2

0,1

В2, В6, В7

–

–

–

–

0,4

–

0,5

–

–

0,4

0,8

0,8

В2, В7, В4

–

–

–

–

–

–

–

В3, В4, В5

–

–

0,2

–

–

–

0,5

–

1,8

В3, В5, В6

–

–

0,2

–

–

–

–

1,8

В3, В6, В7

–

–

–

0,1

–

–

–

0,5

–

0,4

В3, В7, В5

–

–

0,4

–

0,4

–

–

1,6

1,6

В4, В5, В2

При расчете электрических цепей этим методом выбирают условные положительные направления токов, эдс и напряжений на участках цепи, которые обозначают стрелками на схеме, затем выбирают замкнутые контуры и задаются положительным направлением обхода контуров. При этом для удобства расчетов направление обхода для всех контуров рекомендуется выбирать одинаковым (например, по часовой стрелке).

Для получения независимых уравнений необходимо, чтобы в каждый новый контур входила хотя бы одна новая ветвь, не вошедшая в предыдущие контуры, для которых уже записаны уравнения по второму закону Кирхгофа.

Число уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа, необходимое для выполнения расчета данной электрической цепи, равно числу взаимно независимых контуров.

 

Задача № 3
РАСЧЕТ СЛОЖНОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
МЕТОДОМ КОНТУРНЫХ ТОКОВ

Для электрической цепи постоянного тока (рис. 2.1), используя данные, приведенные в табл. 2.1, определить токи … в ветвях резисторов … методом контурных токов, режимы работы источников питания, составить баланс мощностей. Эдс и напряжения источников, сопротивления резисторов и положение выключателей для соответствующих вариантов задания приведены в табл. 2.1. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.

 

Ход решения задачи

 

Метод контурных токов выводится из метода непосредственного применения законов Кирхгофа путем исключения уравнений, составляемых по первому закону Кирхгофа.

Указанная процедура достигается за счет введения обобщенных переменных, так называемых контурных токов, относительно которых составляются уравнения по второму закону Кирхгофа. Полученные уравнения решаются относительно контурных токов. Затем токи в ветвях выражаются через найденные контурные токи.

Порядок расчета рассмотрим на примере схемы (рис. 3.1).

Определим число уравнений, составляемых по второму закону Кирхгофа:

 

m – (n – 1) = 6 – (4 – 1) = 3,

 

где n – число узлов; m – число ветвей.

Число уравнений равно числу неизвест­ных контурных токов. В нашем случае – три уравнения. Обозначим контурные токи , и .

Выбираем направление контурных токов, совпадающих с направлением вращения часовой стрелки. Номера контуров совпадают с индексами контурных токов. Отметим, что во второй, четвертой и пятой ветвях текут по два контурных тока.

Рис. 3.1. Расчетная схема
сложной электрической цепи

 

Составляем систему из трех уравнений по второму закону Кирхгофа относительно контурных токов. При этом учтем падение напряжения на резисторных элементах от каждого контурного тока, текущего по нему.

Направление обхода контуров выберем совпадающим с направлением соответствующего контурного тока. Первое уравнение соответствует первому контуру, второе – второму и т. д.

В результате система имеет вид

 

 

После решения этой системы уравнений действительные токи ветвей определяются по найденным контурным токам:

 

; ; ; ; ; .

 

Отметим, что при определении токов , и учитывалось, что контурный ток, совпадающий с током в ветви, берется со знаком «+», не совпадающий – со знаком «–». При этом значения контурных токов подставляются в формулы со своим знаком.

 

Задача № 4
РАСЧЕТ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА,
СОДЕРЖАЩЕЙ АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ,
ИНДУКТИВНОСТЬ И ЕМКОСТЬ

Катушка с активным сопротивлением и индуктивностью L соединена последовательно с конденсатором емкостью C и подключена к источнику переменного тока с частотой f и амплитудным значением напряжения (табл. 5.1). Определить действующее значение тока, полное сопротивление цепи, полную, активную и реактивную мощности. Построить векторную диаграмму токов и напряжений, треугольник сопротивлений и мощностей. Определить частоту тока при резонансе напряжений.

Таблица 5.1

Исходные данные к задаче № 5

Вариант	, Ом	, мГн	, мГн	, мкФ	, мкФ	, В	f, Гц
					–
					–
					–
					–
				0,4	–
					–
					–
					–
		2,5		2,5	–
					–
					–
					–
		–
		–
		–
		–
		–			0,5
		–
		–			1,5
		–
		–
		–
		–			0,5
		–
		–

Ход решения задачи

 

Переменным током называется электрический ток, изменяющийся с течением времени. Значение электрического тока (эдс, напряжения) в рассматриваемый момент времени называется мгновенным значением тока (эдс, напряжения), а наибольшее (максимальное) значение периодических токов – амплитудой.

В цепи переменного тока, обладающей только активным сопротивлением, ток и напряжение совпадают по фазе, т. е. они одновременно проходят через свои нулевые и максимальные значения. Угол . Действующее значение тока I определяется отношением действующего напряжения U к сопротивлению цепи R: . Мощность цепи .

Расчет цепи ведется так же, как и при постоянном токе.

Всякий потребитель, обладающий индуктивностью, вызывает в цепи переменного тока сдвиг фаз между напряжением и током, причем напряжение опережает ток. Сдвиг фаз между напряжением и током равен 90º.

Сопротивление току, обусловленное действием индуктивности, называется индуктивным, или реактивным, сопротивлением. Обозначается индуктивное сопротивление через и измеряется в омах (Ом). Величина его определяется по формуле

,

 

где – индуктивное сопротивление; Ом; L – индуктивность, Гн; – угловая частота, ; f – частота питающей сети, Гц.

Падение напряжения в индуктивном сопротивлении называется индуктивным падением напряжения и обозначается : .

Из этой формулы следует, что ток .

Переменный ток в цепи с емкостью при отсутствии активного сопротивления и индуктивности опережает напряжение на четверть периода, т. е. сдвинут по фазе в сторону опережения на угол 90°.

Емкостное сопротивление определяется по формуле

 

,

 

где – емкостное сопротивление, Ом; С – емкость, мкФ.

Напряжение на емкостном сопротивлении называется емкостным падением напряжения и обозначается : .

Из этой формулы следует, что ток .

Полное сопротивление цепи переменного тока, состоящей из активного сопротивления, индуктивности и емкости,

 

,

 

где Х – общее реактивное сопротивление, Ом; R – активное сопротивление, Ом.

Действующее значение тока определяется по формуле

 

,

 

где – амплитудное значение напряжения на входе цепи, В.

Для построения векторной диаграммы цепи переменного тока, состоящей из активного сопротивления, индуктивности и емкости (рис. 5.1), надо отложить вектор активного падения напряжения по направлению вектора тока I (рис. 5.2). Вектор индуктивного падения напряжения строится под углом 90° к вектору I в сторону опережения, а вектор емкостного падения напряжения строится также под углом 90° к вектору I, но в сторону отставания.

Чтобы получить вектор полного напряжения цепи, надо сложить векторы , и . Угол – угол сдвига фаз между током и напряжением на зажимах цепи.

 

Рис. 5.1. Последовательная цепь переменного тока, состоящая из активного сопротивления, индуктивности и емкости	Рис. 5.2. Векторная диаграмма цепи, изображенной на рис. 5.1

 

Угол сдвига фаз между током и напряжением на зажимах цепи определяется по формулам:

, .

 

При анализе электрических цепей переменного тока используют треугольник сопротивлений (рис. 5.3), который можно получить из треугольника напряжений, и треугольник мощностей (рис. 5.4), который можно получить, умножив стороны треугольника сопротивлений на квадрат тока.

Рис. 5.3. Треугольник сопротивлений	Рис. 5.4. Треугольник мощностей

 

В случае равенства индуктивного и емкостного сопротивлений реактивное сопротивление будет равно нулю, а полное сопротивление Z будет равно активному сопротивлению R. Сдвиг фаз между током и напряжением цепи будет равен нулю ( ) и ток в цепи .

Этот случай получил название резонанса напряжений. При этом влияние индуктивности и емкости полностью компенсируется, и цепь ведет себя так, как будто она состоит только из активного сопротивления.

При постоянных значениях L и C резонансная частота питающей сети

 

.

 

Активная мощность цепи вычисляется по формуле .

Реактивная мощность цепи может быть определена через реактивные сопротивления:

.

Полная мощность цепи вычисляется по формуле

 

.

 

Единицы мощности для называются по-разному: для – ватт (Вт), для – вольт-ампер реактивный (вар), для – вольт-ампер (ВА).

 

 

Задача № 5
РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ по схеме «ЗВЕЗДА»

Три потребителя электроэнергии, имеющие одинаковые полные сопротивления фаз , соединены по схеме «звезда» и включены в четырехпроводную трехфазную сеть с системой симметричных линейных напряжений . Определить токи по фазам и в нейтральном проводе , а также мощность P трехфазной цепи с учетом данных, приведенных в табл. 6.1 для каждого варианта задания. Составить электрическую систему питания. Построить векторную диаграмму напряжений и токов с учетом характера их нагрузки.

 

Дополнительное задание

Пояснить, в каких случаях используются трех- и четырехпроводные трехфазные электрические цепи.

Объяснить назначение нейтрального провода в четырехпроводных трехфазных электрических цепях.

Дать разъяснение, почему в нейтральные провода не устанавливают предохранители и выключатели.

Исходные данные к задаче № 6