Міністерство інфраструктури україни

МІНІСТЕРСТВО ІНФРАСТРУКТУРИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ЕКОНОМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТУ

 

Кафедра фізики та електротехніки

 

 

Електротехнiка

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

та завдання до виконання контрольної роботи для студентів усіх форм навчання спеціальностей «Вагони і вагонне господарство»,

«Локомотиви і локомотивне господарство».

 

 

Київ-2011

УДК 330.43.1075.8

Методичні вказівки та завдання до виконання контрольнихробіт з електротехніки для студентів усіх форм навчання спеціальностей «Вагони і вагонне господарство» і «Локомотиви і локомотивне господарство» / Полі-

щук С.І.__ К.; [ДЕТУТ], 2011, - 48с.

 

Методичні вказівки написано у відповідності до навчальної програми підготовки бакалаврів. Містяться контрольні завдання з електротехніки для розрахунку лінійних електричних кіл постійного, змінного і трифазного струмів Наведені приклади виконання розрахунків відповідних електричних кіл і контрольні запитання для самоперевірки.

 

 

Методичні вказівки розглянуті та затверджені на засіданні кафедри фізики та електротехніки (протокол № 3 від 6 жовтня 2011 року) і на засіданні методичної комісії факультету «Інфраструктура та рухомий склад залізниці» (протокол №5 від 19 грудня 2011 року)

 

Призначені для студентів спеціальностей «Вагони і вагонне господарство», «Локомотиви і локомотивне господарство

 

Укладач: С.І.Поліщук, ст.. викладач кафедри фізики та електротехніки ДЕТУТ

 

Рецензенти:

А.А.Шуляк, к.т.н, доцент (кафедра Теоретичної електротехніки, НТУУ«КПІ»)

О.С.Дзян, к.т.н. доцент (кафедра Фізики і електротехніки, ДЕТУТ)

 

Зміст

Вступ…………………………………………………………………...4

Методичні рекомендації шодо виконання контрольних

розрахунково-графічних робіт……………………………………..6

1. Розрахунок лінійних електричних кіл постійного струму:

1.1 Розрахунок електричного кола з одним джерелом елек-

тричної енергії ………………………………………………………7

1.2 Розрахунок розгалуженого електричного кола з декілько-

ма джерелами електричної енергії ……………………………….12

2. Розрахунок лінійних електричних кіл змінного струму:

2.1 Розрахунок нерозгалуженого електричного кола …………...21

2.2 Розрахунок розгалуженого однофазного електричного

кола з одним джерелом електричної енергії …………………….25

3. Розрахунок лінійних трифазних електричних кіл:

3.1 Розрахунок трифазних електричних кіл при з’єднанні

споживачів «зіркою» ……………………………………………...31

3.2 Розрахунок трифазних електричних кіл при з’єднанні

споживачів «трикутником» .............................................................36

 

Навчальна програма……………………………………………......41

 

 

Вступ

Дисципліна «Електротехніка» вивчає практичне використання електромагнітних явищ в нашому повсякденному житті і є основою для формування технічного світогляду майбутніх інженерів.

Електротехніка як розділ науки і техніки вивчає питання практичного використання електричної енергії в промисловості і побуті. Саме електрична енергія в теперішній час є основним видом енергії, яка використовується нашою цивілізацією. Це пояснюється насамперед її універсальністю:

- вона достатньо просто може бути отримана перетворенням із інших видів енергії: хімічної, теплової, ядерної, сонячної. вітрової і т.ін.;

- її можна легко транспортувати на великі відстані із мінімальними втратами, достатньо просто розподіляти між окремими споживачами;

- її просто перетворити в інші види енергії теплову, механічну, світлову з мінімальними втратами;

- вона може безпосередньо використовуватися в технологічних процесах або на її основі може бути створена проста апаратура керування.

Вивчення дисципліни «Електротехніка» базується на знанні основ, що вивчаються в курсах «Фізики» і «Математики»:

1. поняття про електричні, магнітні, енергетичні величини та одиниці їх вимірювання;

2. закони електромагнетизму

3. фізичні основи електромагнітних процесів в провідниках і діелектриках

4. основи диференціального та інтегрального числення, операції з тригонометричними функціями, розв’язання алгебраїчних і диференціальних рівнянь, дії з векторними величинами і комплексними числами.

Основним поняттям електротехніки є поняття про електричне коло як сукупність взаємопов’язаних технічних пристроїв для генерування, перетворення, транспортування і використання електричної енергії. Для описання процесів, що протікають в електричних колах використовують поняття електричного струму як спрямованого руху електричних зарядів, Е.Р.С. і напруги. Для визначення кількісних співвідношень в електричному колі застосовують закони Ома для ділянки кола і для всього кола і закони Кірхгофа. Кожний споживач електричної енергії – провідник з точки зору протікання електричного струму характеризується електричним опором, ємністю та індуктивністю Для спрощення розрахунків використовують поняття ідеалізованих елементів кола, які характеризуються тільки одним із вказаних параметрів.

Графічно електричне коло зображується у вигляді схеми заміщення. Визначення та позначення елементів кола, електричних і магнітних величин регламентуються державними стандартами:

- ДСТУ 2843-94. Електротехніка. Основні поняття. Терміни та визначення.

- ДСТУ 2815-94. Електричні і магнітні кола та пристрої. Терміни та визначення.

- ДСТУ 3120-95. Електротехніка. Літерні позначення основних величин.

а також десятки інших.

Оскільки в електричному колі енергія передається від джерел живлення до споживачів за посередництвом електричного струму, то розрахунок електричних кіл зводиться до визначення сили струмів в кожній окремій гільці кола і в усьому колі при відомих параметрах елементів кола.

Задачею даних контрольних завдань є допомога студентам в засвоєнні теоретичного матеріалу з електротехніки і здобутті навичок розрахунку різних електричних кіл із різними типами електричних струмів.

Виконання контрольної розрахунково-графічної роботи є важливим етапом у самостійній роботі студента над дисципліною. Її успішне виконання свідчить про те, що відповідні розділи дисципліни вивчені і достатньо глибоко осмислені.

 

Методичнi рекомендацii щодо виконання контрольних

Розрахунок лінійних електричних кіл постійного струму

Розрахунок електричного кола з одним джерелом

Електричної енергії

Для одного із зображених на мал. 1.1.1 електричних кіл, згідно визначеного викладачем варіанту, визначити струми і скласти баланс потужностей.

Значення опорів і напруг на затискачах кола приведені в табл. 1.1

 

Таблиця 1.1

№ варі- анту	Напруга, В	Опір, Ом
U	R1	R2	R3	R4	R5	R6

 

 

	Вар. 0
		Вар. 1

	Вар.4		Вар. 5

 

 

	Вар. 6
		Вар.7

 

 

 

		Мал. 1.1.1

 

 

Мал. 1.1.2

 

Розв’язання:

1) знаходимо опір R₂₃, еквівалентний паралельно з’єднанним опорам R₂ і R₃ за формулою (1.2)

R₂₃ = R₂R₃/(R₂+R₃) = 4•3/(4+3) = 1,71, Ом

2) знаходимо опір R_екв, еквівалентний послідовно з’єднанним опорам R₁ і R₂₃ за формулою (1.1)

R_екв = R₁+R₂₃ = 5+1,71 = 6,71, Ом

3) за законом Ома знаходимо струм I

I₁ = U/_Rекв = 12/6,71 = 1,79, A

4) за правилом “чужого опору” знаходимо струми I₂ i I₃

I₂ = I₁•R₃/(R₂+R₃) = 1,79•3/(4+3) = 0,77, A

I₃ = I₁•R₂/(R₂+R₃) = 1,79•4/(4+3) = 1,02, A

5) складаємо баланс потужностей за формулами (1.5)

P_дж = U•I₁ = 12•1,79 = 21,48, Вт,

P_сп = I²₁•R₁+I²₂•R₂+I²₃•R₃ = 3,2•5+0,59•4+1,04•3 = 16+2,36+3,12 = 21,48, Вт

Таким чином потужність, яку споживають елементи кола, дорівнює потужності джерела. Це означає, що струми розраховані вірно.

На цьому виконання завдання 1.1 завершено.

 

Таблиця 1.2

№ варі- анту	E1 В	R01 Ом	E2 В	R02 Ом	R1 Ом	R2 Ом	R3 Ом	R4 Ом	R5 Ом	R6 Ом	Гілка
		0,20		0,8							АГ
		0,25		0,6							АВ
		0,15		1,0							БГ
		0,40		1,2							БВ
		0,50		0,5							АБ
		0,35		0,8							ВГ
		0,60		1,2							БВ
		0,45		0,5							БГ
		0,55		1,2							АВ
		0,75		0,8							АБ

 

		Вар. 3
	Вар. 4		Вар. 5
		Вар. 6		Вар. 7

 

Вар. 2

		Вар. 9
	Вар. 8

 

 

Мал. 1.2.1

 

 

C D

 

	Мал.1.2.6

 

В E

 

I →

А

 

 

Величину струму визначимо за законом Ома для повного кола

І= (Е₂−Е₁) / (R₁+R₂+R₃+R₀₁+R₀₂) = 1 A

Потенціал точки А приймаємо φ_а=0. Потенціал будь-якої точки кола дорівнює напрузі між цією точкою і точкою з нульовим потенціалом. Тоді

φ_в−φ_а=U_ав=І•R₁ і φ_в=I•R₁=4 B

Оскільки напрямок Е.Р.С. Е₁ і напрямок струму не співпадають, це джерело

являється споживачем і напруга U_вc=Е₁+І•R₀₁. Значить потенціал φ_с буде

φ_с=φ_в+Е₁+І•R₀₁=23 В

Продовжуючи далі знаходимо

φ_d=φ_c+I•R₂=26 B

Джерело Е₂ працює в якості генератора, тому U_de=E₂−IR₀₂ і

φ_e=φ_d−E₂+I•R₀₂=−5 B.

Потенціал точки А визначаємо як

φ_а=φ_е+І•R₃=0

Потенціальна діаграма – це графічне зображення розподілу потенціалу в

залежності від опору ділянок кола.

 

 

R, Ом

 

Змінного струму.

Напруга на затискачах кіл, зображених на рис. 2.1, змінюється за законом

U=U_msin(ωt + φ₀) Амплітудне значення U_m і початкова фаза φ₀ напруги, а також значення активних R, індуктивних X_L і ємнісних опорів X_C приведені в

табл. 2.1.

Необхідно:

1. Визначити показання приладів, зазначених на схемі.

2. Визначити закон зміни струму в колі.

3. Визначити закон зміни напруги між точками, до яких підключений вольтметр.

4. Побудувати векторну діаграму.

 

 

Таблиця 2.1

№ варіанту	Um, B	φ0, град	R1, Oм	XL1 Oм	XC1 Oм	R2 Oм	XL2 Oм	XC2 Oм
		- 60
		- 45
		-30
		-15

 

 

 

Вар. 0

Вар.1

Вар. 9

Вар. 8

 

 

 

Мал.2.1.1

 

Таблиця 2.2

№ варіанту	U, В	R1, Oм	L1, мГн	C1 мкФ	R2 Ом	L2 мГн	C2 мкФ	R3 Ом	L3 мГн	C3 мкФ

Вар. 0

Вар. 1

 

Мал.2.2.1

 

Таблиця 3.1

№ варі- анту	U, B	Опір, Ом
R1	XL1	XC1	R2	XL2	XC2	R3	XL3	XC3

	Вар. 0		Вар. 1
	Вар. 2		Вар. 3
		Вар. 4		Вар. 5

	Вар. 6		Вар. 7
		Вар. 9
	Вар. 8

Мал. 3.1.1

Таблиця 3.2

№ варі- анту	U, B	Опір, Ом
R1	XL1	XC1	R2	XL2	XC2	R3	XL3	XC3

 

 

		Вар. 3
		Вар. 4		Вар. 5

Вар. 2

		Вар. 6		Вар. 7
	Вар. 8		Вар. 9

 

 

 

Мал. 3.2.1

 

Навчальна програма

Основи електроніки.

Напівпровідникові прилади. Їхнє призначення і характеристики. Характеристики, параметри та призначення напівпровідникових резисторів, діодів, тиристорів, біполярних і польових транзисторів. Випрямлячі.

Схеми одно- та трифазних випрямлячів. Діаграми миттєвих значень випрямленої напруги. Згладжуючи фільтри. Стабілізатори.

Транзисторні підсилювачі. Біполярні і польові транзистори. Підсилювачі електричних сигналів. Характеристики та параметри транзисторів. Підсилювачі постійного струму. Генератори гармонійних сигналів. Імпульсні пристрої, імпульсні підсилювачі.

 

 

Рекомендована література.

1. Паначевний Б.І., Свергун Ю.Ф. Загальна електротехніка: теорія і практикум. Підручник. – К.: Каравела, 2004.

2. Титаренко М.В. Електротехніка. Навчальний посібник. – К.:Кондор, 2004.

3. Будіщев М.С. Електротехніка, електроніка і мікропроцесорна техніка. Підручник. – Л.: Афіша. 2001

4. Электротехника. Под ред. проф. Пантюшина В.С. – М.: Высшая школа 1976.

5. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. –

М.: Энергоатомиздат.1987.

 

 

Навчально-методичне видання

Поліщук Сергій Іванович

 

Електротехнiка

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

та завдання до виконання контрольної роботи для студентів усіх форм навчання спеціальностей «Вагони і вагонне господарство»,

«Локомотиви і локомотивне господарство».

 

 

Відповідальний за випуск – проф. Чепілко М.М.

 

 

Редактор_____________________

 

Підписано до друку. Формат 60х84/16. Папір – офсетний. Друк на ризографі. Замовлення №______. Тираж________прим.

Надруковано у Видавництві

Державного економіко-технологічного університету транспорту

03049, м.Київ-049, вул.. Лукашевича, 19

МІНІСТЕРСТВО ІНФРАСТРУКТУРИ УКРАЇНИ