Неэлектротехнических специальностей

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Электрические цепи

Методические указания

к контрольным работам для студентов

Неэлектротехнических специальностей

Заочной формы обучения

I часть

Красноярск 2015

УДК 621.3.025.1

Печатается по разрешению

Редакционно-издательского совета университета

Электротехника. Электрические цепи: метод. указания к контрольным работам для студентов неэлектротехнических специальностей заочной формы обучения / сост. О.А.Ковалева, О.А. Кручек, Т.А.Сайгина; ГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». – Красноярск, 2015. – 29 с.

В методических указаниях рассмотрены теоретические сведения и задания к контрольным работам для студентов заочной формы обучения.

Для студентов неэлектротехнических специальностей.

©Сибирский федеральный университет, 2015

Введение

Целью издания является: научить студентов анализировать электрические цепи с заданными свойствами в установившихся и переходных режимах при воздействии постоянных и синусоидальных напряжений; научить выбирать электрические и электроизмерительные устройства при исследовании, проектировании и эксплуатации систем измерения, контроля, управления и регулирования технологических установок; научить выбирать электрические устройства при исследовании, проектировании и эксплуатации систем контроля и автоматического управления промышленными и экспериментальными технологическими установками.

Практические умения и навыки.

Рассчитывать электрические цепи, источники питания для измерительных и электрических систем; выбирать электромеханические, электрические и электронные приборы для измерения электрических и неэлектрических величин, читать электрические схемы и чертежи, выбирать электродвигатели для исполнительных органов, обеспечивать выполнение инструкции по технике безопасности при работе с электрооборудованием цехов.

Содержание учебного материала дисциплины

Цепи постоянного тока. Электрическая цепь и ее элементы. Двухполюсники. Режимы работы электрических цепей. Расчет цепи постоянного тока с одним источником питания.

Расчет сложных цепей постоянного тока: методы контурных токов, двух узлов, эквивалентного генератора. Баланс мощностей в электрической цепи. Нелинейные цепи постоянного тока. Вольтамперные характеристики нелинейных элементов. Анализ нелинейных цепей.

Цепи однофазного синусоидального тока. Основные понятия. Действующие и средние значения тока и напряжения. Представление синусоидальных величин векторами и комплексными числами.

Активное, индуктивное и емкостное сопротивления в цепи синусоидального тока. Основные соотношения, временные и векторные диаграммы. Последовательная цепь переменного тока. Резонанс напряжений. Топографическая диаграмма. Активная, реактивная и полная мощности. Измерение мощности.

Параллельное соединение приемников в цепи однофазного синусоидального тока. Проводимости. Резонанс токов, его использование для увеличения коэффициента мощности.

Цепи трехфазного тока. Экономические и технические факторы, обусловившие применение трехфазных систем. Схемы соединения источников энергии и приемников. Определение линейных и фазных величин. Симметричный режим трехфазной цепи при соединении звездой и треугольником. Топографические диаграммы.

Несимметричные трех и четырехпроходные трехфазные цепи. Влияние несимметричных режимов работы на эксплуатационные характеристики электроустановок. Мощность трехфазной цепи. Коэффициент мощности, способы его повышения. Вопросы техники безопасности в трехфазных установках.

Электромагнитные устройства. Электромагнитное поле и его свойства. Магнитная индукция. Магнитный поток. Магнитодвижущая сила. Напряженность магнитного поля. Проводник с током в магнитном поле. Самоиндукция. Взаимная индукция. Энергия магнитного поля. Магнитные цепи. Понятие магнитной цепи. Закон полного тока. Закон Ома для магнитной цепи. Электромагнитные устройства.

Машины постоянного тока. Принцип действия, устройство и область применения машин постоянного тока. ЭДС якоря. Электромагнитный момент. Двигательный и генераторный режим.

Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения. Генераторы независимого, параллельного и последовательного возбуждения, их характеристики.

Двигатели постоянного тока. Пуск в ход. Регулирование скорости. Двигатель параллельного возбуждения. Особенности механической, регулировочной и тормозной характеристик. Двигатель последовательного возбуждения. Свойства механической, регулировочной и тормозной характеристик.

Трансформаторы. Назначение и применение трансформаторов. Принцип действия и устройство трансформатора. Основные уравнения. Электрическое и магнитное равновесие при холостом ходе и нагрузке.

Приведенный трансформатор. Схемы замещения трансформатора. Опыт холостого хода. Опыт короткого замыкания. Зависимости КПД и коэффициента мощности от загрузки трансформатора.

Понятие о трехфазных трансформаторах. Понятие о параллельной работе трансформаторов. Автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Машины переменного тока. Устройство, принцип действия, применение трехфазного асинхронного двигателя. Вращающиеся магнитные поля. Понятие об обмотках и обмоточных коэффициентах. Скольжение, ЭДС.

Вращающий момент. Ток ротора. Механическая характеристика асинхронного двигателя. Коэффициент мощности. Рабочие характеристики.

Пуск в ход. Регулирование скорости. Способы электрического торможения асинхронных двигателей. Энергетический баланс. КПД.

Принцип действия и устройство синхронной машины. Синхронные двигатели и особенности их применения. Электромагнитный момент. Уравнения электрического и магнитного равновесия. Угловая характеристика. КПД. Синхронные компенсаторы.

Электроника. Активные элементы управляемых преобразователей.

Биполярные транзисторы. Классификация, структура, принцип работы, схемы включения. Коэффициент передачи тока и напряжения. Полевые транзисторы. Классификация, структура, принцип работы. Схемы включения, основные характеристики.

Усилители. Усилитель, как основной элемент системы контроля, управления и регулирования. Классификация усилителей. Характеристики. Коэффициент усиления. Одиночные каскады усиления. Графоаналитический метод расчета основных характеристик. Усилитель с трансформаторной связью. Однотактный и двухтактный усилительный каскады. Согласование выхода усилителя с нагрузкой, нелинейные искажения.

Многокаскадные усилители. Межкаскадные связи. Многокаскадный усилитель с емкостной связью. Анализ работы, нелинейные искажения сигнала. Обратные связи в усилителях и их классификация. Усилители постоянного тока. Дрейф в усилителях постоянного тока. Дифференциальные усилители постоянного тока.

Интегральные усилители. Классификация интегральных усилителей. Схемы включения операционных усилителей. Электронные генераторы гармонических колебаний. Перевод усилителя в генераторный режим. Мультивибраторы. Принцип работы, параметры импульсов.

Управляемые преобразователи. Тиристорные преобразователи и их использование в тиристорном электроприводе постоянного тока. Способы регулирования напряжения. Системы управлениями преобразователями. Схемы управляемых выпрямителей. Тиристорные преобразователи частоты в тиристорном электроприводе. Управление преобразователями.

Источники вторичного электропитания. Диоды. Однофазные выпрямители. Классификация. Схемы, принцип действия, внешняя характеристика. Фильтры. Трехфазные выпрямители. Полупроводниковые преобразователи: термисторы, фотодиоды, тензорезисторы и их применение в термических цепях.

Элементная база микропроцессорных систем. Основные логические элементы и их реализация на базе микросхем. Триггеры. Счетчики импульсов. Структурная схема микропроцессора (МП). Примеры применения МП.

Электрические измерения и приборы. Методы и средства электрических измерений. Классы точности. Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем. Измерение токов и напряжений.

 

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература

Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: «Высшая школа», 2000 г.

Глазенко Т.А., Прянишников В.А. Электротехника и основы электроники. – М.: «Высшая школа», 1996 г.

Электротехника и электроника. Книга 3. Электрические измерения и основы электроники. /Под ред. В.Г. Герасимова - М.: Энергоатормиздат, 1998 г.

Гусев Ю.М., Гусев В.Г. Электроника. – М.: «Высшая школа»,

2002 г.

Дополнительная литература

Алиев И.И. Справочник по электротехники и электрооборудованию. – М.: «Высшая школа», 2000 г.

Электротехника и основы электроники: Учебник для вузов / О.А. Антонов, О.П. Глудкин, П.Д. Давидов и др.; Под ред. О.П. Глудкина и Б.П. Соколова. - М.: «Высшая школа». 1993. - 445с.: ил.

Электротехника и основы электроники: Учебник для вузов / О.А. Антонов, О.П. Глудкин, П.Д. Давидов и др.; Под ред. О.П. Глудкина и Б.П. Соколова. - М.: «Высшая школа». 1993. - 445с.: ил.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1

Задача №1

Задание

№ вар.	Е1,В	Е3,В	Е4,В	U5,В	U6,В	R1,Ом	R2,Ом	R3,Ом	R4,Ом	R5,Ом	R6,Ом	R7,Ом	R8,Ом	R9, Ом	Замкн-е. выкл-ли.
						0,3							1,4		В2.В3
						0,4									В2.В4
						0,5							0,8	0,6	В2,В5
						0,2							0,4	1,4	В2,В6
						0,3							3,1	1,8	В2,В7
						0,4							2,2		В3,В4
						0,6							1,5	2,3	В3,В5
						0,7							2.2		В3.В6
						0,2							0,8	0,9	В3,В7
						0,3								2,4	В4,В5
						0,5							0,9	1,7	В4,В6
						0,6							0,6	0,6	В4,В7
						0,2							1,4	0,4	В5,В6
						0,4							1,7	1,3	В5,В7
						0,6							2,4	2,1	В6,В7
						0,2							0,6		В2,В3
						0,5							0,9		В2,В4
						0,7								2,5	В2,В5
						0,3							3,3	4,1	В2,В6
						0,4							1,8	3,2	В2,В7

 

Для электрической цепи постоянного тока, используя данные, приведенные для своего варианта задания в таблице, определить токи в ветвях резисторов методом контурных токов. Составить баланс мощностей. Внутренним сопротивлением источников пренебречь.

 

Задача №2

Задание

№вар.

замкнуты

найти

В1, В4, В5, В7

В2, В3, В5, В6

В1, В3, В4, В5

В1, В4, В5, В7

В2, В3, В5, В6

В1, В3, В5, В6

В2, В3, В5, В7

В1, В3, В5, В6

В3, В4, В5, В7

В2, В3, В4, В5

В1, В4, В5, В7

В2, В3, В5, В6

В1, В3, В4, В5

В1, В4, В5, В7

В2, В3, В5, В6

В1, В3, В5, В6

В2, В3, В5, В7

В1, В3, В5, В6

В1, В4, В5, В7

В2, В3, В4, В5

 

Электрическая цепь переменного синусоидального тока с частотой , находящаяся под действием напряжения U, содержит активные сопротивления , реактивные индуктивные и реактивные емкостные сопротивления. По данным таблицы с учетом положения выключателей В₁ - В₇ определить для данного варианта задания приведенные в ней величины. Проверить токи по 1 – му закону Кирхгофа, проверить соблюдение баланса полных S, активных P и реактивных Q мощностей, построить векторную диаграмму напряжений и токов.

Задача №3

Задание

№ вар.
		R=5 XL=12	R=9 XC=8	R=6 XL=10
		R=8 XC=10	R=10 XL=10	R=13 XL=11
		R=7 XL=10	R=6 XC=5	R=12 XL=11
		R=5 XL=11	R=4 XC=4	R=6 XL=2
		R=11 XC=10	R=10 XC=9	R=7 XL=7
		R=12 XL=9	R=7 XC=15	R=8 XC=13
		R=3 XL=10	R=13 XC=4	R=8 XC=14
		R=15 XL=12	R=19 XC=18	R=16 XL=10
		R=8 XC=8	R=10 XC=5	R=6 XC=12
		R=6 XC=11	R=12 XL=5	R=6 XC=9
		R=8 XC=8	R=10 XC=7	R=7 XL=11
		R=15 XL=15	R=19 XC=19	R=16 XL=10
		R=5 XL=7	R=6 XC=6	R=6 XL=8
		R=13 XL=11	R=14 XC=14	R=16 XL=21
		R=13 XC=10	R=8 XC=14	R=10 XL=8
		R=5 XC=5	R=8 XC=8	R=6 XL=2
		R=15 XL=16	R=14 XL=11	R=10 XC=10
		R=7 XC=8	R=12 XC=7	R=6 XL=11
		R=3 XL=10	R=13 XC=4	R=8 XC=14
		R=11 XL=11	R=14 XC=15	R=16 XC=17

 

Потребитель электроэнергии, фазы которого имеют комплексные сопротивления: и соединены в трехфазную электрическую цепь <<треугольником>>, питается симметричной системой линейных напряжений: С учетом данных, приведенных в таблице для каждого варианта задания, определить фазные и линейные токи потребителя, составить баланс активной, реактивной и полной мощности всей системы. Построить векторную диаграмму токов и напряжений в выбранном и указанном масштабе.

Учебно-методическое издание

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Электрические цепи

Методические указания

к контрольным работам для студентов

неэлектротехнических специальностей

заочной формы обучения

I часть

Составители: Ковалева Ольга Алексеевна, Кручек Ольга Анатольевна,

Сайгина Татьяна Александровна.

 

Редактор Л.Х. Бочкарева

Компьютерная верстка И.В. Манченкова

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Электрические цепи

Методические указания

к контрольным работам для студентов

неэлектротехнических специальностей

Заочной формы обучения

I часть

Красноярск 2015

УДК 621.3.025.1

Печатается по разрешению

Редакционно-издательского совета университета

Электротехника. Электрические цепи: метод. указания к контрольным работам для студентов неэлектротехнических специальностей заочной формы обучения / сост. О.А.Ковалева, О.А. Кручек, Т.А.Сайгина; ГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». – Красноярск, 2015. – 29 с.

В методических указаниях рассмотрены теоретические сведения и задания к контрольным работам для студентов заочной формы обучения.

Для студентов неэлектротехнических специальностей.

©Сибирский федеральный университет, 2015

Введение

Целью издания является: научить студентов анализировать электрические цепи с заданными свойствами в установившихся и переходных режимах при воздействии постоянных и синусоидальных напряжений; научить выбирать электрические и электроизмерительные устройства при исследовании, проектировании и эксплуатации систем измерения, контроля, управления и регулирования технологических установок; научить выбирать электрические устройства при исследовании, проектировании и эксплуатации систем контроля и автоматического управления промышленными и экспериментальными технологическими установками.

Практические умения и навыки.

Рассчитывать электрические цепи, источники питания для измерительных и электрических систем; выбирать электромеханические, электрические и электронные приборы для измерения электрических и неэлектрических величин, читать электрические схемы и чертежи, выбирать электродвигатели для исполнительных органов, обеспечивать выполнение инструкции по технике безопасности при работе с электрооборудованием цехов.

Содержание учебного материала дисциплины

Цепи постоянного тока. Электрическая цепь и ее элементы. Двухполюсники. Режимы работы электрических цепей. Расчет цепи постоянного тока с одним источником питания.

Расчет сложных цепей постоянного тока: методы контурных токов, двух узлов, эквивалентного генератора. Баланс мощностей в электрической цепи. Нелинейные цепи постоянного тока. Вольтамперные характеристики нелинейных элементов. Анализ нелинейных цепей.

Цепи однофазного синусоидального тока. Основные понятия. Действующие и средние значения тока и напряжения. Представление синусоидальных величин векторами и комплексными числами.

Активное, индуктивное и емкостное сопротивления в цепи синусоидального тока. Основные соотношения, временные и векторные диаграммы. Последовательная цепь переменного тока. Резонанс напряжений. Топографическая диаграмма. Активная, реактивная и полная мощности. Измерение мощности.

Параллельное соединение приемников в цепи однофазного синусоидального тока. Проводимости. Резонанс токов, его использование для увеличения коэффициента мощности.

Цепи трехфазного тока. Экономические и технические факторы, обусловившие применение трехфазных систем. Схемы соединения источников энергии и приемников. Определение линейных и фазных величин. Симметричный режим трехфазной цепи при соединении звездой и треугольником. Топографические диаграммы.

Несимметричные трех и четырехпроходные трехфазные цепи. Влияние несимметричных режимов работы на эксплуатационные характеристики электроустановок. Мощность трехфазной цепи. Коэффициент мощности, способы его повышения. Вопросы техники безопасности в трехфазных установках.

Электромагнитные устройства. Электромагнитное поле и его свойства. Магнитная индукция. Магнитный поток. Магнитодвижущая сила. Напряженность магнитного поля. Проводник с током в магнитном поле. Самоиндукция. Взаимная индукция. Энергия магнитного поля. Магнитные цепи. Понятие магнитной цепи. Закон полного тока. Закон Ома для магнитной цепи. Электромагнитные устройства.

Машины постоянного тока. Принцип действия, устройство и область применения машин постоянного тока. ЭДС якоря. Электромагнитный момент. Двигательный и генераторный режим.

Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения. Генераторы независимого, параллельного и последовательного возбуждения, их характеристики.

Двигатели постоянного тока. Пуск в ход. Регулирование скорости. Двигатель параллельного возбуждения. Особенности механической, регулировочной и тормозной характеристик. Двигатель последовательного возбуждения. Свойства механической, регулировочной и тормозной характеристик.

Трансформаторы. Назначение и применение трансформаторов. Принцип действия и устройство трансформатора. Основные уравнения. Электрическое и магнитное равновесие при холостом ходе и нагрузке.

Приведенный трансформатор. Схемы замещения трансформатора. Опыт холостого хода. Опыт короткого замыкания. Зависимости КПД и коэффициента мощности от загрузки трансформатора.

Понятие о трехфазных трансформаторах. Понятие о параллельной работе трансформаторов. Автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Машины переменного тока. Устройство, принцип действия, применение трехфазного асинхронного двигателя. Вращающиеся магнитные поля. Понятие об обмотках и обмоточных коэффициентах. Скольжение, ЭДС.

Вращающий момент. Ток ротора. Механическая характеристика асинхронного двигателя. Коэффициент мощности. Рабочие характеристики.

Пуск в ход. Регулирование скорости. Способы электрического торможения асинхронных двигателей. Энергетический баланс. КПД.

Принцип действия и устройство синхронной машины. Синхронные двигатели и особенности их применения. Электромагнитный момент. Уравнения электрического и магнитного равновесия. Угловая характеристика. КПД. Синхронные компенсаторы.

Электроника. Активные элементы управляемых преобразователей.

Биполярные транзисторы. Классификация, структура, принцип работы, схемы включения. Коэффициент передачи тока и напряжения. Полевые транзисторы. Классификация, структура, принцип работы. Схемы включения, основные характеристики.

Усилители. Усилитель, как основной элемент системы контроля, управления и регулирования. Классификация усилителей. Характеристики. Коэффициент усиления. Одиночные каскады усиления. Графоаналитический метод расчета основных характеристик. Усилитель с трансформаторной связью. Однотактный и двухтактный усилительный каскады. Согласование выхода усилителя с нагрузкой, нелинейные искажения.

Многокаскадные усилители. Межкаскадные связи. Многокаскадный усилитель с емкостной связью. Анализ работы, нелинейные искажения сигнала. Обратные связи в усилителях и их классификация. Усилители постоянного тока. Дрейф в усилителях постоянного тока. Дифференциальные усилители постоянного тока.

Интегральные усилители. Классификация интегральных усилителей. Схемы включения операционных усилителей. Электронные генераторы гармонических колебаний. Перевод усилителя в генераторный режим. Мультивибраторы. Принцип работы, параметры импульсов.

Управляемые преобразователи. Тиристорные преобразователи и их использование в тиристорном электроприводе постоянного тока. Способы регулирования напряжения. Системы управлениями преобразователями. Схемы управляемых выпрямителей. Тиристорные преобразователи частоты в тиристорном электроприводе. Управление преобразователями.

Источники вторичного электропитания. Диоды. Однофазные выпрямители. Классификация. Схемы, принцип действия, внешняя характеристика. Фильтры. Трехфазные выпрямители. Полупроводниковые преобразователи: термисторы, фотодиоды, тензорезисторы и их применение в термических цепях.

Элементная база микропроцессорных систем. Основные логические элементы и их реализация на базе микросхем. Триггеры. Счетчики импульсов. Структурная схема микропроцессора (МП). Примеры применения МП.

Электрические измерения и приборы. Методы и средства электрических измерений. Классы точности. Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем. Измерение токов и напряжений.

 

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература

Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: «Высшая школа», 2000 г.

Глазенко Т.А., Прянишников В.А. Электротехника и основы электроники. – М.: «Высшая школа», 1996 г.

Электротехника и электроника. Книга 3. Электрические измерения и основы электроники. /Под ред. В.Г. Герасимова - М.: Энергоатормиздат, 1998 г.

Гусев Ю.М., Гусев В.Г. Электроника. – М.: «Высшая школа»,

2002 г.

Дополнительная литература

Алиев И.И. Справочник по электротехники и электрооборудованию. – М.: «Высшая школа», 2000 г.

Электротехника и основы электроники: Учебник для вузов / О.А. Антонов, О.П. Глудкин, П.Д. Давидов и др.; Под ред. О.П. Глудкина и Б.П. Соколова. - М.: «Высшая школа». 1993. - 445с.: ил.

Электротехника и основы электроники: Учебник для вузов / О.А. Антонов, О.П. Глудкин, П.Д. Давидов и др.; Под ред. О.П. Глудкина и Б.П. Соколова. - М.: «Высшая школа». 1993. - 445с.: ил.