Основы электротехники и электроники

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧОУ ВПО «ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА (г. КАЗАНЬ)»

Факультет менеджмента и маркетинга

Кафедра Промышленного менеджмента

Рабочая программа, задания и методические указания к их выполнению по дисциплине (модуля)

Основы электротехники и электроники

для студентов направлений подготовки

неэлектротехнического профиля

(221400.62 Управление качеством, 260800.62 Технология

продукции и организация общественного питания и др.)

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Форма обучения заочная

Казань

2013

Рабочая программа, контрольные задания и рекомендации по выполнению по дисциплине «Электротехника и электроника» предназначены для студентов заочной формы обучения, обучающихся по направлениям подготовки неэлектротехнического профиля (221400.62 - Управление качеством, 260800.62 - Технология продукции и организация общественного питания и др.)

Общие рекомендации по выполнению

Индивидуальное задание составлено для 100 вариантов. Вариант задания определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета mn: где m - предпоследняя, n - последняя.

Перед выполнением студенту рекомендуется проработать перечень теоретических вопросов, приведенных для каждого задания.

В процессе выполнения может пользоваться не только рекомендованной, но и любой другой доступной ему учебной и технической литературой.

При выполнении контрольного задания необходимо придерживаться следующих правил:

1. Решение любой задачи начинается с поясняющего чертежа (схемы).

2. Все вновь вводимые значения должны поясняться.

3. При расчетах сначала выводится общая формула, затем подставляются числовые значения известных величин, приводятся результаты промежуточных вычислений и конечный результат, в промежуточных вычислениях размерности величин не указываются, а в конечном результате приведение размерности обязательно.

4. Все величины должны выражаться в стандартных единицах международной системы единиц СИ.

5. Все расчеты должны выполняться с точностью до второй значащей цифры после запятой.

Работа не засчитывается и подлежит переработке, если:

1. выполнена не по своему варианту;

2. выполнена неряшлево, неразборчиво;

3. выполнена не в полном объеме;

4. имеются грубые ошибки.

Список литературы

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Высшая школа, 2005.

2. Данилов И.А. П.М. Иванов Общая электротехника с основами электроники - М.: Высш. шк., 2004.

3. Материалы выданные в электронном виде.

Оформление контрольной работы по предмету «Электротехника и электроника»

1. Контрольная работа должна быть оформлена в Microsoft Office Word, шрифтом Times New Roman, размером 14 и прислана на электронный адрес преподавателя предмета «Электротехника и электроника»

2. Титульный лист должен быть оформлен в соответствии с требованиями деканата.

3. Электрические схемы из задания для контрольной работы могут быть либо отсканированы со всеми обозначениями, либо начерчены в электронном виде.

4. Все последующие данные по решению контрольных заданий должны быть только в электронном виде.

5. Контрольное задание №1 рассчитано на 100 вариантов. Номер варианта определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета mn. В решении задач нужно расписать пошаговое действие каждого пункта решения.

6. Контрольное задание №2 рассчитано на 100 вариантов. Номер варианта определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета mn. В решении задач нужно расписать пошаговое действие каждого пункта решения.

7. Контрольное задание №3 и №4 рассчитано на 30 вариантов. Номер варианта определяется исходя из порядкового номера по журналу группы.

8. Все задания контрольной работы должны быть объединены в один файл. Не допускается разбиение заданий на несколько частей. Название присланного файла на электронный адрес преподавателя должен называться, например: Иванов А.А. гр.711лу. НЧ Вар.23.

Другие названия файлов с контрольной работой не допускается.

9. Разрешается пользоваться любой технической литературой, а также сетью интернет для решения контрольной работы.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧОУ ВПО «ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА

(г. КАЗАНЬ)»

Кафедра Промышленного менеджмента

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Электротехника и электроника»

Вариант №

Выполнил

студент _______________________________________

Группа _____________курс _______ семестр _______

Проверил преподаватель _____________

Сдано: «_______»_______________20___г.

Проверено: «_______»_______________20___г.

Казань

2012

Часть1. Основы электротехники

Тема 1.1 Электрические и магнитные цепи

Тема 1.2 Электрические цепи однофазного переменного тока

Тема 1.3 Трехфазный электрические цепи переменного тока

Тема 1.4 Переходные процессы

Тема 1.5 Электромагнитные устройства и электрические машины

1.5.1 Трансформаторы

1.5.2 Электрические машины постоянного и переменного тока

1.5.3 Основы электропривода. Основы электробезопасности и энергосбережения

Тема 1.1 Электрические и магнитные цепи

Общие сведения об электрических целях: определение, классификация. Электрический ток его определение, направление, сила тока, плотность. Потенциал. Напряжение. Энергия . Мощность., Электрическая проводимость и сопротивление проводников. Зависимость сопротивления от температуры. Законом Ома для участка и полной цепи. Основные элементы электрических цепей: источники и приемники электрической энергии, их мощность и К.П.Д. назначение вспомогательных элементов цепи режиму работы электрической цепи: холостой ход, нормальный, рабочий, короткого замыкания. Закон Джоуля - Ленца. Нагрев проводов. Выбор сечения проводов в зависимости от допустимого тока. Условное обозначение на электрическую схему. Участки схем электрических цепей: ветвь, узел, контур. Потеря напряжения в линиях электропередачи. Расчет электрических цепей с помощью законов Ома и Кирхгофа. Эквивалентные преобразования. Понятие о расчете сложных цепей. Особенности цепей постоянного тока.

Студент должен знать:

- единицы измерения силы тока, потенциала, напряжения.

- закон Ома для участка и полной цепи;

- схемы включения амперметра и вольтметра в электрической цепи;

- закон Джоуля - Ленца;

- первое и второе правила Кирхгофа.

уметь:

- составлять простейшие электрические схемы;

- применять законы Ома для расчета электрических цепей;

- выбирать методы расчета в зависимости от типа цепей тока;

- производить преобразование цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединением элементов.

- составлять уравнения Кирхгофа для расчета электрических цепей;

- составлять исходные уравнения для расчетов сложной цепи постоянного тока, в том числе уравнение баланса мощностей;

Самостоятельная работа студентов.

по индивидуальным заданиям определить эквиваленты сопротивление электрической цепи со смешанным соединением элементов.

- произвести расчет электрических цепей по законам Ома и составить баланс мощностей.

- получив схему сложной электрической цепи рассчитать токи по закону Кирхгофа.

Тема 1.2 Электрические цепи однофазного переменного тока

Параметры и формы представления переменного тока и напряжения. Активное сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока. Временные и векторные диаграммы токов и напряжений. Использование законов Ома и правила Кирхгофа для расчета электрических цепей переменного тока. Резонанс напряжений и токов. Активная, реактивная и полная мощность в цепи переменного тока. Коэффициент мощности и его значение.

Студент должен знать:

параметры и формы представления переменного тока;

- электрические схемы, включая напряжение;

- элементов в цепи переменного тока;

- закон Ома и правило Кирхгофа для цепей переменного тока;

- условия возникновения и особенности резонанса напряжения и тока в цепях переменного тока;

- связь между активной, реальной и полной мощностями;

- способы повышения коэффициента мощности.

уметь:

- находить параметры переменного тока и напряжения по их графической форме представления;

- рассчитать токи переменного тока;

- строить векторную диаграмму разветвленной и неразветвленной цепей переменного тока;

- определять активную, реактивную и полную мощности и коэффициент мощности в цепях переменного тока;

- строить векторные диаграммы для различных режимов электрических цепей;

Самостоятельная работа студентов.

Законспектировать пример расчета разветвленной цепи переменного тока методом проводимостей.

Описать методы повышения коэффициента мощности на электростанциях, питающих районы и области.

1.3 Трехфазный электрические цепи переменного тока

Общие сведения о трехфазных электрических цепях. Сведение обмоток трехфазного генератора и потребителей звездой и треугольником. Симметричная и несимметричная нагрузка. Трехпроводная и четырехпроводная линия. Роль нулевого провода. Расчет трехфазных цепей с использованием законов Ома и векторных диаграмм. Мощность трехфазной цепи.

Студент должен знать:

- принцип соединения обмоток генератора и потребителя энергии звездой и треугольником;

- что такое симметричная и несимметричная нагрузки;

- соотношение между линейным и фазными токами напряжениями при соединении звездой и треугольником (для обмоток генератора и потребителей);

- назначение нулевого провода;

уметь:

- строить векторные диаграммы токов и напряжений для симметричной и несимметричной нагрузок;

- соединять обмотки трехфазных генераторов трансформатором, потребителей звездой и треугольником;

- различать фазное и линейные величины при различных соединениях приемников электроэнергии;

- производить измерения токов и напряжений, трехфазных цепях.

Самостоятельная работа студентов.

Составить схему подсоединения однофазных и трехфазных потребителей и трехфазным цепям переменного тока.

Вычертить в конспекте векторную диаграмму трехфазной цепи со смещением нейтрали

Тема 1.4 Переходные процессы

Переходные процессы в электрических цепях. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей и методы их решения. Законы коммутации. Понятие о дифференцирующих и интегрирующих цепях. Частотные фильтры, порядок фильтра. Сглаживающие фильтры. Полосовые фильтры. Явление резонанса. Резонанс токов. Резонанс напряжений. Применение резонансных явлений на практике и методы борьбы с резонансом. Фазосдвигающие цепи

Тема 1.5 Электромагнитные устройства и электрические машины

1.5.1 Трансформаторы

Назначение трансформаторов, их классификация.

Вклад Русских ученых Н.Н. Яблочкова и М.О. Доливо-Добровольского в создании и использовании трансформаторов. Однофазный трансформатор, его устройство принцип действия, условное обозначение, коэффициент трансформации. Внешняя характеристика трансформатора. Режим работы трансформатора: холостой ход, рабочее короткое замыкание. Потери энергии и К.П.Д. трансформатора. Понятие об измерительных, сварочных трансформаторах, автотрансформаторах.

Студент должен знать:

- устройство и принцип действия трансформатора;

- как определять параметры трансформаторов по паспортным данным;

- как определить потери мощности и К.П.Д. по результатам измерений;

- коэффициент трансформации по данным измерений токов и напряжений;

уметь:

- различать режимы работы трансформаторов;

- регулировать выходные напряжения с помощью автотрансформатора;

- различать трансформаторы по различным конструктивным признакам.

Самостоятельная работа студентов.

Изучить и законспектировать устройство и принцип действия сварочного трансформатора

1.5.2 Электрические машины постоянного и переменного тока

Электрические машины переменного тока их назначение и классификация. Устройство трехфазного асинхронного электродвигателя. Получение вращающегося магнитного поля в трехфазных электродвигателях. Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя. Пуск в ход и регулирование скорости вращения асинхронных двигателей. Однофазный электродвигатель.

Устройство и принцип действия электрических машин постоянного тока. Магнитная и электрическая цепь.

Обратимость машин. Генераторы постоянного тока. Классификация характеристики. Генератор с независимым и параллельным воздействием. Электродвигатели параллельного, последовательного и смешанного воздействия их применение. Пуск в ход, регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока.

Студент должен знать:

- устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей;

- способы их пуска в зависимости от мощности;

- почему часто вращения ротора асинхронного двигателя меньше синхронной частоты вращения;

- методы регулировки частоты вращения асинхронного двигателя;

- устройство и принцип действия электрических машин постоянного тока;

- способы пуска электродвигателей постоянного тока.

уметь:

- определять: тип, параметр двигателя по его маркировки частоту вращения ротора по значению скольжения и частоте тока в сети;

- подключать двигатель к сети и осуществлять его пуск и реверсирование;

- определить типы и параметры машины постоянного тока по их маркировке;

- строить характеристики генераторов постоянного тока по данным измерений;

- подключить двигатель к сети, осуществлять его пуск и регулировку частоты вращения.

Самостоятельная работа студентов.

Законспектировать механические и рабочие характеристики ДПТ независимого и параллельного возбуждения.

Зарисовать схему включения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Описать принцип работы генератора смешанного возбуждения.

1.5.3 Основы электропривода

Понятие об электроприводе. Уравнение движения электропривода. Механические характеристики нагрузочных устройств. Расчет мощности и выбор двигателя при продолжительном кратковременном и повторно-кратковременном режимах. Аппаратура для управления электроприводом.

Студент должен: знать:

функциональную блок-схему электропривода;

методику расчета мощности электродвигателя при различных режимах работы;

уметь:

объяснить по функциональной схеме устройство электропривода;

выбирать тип электродвигателя по механической характеристике рабочей машины;

выбирать электродвигатель в зависимости от режима работы;

строить для выбранного двигателя реальную нагрузочную диаграмму;

производить расчет мощности двигателя при различных режимах работы;

анализировать работу схем управления электродвигателем.

Основы электробезопасности и энергосбережения

Электроснабжение промышленных предприятий от электрической системы. Назначение и устройство трансформаторных подстанций и распределительных пунктов.

Электрические сети промышленных предприятий: воздушные линии; кабельные линии; внутренние электрические сети и распределительные пункты; электропроводки.

Электроснабжение цехов и осветительных электросетей. Графики электрических нагрузок.

Выбор сечений проводов и кабелей: по допустимому нагреву; с учетом защитных аппаратов; по допустимой потере напряжения.

Эксплуатация электрических установок. Защитное заземление. Защитное зануление.

Студент должен: знать:

преимущества объединения энергосистем;

потери напряжения и энергии в проводах ЛЭП;

метод выбора сечения проводов по таблицам допустимых нагрузок;

назначение защитного заземления и защитного зануления в электроустановках;

уметь:

определять конструкцию и область применения проводов и кабелей по их маркам;

выбирать сечения проводов и кабелей по допускаемой токовой нагрузке и потере напряжения;

отличать защитное заземление от защитного зануления.

Часть 2. Основы электроники

Темы:

2.1 Элементная база современных электронных устройств

2.2 Основы аналоговой электроники

2.2.1 Выпрямители

2.2.2 Понятие об электронных усилителях

2.3 Основы цифровой электроники, микропроцессоры

2.3.1 Логические переменные и логические функции

2.3.2 Комбинационные и последовательностью схемы. Устройства на микропроцессорах

Тема 2.1 Полупроводниковые приборы

Электрофизические свойства полупроводников. Собственная и примесная проводимость. Электронно-дырочный переход и его свойства. Вольтамперная характеристика. Устройство и типы диодов, их применение. Общие сведения о полевых транзисторах. Тристоры, работа, маркировка, применение.

Студент должен знать:

- параметры полупроводниковых приборов по их характеристикам;

- принцип работы полупроводникового диода и его применение;

- принцип работы биполярного транзистора, его схемы включения и применение;

- принцип работы полевого транзистора, его отличия от биполярного;

- принцип работы и применение тристоров.

уметь:

- определять типы проводниковых приборов по их маркировке;

- производить измерения токов и напряжений при снятии входных и выходных характеристики биполярных транзисторов.

Самостоятельная работа студентов.

Изобразить условные обозначения различных типов полупроводниковых приборов, описать кратко их работу применение (по справочнику).

2.2 Основы аналоговой электроники

2.2.1 Электронные выпрямители и стабилизаторы

Выпрямители их назначение, классификация обобщенная структурная схема. Однофазные и трехфазные принципиальные схемы выпрямления, их принцип действия, соотношения между основными электрическими величинами схем. Сглаживающие фильтры, их назначение, виды. Стабилизаторы.

Студент должен знать:

- структурную схему выпрямительного устройства;

- виды схем выпрямления, их принципы работы и параметры;

- схемы стабилизаторов и их принцип работы;

- схемы сглаживающих фильтров и их назначение;

уметь:

составлять схемы одно - двухполупериодных выпрямителей;

изображать графики выпрямительных токов и напряжений для различных типов выпрямителей;

объяснить работу различных сглаживающих фильтров, работу электронных стабилизаторов напряжения тока.

Самостоятельная работа студентов.

По схеме выпрямления, заданной преподавателем, изобразить схему выпрямления и подобрать типы диодов по заданным параметрам схемы.

Тема 2.2 Электронные усилители

Общие сведения об усилителей электрических сигналов. Классификация и основные технические характеристики усилителей. Принцип работы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе. Обратная связь в усилителях. Многокаскадные усилители, температурная стабилизация режима работы. Импульсные и избирательные усилители.

Усилители постоянного тока. Дифференциальные каскады. Операционный усилитель.

Генераторы электрических сигналов. Импульсные и аналоговые. RC-автогенераторы. Генераторы на операционном усилителе..

Студент должен:

знать:

основные технические характеристики электронных усилителей;

принцип работы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе;

принцип работы импульсивного, избирательного, операционного усилителей и усилителей постоянного тока;

назначение обратной связи в усилителях;

методы температурной стабилизации режима работы усилителя;

уметь:

снимать и строить амплитудно-частотную характеристику электронного усилителя;

по АЧХ определять коэффициент усиления усилителя и его полосу пропускания, граничные частоты рабочего диапазона;

выражать коэффициенты усиления усилителя по току, по напряжению, по мощности в логарифмических единицах - децибелах (дБ).

Самостоятельная работа студентов.

По схеме усилителя заданной преподавателем объяснить назначение усилителя и его основные параметры и назначение и режимы работы элементов схемы.

2.3 Основы цифровой электроники, микропроцессоры

2.3.1 Общие сведения о цифровых электронных устройствах. Транзисторный ключ

Логические операции и способы их аппаратной реализации. Сведения об интегральных логических схемах. Триггеры.

2.3.2 Микропроцессор (МП), назначение, классификация, структура и принцип работы микропроцессорного устройства

Содержание контрольной работы по разделу основы электротехника

Задание 1.

Для своего варианта рассчитать:

1. Эквивалентное сопротивление цепи.

2. Ток в каждом резисторе.

3. Проверить выполнение первого закона Кирхгофа во всех узлах схемы и второго Закона Кирхгофа для одного из контуров.

4. Определить мощности, рассеиваемые на резисторах схемы.

5. Проверить выполнение баланса мощностей.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.1 и табл. 1.2.

Таблица 1.1

№ варианта (две последние цифры номера зачетки)	№ рисунка	R1, кОм	R2, кОм	R3, кОм	R4, кОм	R5, кОм	R6, кОм	R7, кОм	R8, кОм
01 - 33	1.01 - 1.33	1,2	2,0	0,3	1,5	1,8	1,2	3,0	2,2
34 - 66	1.01 - 1.33	0,3	1,0	1,5	2,7	0,2	1,3	0,3	1,6
67 - 99	1.01 - 1.33	1,8	1,1	2,0	0,3	1,5	1,2	0,2	1,3

Например, последние две цифры шифра 37. Следовательно, в соответствии с табл. 1.1 для анализа выбирается схема, приведенная на рис. 1.04, а значения резисторов выбираются из строки 2.

Схема 1.01 Схема 1.02 Схема 1.03

Схема 1.04 Схема 1.05 Схема 1.06

Схема 1.07 Схема 1.08 Схема 1.09

Схема 1.10 Схема 1.11 Схема 1.12

Схема 1.13 Схема 1.14 Схема 1.15

Схема 1.16 Схема 1.17 Схема 1.18

Схема 1.19 Схема 1.20 Схема 1.21

Схема 1.22 Схема 1.23 Схема 1.24

Схема 1.25 Схема1.26 Схема 1.27

Схема 1.28 Схема 1.29 Схема 1.30

Схема 1.31 Схема 1.32 Схема 1.33

Рис. 1. Схемы электрических цепей для задачи 1

Задание 2

Рассчитайте токи во всех ветвях цепи по методу контурных токов (МКТ) или методу узловых напряжений (МУН), метод выбирается на усмотрение студента. Произведите проверку баланса мощностей. Схему цепи и сопротивления резисторов выбрать в соответствии с своим вариантом mn.

Задание 3.

Для цепи переменного тока:

1. Рассчитать полное сопротивление цепи при гармоническом воздействии.

2.Найти ток, протекающий через цепь, если на вход подано напряжение, изменяющееся по гармоническому закону.

3. Построить векторную диаграмму тока и напряжения.

Схему цепи и номиналы элементов выбрать в соответствии с вариантом mn - :

для номера зачетки с последними цифрами 01-30 брать соответствующий номер варианта;для номера зачетки 31-60 брать номер варианта mn-30 и т.п.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 1.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ0 = 10⁴ рад/с,

ц= р/4. R1 = R2 = R3 = 100 Ом, C1 = 2 мкФ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 2.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10⁴ рад/с,

ц₀ = р/3. R1 = R2 = R3 = 100 Ом, L1 = 5 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 3.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10⁴ рад/с,

ц₀ = р/4, R1 = R2 = R3 = 10 Ом, L1 = 1 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 4.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10⁴ рад/с,

ц₀ = р/3, R1 = R2 = R3 =10 Ом, C1 = 10 мкФ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 5.

Дано: u(t)=Ucos(щt + ц), U=1 В, щ₀ =10⁴ рад/с,

ц₀ = р/4. R1 = 100 Ом, R2 = R3 = 10 Ом, C1 = 2 мкФ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 6.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10⁴ рад/с,

ц₀ = р/3. R1 = 100 Ом, R2 = R3 = 10 Ом, L1 = 10 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 7.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с,

ц₀ = р/4. R1 = 100 Ом, R2 = 10 Ом, C1 = 10 мкФ.,

L1 = 10 мкФ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 8.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/3.

R2 = 10 Ом, R1 = 100 Ом, L1 = 10 мГн., L2 = 5 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 9.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/4.

R1 = 100 Ом, R2 = 10 Ом, C2 = 2 мкФ., C1 = 1 мкФ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 10.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с,

ц₀ = р/4. R1 = R2 = R3 = 100 Ом, C1 = C2 = 1 мкФ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 11.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с,

ц₀ = р/4. R1 = 1 кОм, R2 = R3 = 10 Ом, C1 = 0.01 мкФ,

L1 = 0.5 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант №12.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10⁴ рад/с,

ц₀ = р/4. R1 = R2 = 10 кОм, C1 = 0.01 мкФ., L1 = 1 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 13.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10⁴ рад/с, ц₀ = р/3.

R1 = 50 Ом, C1 = 0.01 мкФ., C2 = 0.02 мкФ., L1 = 10 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 14.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с,

ц₀ = р/4. C1 = 1 мкФ., C2 = 5 мкФ., L2 = 2 мГн., L1 = 10 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 15.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/4. R1 = 10 Ом, L1 = 4 мГн., L2 = 2 мГн, L3 = 1 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 16.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10⁵ рад/с,

ц₀ = р/2. R1 = 10 Ом, C1 = 0.01 мкФ., L1 = 0.05 мГн,

L2 = 0.1 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 17.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10⁴ рад/с, ц₀ = р/4.

R1 = 10 Ом, C2 = 0.5 мкФ.,C1 = 0.2 мкФ., L1 = 0.01 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 18.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/4. R1 = 10 Ом, C1 = C2 = 1 мкФ., C3 = 5 мкФ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 19.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц),U = 1 В, щ₀ = 10⁴ рад/с, ц₀ = р/3.

R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом, C1 = 0.01 мкФ.,L1 = 0.1 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 20.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц),U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/4. R1 = 10 Ом, R2 = 10 кОм, L1 = 0.5 мГн.,C1 = 0.01 мкФ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 21.

Дано: u(t)=Ucos(щt + ц), U=1 В, щ₀ =10⁵ рад/с, ц₀ = р/2. R1=R2=100 Ом, L2=20 мГн.,L1=5 мГн

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 22.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/3.

R1 = 10 Ом, R2 = 10 кОм, C1 = 0.2 мкФ., L1 = 0.02 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 23.

Дано: u(t)=Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/4.

R1 = R2 = 100 Ом, C1 = 5 мкФ., C2 = 1 мкФ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 24.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/3. R1 = 10 кОм, R2 = 10 Ом, C1 = 0.01 мкФ., L1 = 0.2 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 25.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с,

ц₀ = р/4. R1 = R2 =10 кОм, R3 = 100 Ом, C1 = 0.02 мкФ, L1 = 0.5 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 26.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/4.

R1 = 10 Ом, R2 = 100 кОм, С1 = 1000 пФ, L1 = 0.1 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 27.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/4.

R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом, С1 = 1000 пФ, L1 = 0.1 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 28.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10 рад/с, ц₀ = р/4.

R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом, С1 = 1000 пФ, L1 = 0.1 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 29.

Дано: u(t)=Ucos(щt+ц), U=1 В, щ₀ =10 рад/с, ц₀ = р/4.

R1=10 Ом, R2=10 кОм, С1=500 пФ, L1=0.01 мГн.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант № 30.

Дано: u(t) = Ucos(щt + ц), U = 1 В, щ₀ = 10⁴ рад/с, ц₀ = р/4.

R1=10 Ом, R2=20 Ом, С1=1000 пФ, L1=0.1 мГн

Задание 4

Найти полную, активную и реактивную мощности, потребляемые нагрузкой, для цепи рассчитанной в задании 3,

Методические указания к выполнению контрольной работы по разделу основы электротехнтки

Методические указания к выполнению задания 1.

Решение этой задачи требует знания закона Ома для всей цепи и ее участков, первого закона Кирхгофа и методики определения эквивалентного сопротивления цепи при смешанном соединении резисторов.

Электрические цепи подразделяются на простые и сложные. Цепь, в которой имеется единственный путь для тока, называется простой цепью. Расчет тока в такой цепи (рис. 2.4) осуществляется по закону Ома

где R_OБЩ - общее сопротивление потребителей (нагрузки); U - напряжение на зажимах источника ЭДС.

При последовательном соединении приемников

R_OБЩ = R₁ + R₂.

Рис. 2.4. - Простая электрическая цепь с последовательным соединением элементов	Рис. 2.5. - Сложная электрическая цепь

Цепь, в которой имеется три (или более) пути для токов, называется сложной цепью (рис. 2.5).

Сложная цепь состоит из узлов и ветвей. Ветвь - это участок электрической цепи, обтекаемый одним током. Все элементы ветви (источники, приёмники) соединены последовательно. В электрической цепи количество токов равно количеству ветвей.

Узел - это место соединения трех или более ветвей (узлы "а" и "б" на рис. 2.5).

Контур-состоит из ветвей, которые образуют замкнутый путь для протекания электрического тока.

2.2. Законы Кирхгофа

Согласно первого закона Кирхгофа алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю

?I = 0.

Поскольку речь идет об алгебраической сумме ?I, необходимо учитывать знаки слагаемых токов. Входящие в узел токи принято считать положительными, выходящие - отрицательными. Для узла "а" (рис. 2.5) имеем

I₁ + I₂ - I₃ = 0.

Согласно второго закона Кирхгофа алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на элементах контура

?E = ?R·I.

Для составления уравнения по второму закону Кирхгофа произвольно выбирают направление обхода контура. Принято ЭДС, токи и напряжения считать положительными, если они совпадают по направлению с направлением обхода контура, а если не совпадают - отрицательными. При обходе контура E₁, E₂, R₂, R₁ электрической цепи (рис. 2.5) по часовой стрелке имеем

E₁ - E₂ = R₁·I₁ - R₂ I₂.

2.3. Преобразования в электрических цепях

При расчётах сложных электрических цепей применяют формулы последовательного (смотреть пункт 2.1), параллельного, смешанного соединения элементов, а также преобразования "треугольника" в "звезду" и обратно. Рассмотрим эти соотношения.

2.3.1. Параллельное соединение (рис. 2.6)

Рис. 2.6. - Параллельное соединение элементов

При таком соединении элементов общее сопротивление определяется выражением

При двух сопротивлениях, соединенных параллельно

Если R₁ = R₂ = … R_n, то

где п - число параллельно соединенных элементов.

2.3.2. Смешанное соединение (рис. 2.7)

Смешанным соединением называют сочетание последовательного и параллельного соединений резисторов.

При смешанном соединении элементов для эквивалентного преобразования пользуются методом последовательных эквивалентных преобразований, т.е. последовательно преобразуются участки цепи, имеющие простое (только последовательное, или только параллельное) соединение элементов.

Поясним это на конкретном примере расчета электрической цепи (рис.1.3).

Рис.1.3. Смешанное соединение элементов.

Рис. 2.7. - Смешанное соединение элементов

2.3.3. Преобразование "треугольника" в "звезду" (рис. 2.8)

2.2.4. Преобразование "звезды" в "треугольник" (рис. 2.8)

Рис. 2.8. - Соединение сопротивлений в "треугольник" и "звезду"

2.4. Расчет разветвленной электрической цепи с одним источником энергии

При расчете электрических цепей в большинстве случаев известны параметры источников ЭДС, сопротивления элементов электрической цепи. Задача расчета электрической цепи сводится к определению токов в ветвях. По найденным токам можно рассчитать напряжения на элементах цепи, мощность отдельных элементов и электрической цепи в целом, мощность источников, сечения проводников.

Для расчета электрических цепей с одним источником энергии применяется метод эквивалентных преобразований, заключающийся в постепенном преобразовании и замене последовательно и параллельно соединенных элементов эквивалентными. Всю группу элементов цепи заменяют одним эквивалентным. Преобразования начинают в ветвях, наиболее удалённых от источника. Затем в преобразованной (предельно простой) цепи по закону Ома определяют ток. Полученные в процессе преобразования расчетные схемы позволяют определить токи во всех остальных ветвях.

Пример 1: Рассчитать эквивалентное сопротивление цепи R_экв и, токи в каждом резисторе.

Дано: R₁ = 3 Ом; R₂ = 2 Ом; R₃ = 5 Ом; R₄ = 10 Ом; E = 50 В.

Рис. 2.9 - Пример эквивалентных преобразований:

а) схема электрической цепи до преобразования;

б) расчетная схема после первого преобразования;

в) - расчетная схема после второго (окончательного) преобразования

Определить токи в ветвях схемы, представленной на рис. 2.9, а.

Выбираем направления токов в ветвях. Преобразуем параллельно соединенные резисторы R₂ и R₃, заменяя их эквивалентным элементом R_{2, 3}

Расчетная схема после первого преобразования показана на рис. 2.9, б.

Проводим второе преобразование. Для этого последовательно соединенные резисторы R₁, R_{2, 3}, R₄ заменяем одним эквивалентным R_ЭКВ.

R_ЭКВ = R₁ + R_{2, 3} + R₄ = 3 + 1,43 + 10 = 14,43 Ом.

Теперь исходная схема сведена к простейшей, показанной на рис. 2.9, в, в которой

Для определения токов I₂ и I₃, необходимо определить напряжение U_аб, рис. 2.9, а, которое рассчитываем по рис. 2.9, б

U_аб = R_{2, 3}·I₁ = 1,43·3,47 = 4,96 В.

Возвращаясь к схеме рис 2.9, а, получим

Для проверки правильности расчета токов составляем баланс мощности. Мощность, вырабатываемая всеми источниками энергии в цепи, должна быть равна мощности, потребляемой всеми приёмниками электрической энергии (нагрузкой). Относительная погрешность расчета не должна превышать одного процента.

Мощность, вырабатываемая источником ЭДС

Р_И = Е·I₁ = 50·3,47 = 173,5 Вт.

Мощность, потребляемая нагрузкой

Погрешность баланса мощности

Если баланс сходится с допустимой погрешностью, то расчет токов выполнен верно.

Пример выполнения задачи 1.

Для электрической цепи постоянного тока, приведенной на рис. 4:

1. Рассчитать эквивалентное сопротивление цепи.

2. Рассчитать ток в каждом резисторе.

3. Проверить выполнение первого закона Кирхгофа во всех узлах схемы и второго Закона Киhхгофа для одного из контуров.

4. Определить мощности, рассеиваемые на резисторах схемы.

5. Проверить выполнение баланса мощностей

1. Расчет эквивалентного сопротивления цепи проводим методом последовательных эквивалентных преобразований..

Эквивалентное сопротивление ветвей R₃ и R₄ соединенных параллельно определяем по формуле:

Эквивалентное сопротивление элементов R₂, R₃₄ и R₅, соединенных последовательно находим по формуле:

Эквивалентное сопротивление всей цепи (R₂₃₄₅ и R₁ -соединены параллельно):

2. Рассчитаем токи во всех ветвях.

Ток, потребляемый цепью от источника питания:

Ток в ветви R1:

Ток в ветви R₂₃₄₅:

Определяем потенциал узла «б»:

Определяем потенциал узла «в»:

Очевидно, что I₅ = I₂, откуда

Определяем разность потенциалов между узлами «б» и «в»:

Определяем токи в ветвях R3 и R4:

3. Проверяем выполнение первого закона Кирхгофа для токов в узлах.

Проверяем выполнение второго закона Кирхгофа для контура R₅, R₃, R₂, R₁:

4. Определяем мощности, рассеиваемые на резисторах:

5. Проверяем выполнение баланса мощностей.

Мощность, потребляемая цепью от источника питания:

Составляем уравнение для проверки баланса мощностей:

Баланс мощностей выполняется.

Методические указания к выполнению задания 2.

Методы расчета цепей постоянного (переменного) тока

Под расчетом цепи, в общем случае, понимают нахождение токов во всех ветвях схемы.

Основные методы расчета:

1. Метод токов ветвей.

2.Метод контурных токов.

3. Метод узловых напряжений.

4. Метод наложения.

5. Метод эквивалентных преобразований

Метод токов ветвей

• В общем случае токи сложной электрической цепи могут быть определены в результате совместного решения уравнений, составленных по первому и второму законам Кирхгофа. Для однозначного нахождения всех токов необходимо составить в уравнений, где в- число ветвей схемы (без источников тока).

• Последовательность расчета следующая:

1. Проводят топологический анализ схемы.

1.1. обозначают токи во всех ветвях (I1, I2, …,Iв), произвольно выбирают их положительное направление и обозначают на схеме стрелками;

1.2. подсчитывают общее число узлов у и определяют число независимых узлов Nу=у-1 и показывают их на схеме;

1.3. подсчитывают число независимых контуров Nk = в-у+1, и показывают их на схеме дугой.

2. По первому закону Кирхгофа для независимых узлов и по второму закону Кирхгофа для независимых контуров относительно токов ветвей записывают уравнения. После приведения подобных членов они сводятся к системе линейных алгебраических уравнений (ЛАУ)

Размещено на http://www.allbest.ru/

где x_i =Ii- искомые токи ветвей; a_ji - постоянные коэффициенты, зависящие от параметров пассивных элементов схемы; в_i - постоянные величины, зависящие от параметров активных элементов схемы.

3. Решая систему из в уравнений относительно токов, по методу Крамера находят токи во всех ветвях схемы:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где - главный определитель системы; i - определитель, получается из главного путем замены i-го столбца на столбец свободных членов в_i.

Если значения некоторых токов отрицательные, то действительные направления их будут противоположны первоначально выбранным направлениям. I1

Пример 1. Для электрической цепи рис. 1.1 n = 2, m = 3, и расчет токов цепи осуществляется путем решения следующей системы уравнений

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.5.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа

Пример . Методом непосредственного применения законов Кирхгофа рассчитать токи в схеме на рис.

Число ветвей обозначим m, а число узлов n. Произвольно выбираем положительные направления токов в ветвях и направления обхода контуров. Поскольку в каждой ветви протекает свой ток, то число токов, которое следует определить, а следовательно, и число уравнений, которое нужно составить, равно m. По первому закону Кирхгофа составляем n-1 уравнений. Недостающие m-(n-1) уравнений следует составить по второму закону Кирхгофа для взаимно независимых контуров.

Рис. 2.20. Схема замещения сложной электрической цепи с несколькими источниками энергии:

I, II, III - номера контуров

1. Проводим топологический анализ.

Она содержит пять ветвей и три узла, m = 5, n = 3. Составляем два уравнения по первому закону Кирхгофу, т. к. n - 1 = 2 (например, для узлов а и б).

2. Составляем уравнения по певому и второму законам Кирхгофа

Для узла "а" - I₁ - I₂ + I₄ = 0.

Для узла "б" - I₁ + I₂ - I₃ - I₅ = 0.

Остальные m - (n - 1) = 3 уравнения составляем по второму закону Кирхгофа.

Для контура I - R₁·I₁ - R₂·I₂ = - E₁ + E₂.

Для контура II - R₂·I₂ + R₃·I₃ + R₄·I₄ = - E₂ - E₃.

Для контура III - - R₃·I₃ + R₅·I₅ = E₃.

Решив систему, состоящую из пяти уравнений, находим пять неизвестных токов. Если какие-либо значения токов оказались отрицательными, то это означает, что действительные направления этих токов противоположны первоначально выбранным.

При расчётах сложных цепей с использованием ЭВМ удобна матричная форма записи. Уравнения, составленные по законам Кирхгофа, запишем в виде

- I₁ - I₂ + 0 + I₄ + 0 = 0

I₁ + I₂ - I₃ + 0 - I₅ = 0

R₁·I₁ - R₂·I₂ + 0 + 0 + 0 = - E₁ + E₂

0 + R₂·I₂ + R₃·I₃ + R₄·I₄ + 0 = - E₂ - E₃

0 + 0 + - R₃·I₃ + 0 + R₅·I₅ = E₃.

В матричной форме

или [R]·[I] = [Е],

где [R] - квадратная (5 х 5) матрица, элементами которой являются коэффициенты при неизвестных токах в исходных уравнениях;

[I] - матрица - столбец неизвестных токов;

[E] - матрица - столбец, элементами которой могут быть алгебраическая сумма ЭДС.

Решение матричного уравнения ищут в виде

[I] = [R]^-1·[E],

где [R]^-1 - матрица, обратная матрице [R].

Рассмотренный метод расчета неудобен, если в цепи имеется большое количество узлов и контуров, поскольку потребуется решать громоздкую систему уравнений. В таких случаях рекомендуется применять метод контурных токов, позволяющий значительно сократить число расчетных уравнений 2.

Метод контурных токов

Метод основан на 2-м законе Кирхгофа. При его использовании в составе анализируемой схемы выбирают независимые контуры и предполагают, что в каждом из контуров течет свой контурный ток. Для каждого из независимых контуров составляют уравнение по 2-му закону Кирхгофа и их решают. Токи в ветвях находят как алгебраическую сумму контурных токов, протекающих по данной ветви.

Все источники сигналов, представленные источниками тока, заменяют источниками ЭДС (рис. 4.29).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эта схема эквивалентна, если

а) E = IZ_i^I;

б) Z_i^II = Z_i^I.

1) Топологический анализ схемы.

а) Как и в предыдущем методе, определяют число ветвей b.

б) Определяют число узлов у.

в) Подсчитывают число независимых контуров N_k = b - y + 1.

Все независимые контуры обозначены дугами со стрелками на них, которые показывают положительное направление обхода.

Все контуры нумеруют и каждому контуру присваивают свой контурный ток: I_k1; I_k2; I_kNk.

За положительное направление контурного тока принимают положительное направление обхода контура.

2) По второму закону Кирхгофа относительно контурных токов записывают уравнения, которые после приведения подобных членов образуют систему линейных уравнений N_k = N_k порядка:

где I_ki - контурный ток i-го контура;

Z_ii - собственное сопротивление i-го контура и равно алгебраической сумме сопротивлений, входящих в i-й контур;

Z_ji - сопротивление смежных ветвей между i-м и j-м контурами. Оно представляет собой алгебраическую сумму, причем ее члены берутся со знаком «+», если контурные токи направлены одинаково, и со знаком «-», если они направлены встречно;

E_ki - контурная ЭДС i-ого контура. Она равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в i-й контур. Контурная ЭДС E_ki берется со знаком «+», когда направление источника ЭДС и направление тока совпадают, и со знаком «-», если они направлены встречно.

...