Методички 3 курс / Методичка Э и Э
.pdfМИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ
ФГБОУ ВПО ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ГПС МЧС РОССИИ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
А.С. Соловьев, А.Г. Горшков, Г.А. Бакаева
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Задания и методические указания по выполнению контрольной работы слушателями факультета заочного обучения специальность 280705.65
Воронеж 2012
Электротехника и электроника: задания и методические указания по выполнению контрольной работы слушателями заочного факультета. – Воронеж: ВИ ГС МЧС России, 2012. – 46 с.
Материал пособия изложен в соответствии с тематическим планом и теоретическими разделами курса «Электротехника и электроника», читаемого в Воронежском институте ГПС МЧС России. В издании приведены задания к контрольным работам, справочные таблицы, перечень вопросов к зачету и список рекомендуемой литературы. Представлены подробно разобранные примеры решения задач по каждому разделу дисциплины.
Методическое указание предназначено для слушателей факультета заочного обучения (специальность 280705.65) Воронежского института ГПС МЧС России.
© ВИ ГПС МЧС России, 2012
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение |
4 |
Общие методические указания к выполнению контрольных работ |
5 |
Содержание дисциплины |
7 |
Примеры решения задач |
9 |
Контрольная работа |
17 |
Вопросы к зачету |
38 |
Приложения |
41 |
Литература |
46 |
Введение
Настоящее методические указания к выполнению контрольных работ написано в соответствии учебной программе по электротехнике и электронике для слушателей факультета заочного обучения Государственной противопожарной службы МЧС России.
Учебное пособие включает в себя контрольные задания по таким разделам электротехники и электроники, как электромагнетизм, однофазный и трехфазный переменный ток, электрические машины постоянного и переменного тока, электронные приборы. В пособие даны общие методические указания по решению и оформлению задач. В начале методического пособия разобраны примеры решения задач, что позволяет оказать максимальную помощь слушателям при решении контрольной работы. В конце пособия приведены справочные таблицы по тематике задачника.
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ И ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
1.За время изучения курса электротехники и электроники слушатель-заочник должен представить в учебное заведение одну контрольную работу.
2.Номера задач, которые слушатель должен включить в свою контрольную работу, определяются по таблицам вариантов.
3.Контрольные работы нужно выполнять чернилами в отдельной тонкой тетради, на обложке которой необходимо привести сведения по следующему образцу:
Факультет заочного обучения Контрольная работа по предмету Электротехника и электроника.
Слушателя ___ группы
Иванова Ивана Петровича
Шифр ___, вариант ___
Адрес:394057 г. Воронеж, ул. Домостроителей, 7, кв. 55
4.Условия задач в контрольной работе надо переписать полностью без сокращений. Для замечаний преподавателя на страницах тетради оставить поля.
5.Решение каждой следующей задачи в контрольной работе должно начинаться с новой страницы.
6.Решения задач следует сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями; в тех случаях, когда это, возможно, дать чертеж, выполненный с помощью чертежных принадлежностей.
7.Решать задачу надо в общем, виде, т.е. выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи. При таком способе решения не производятся вычисления промежуточных величин.
8.После получения расчетной формулы для проверки ее правильности следует подставить в правую часть формулы вместо символов величин размерности этих величин, произвести с ними необходимые действия и убедиться в том, что полученная при этом единица измерения соответствует искомой величине.
9.Числовые значения величин при подстановке их в расчетную формулу следует выражать только в единицах СИ. В виде исключения допускается выражать в любых, но одинаковых единицах числовые значения однородных величин, стоящих в числителе и знаменателе дроби и имеющих одинаковые степени.
10. При подстановке в расчетную формулу, а также при записи ответа числовые значения величин следует записывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти. Например, вместо 3520 надо записать
3,52 103, вместо 0,00129 записать 1,29 10 3 и т.п.
11.В конце контрольной работы указать, каким учебником или учебным пособием слушатель пользовался при изучении курса электротехники и электроники (название учебника, автор, год издания). Это необходимо для того, чтобы рецензент в случае необходимости мог указать, какие разделы курса следует изучить слушателю для завершения контрольной работы.
12.Если контрольная работа при рецензировании не зачтена, слушатель обязан представить ее на повторную рецензию, включив в нее те задачи, решения которых оказались неверными. Повторную работу необходимо представить вместе с не зачтенной.
14.Зачтенную контрольную работы предъявляются экзаменатору. Слушатель должен быть готов во время экзамена дать пояснения по существу решения задач, входящих в контрольные работы.
Содержание дисциплины
Раздел 1. Электротехника Тема 1. Основы электростатики
Строение вещества. Электрические заряды. Закон Кулона. Электрическое поле. Принцип суперпозиции. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциал. Электроемкость. Конденсаторы. Соединения конденсаторов.
Тема 2. Постоянный электрический ток.
Закон Ома для участка цепи. Сопротивление. Последовательное, параллельное и смешанное соединение сопротивлений. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Расчет проводов на потерю напряжения. Источники электрического тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для замкнутой цепи. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Методы расчета электрических цепей.
Тема 3. Электромагнетизм.
Магнитное поле проводника с током. Магнитные свойства веществ. Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность.
Тема 4. Однофазный переменный ток Получение переменного тока. Действующие значения тока и напряжения.
Метод векторных диаграмм. Цепь переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Последовательная цепь переменного тока. Резонанс напряжений. Параллельная цепь переменного тока Резонанс токов. Мощность переменного тока.
Тема 5. Трехфазный переменный ток Принцип построения трехфазной системы. Соединение звездой. Соединение
треугольником. Мощность трехфазной системы и методы ее измерения. Тема 6. Электрические измерения и приборы
Классификация измерительных приборов и погрешности измерений. Устройство электроизмерительных приборов. Приборы магнитноэлектрической, электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем. Однофазный индукционный счетчик электрической энергии. Омметр. Термоэлектрические и детекторные приборы. Цифровые измерительные приборы. Измерение неэлектрических величин электрическими методами. Датчики.
Тема 7. Трансформаторы Устройство и принцип работы трансформатора. Режим работы
трансформатора. Коэффициент полезного действия трансформатора. Трехфазные трансформаторы. Измерительные трансформаторы.
Тема 8. Электрические машины переменного тока Классификация машин переменного тока. Устройство и принцип работы
асинхронного двигателя. Устройство и принцип работы синхронного генератора. Характеристики синхронной машины в режиме двигателя. Пуск и остановка синхронного двигателя. Характеристики синхронного двигателя.
Тема 9. Электрические машины постоянного тока Устройство и принцип работы генератора постоянного тока. ЭДС и
вращающий момент генератора постоянного тока. Способы возбуждения генераторов постоянного тока. Двигатели постоянного тока. Способы возбуждения двигателей постоянного тока.
Тема 10. Производство и распределение электроэнергии Электрические станции. Энергетические системы. Распределение энергии между потребителями.
Тема 11. Электропривод Уравнение движения электропривода. Основные режимы работы
электропривода. Выбор мощности двигателя. Выбор вида и типа двигателя. Управление электроприводом.
Раздел 2. Электроника Тема 12. Электронные приборы
Общие сведения о полупроводниках. Полупроводниковые диоды. Стабилитроны. Тиристоры. Биполярные транзисторы. Полевые транзисторы. Оптоэлектронные устройства. Интегральные микросхемы.
Тема 13. Основы электроники Основные схемы выпрямления переменного тока. Сглаживающие фильтры.
Стабилизаторы напряжения. Типы усилителей на транзисторах. Генераторы синусоидальных колебаний. Генераторы колебаний специальной формы. Элементы цифровых электронных цепей.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Пример 1. К выводам плоского воздушного конденсатора приложено напряжение U=800 В. Определить напряженность электрического поля конденсатора при расстоянии между пластинами d=5 мм и силу, действующую в этом поле на единичный заряд Q=l,5 10-7 Кл. Определить емкость конденсатора, если площадь каждой пластины S=24 см2. Как изменится его емкость, если конденсатор поместить в спирт? •
Решение.
Напряженность электрического поля плоского конденсатора
E=U/d=800/(5 103)=16 104 В/м
Если заряд помещен в электрическое поле конденсатора, то
F=EQ=16 104 1,5 10-7=0,024 Н.
Емкость плоского воздушного конденсатора
С= 0S/d=8,85 10-12 24 10-4/(0,5 10-2)=4,25 10-12Ф=4,25 пФ
Если конденсатор помещен в спирт, диэлектрическая проницаемость которого =33, емкость увеличивается в 33 раза при неизменном расстоянии между пластинами и площади пластин:
С =С =4,25пФ 33=140 пФ.
Пример 2. Определить ЭДС генератора и его внутреннее сопротивление, если при мощности нагрузки Р1=2,7 кВт напряжение на зажимах генератора U=225 В, при мощности Р2=1,84 кВт напряжение U=230 В.
Решение.
Определим токи, проходящие в нагрузке, для обоих случаев:
I1=P1/U1=2,7 103/225=12 A,
I2=P2/U2=1,84 103/230=8 A.
Воспользуемся законом Ома для всей цепи:
I=E/(R+r) или E=IR+Ir
и запишем два уравнения (для двух режимов работы цепи):
E=I1R+I1r=225+12r, E=I2R+I2r=230+8r.
Решая эту систему уравнений, определяем Е и г: Е=240 В, r=1,25 Ом. Пример 3. На половину длины каркаса с наружным диаметром D=240
мм и внутренним d=190 мм, имеющим прямоугольное сечение площадью S=400 мм2, равномерно нанесена обмотка медным проводом. Определить число витков, индуктивность, сопротивление обмотки и необходимую длину провода (для намотки в один ряд), если магнитная индукция катушки на ее
оси составляет В=1,6 10-3Тл при токе катушки I=3,6 А. Плотность тока J=2 А/мм2.
Решение.
В связи с тем что намотка произведена на половину длины каркаса, расчет надо вести по формулам для прямолинейной катушки.
Напряженность поля катушки
H=Iw/lk =2Iw/lср, где lk =1/2 lср; lср= Dср, где
Dср=(D+d)/2=(240+190)/2=215 мм.
Напряженность поля можно определить из соотношения
В=µµ0H,
откуда
Н=B/µµ0=1,6 10-3/1,256 10-6=1274 А/м.
Тогда w=Hlср/2I=1274 675 10-3/2 3,6=120витков.
Определим индуктивность катушки:
L=wФ/I=wBS/I=120 1,6 10-3 400 10-6/3,6=21,4 10-6 Гн, или
L= µµ0w2S/lср=1,256 10-6 1202 400 10-6/0,5 675 10-3=21,4 10-6 Гн.
Найдем необходимую длину провода для намотки этой катушки. Длина одного витка lвит=82 мм. Длина провода
lпр= lвит w=82 120=9840 мм=9,84м.
Определим диаметр и сечение медного провода, примененного для намотки катушки:
Sпр=I/J=3,6/2=1,8 мм2,
пр ,
dпр= = , =0,57 мм.
Тогда его сопротивление
R= l/S=0,0176 9,84/1,8=0,096 Ом
Пример 4. Генератор переменного тока имеет частоту вращения 2800 об/мин. Определить частоту, период и угловую частоту электрического тока, если число пар полюсов генератора равно 6.
Решение.
Частота электрического тока генератора f=pn/60=6 2800/60=280 Гц.
Период Т=1/f=1/280=0,0036 c и угловая частота
=2 /T=2 f=2 3,14 280=1750 1/c.
Пример 5. Напряжение, приложенное к неразветвленной цепи переменного тока, u=180sin(wt+ /4) B , ток i=2,7 sin ( t- /6) А. Определить время и угол сдвига по фазе между ними, их действующие значения, мгновенные значения для t=0 и построить векторную диаграмму для момента времени t=0, если f=20 Гц.
Решение.
Угол сдвига по фазе между двумя синусоидально изменяющимися сигналами
= u- i= /4- /6=5 /12=75 .
Временной сдвиг