Министерство образования Республики Беларусь

Главное управление образования

Гродненского облисполкома

Учреждение образования «Гродненский

государственный политехнический колледж»

УТВЕРЖДАЮ

Директор колледжа

________________С.В.Храпко

«__»_________________20__ г.

Основы электротехники

Методические указания

к контрольной работе

для учащихся заочной формы обучения

Часть 1

Программа. Методические указания к выполнению контрольной работы

Специальность

2-70 02 01 «Промышленное и гражданское

строительство»

Гродно

2019

Составитель: Телеш Н.А.,

преподаватель колледжа

Обсуждены и одобрены на заседании цикловой комиссии дисциплин общепрофессионального цикла специальностей 2-70 02 01-01 «Промышленное и гражданское строительство» (производственная деятельность) и общепрофессиональных и профилирующих дисциплин специальности 2-70 03 31 «Строительство дорог и транспортных объектов».

протокол № _ от _____________ 20__ года

Пояснительная записка

Цель изучения дисциплины «Основы электротехники » - дать технику – строителю необходимые знания по общей электротехнике. Программой предмета предусмотрено изучение методов расчета электрических и магнитных цепей постоянного и переменного токов.

Программа дисциплины «Основы электротехники» Состоит из десяти разделов - электрическое поле, электрические цепи постоянного тока, электромагнетизм, однофазные и трехфазные электрические цепи переменного тока, электрические измерения, трансформаторы, электрические машины постоянного и переменного тока, полупроводниковые приборы.

В результате изучения дисциплины у учащихся должны быть сформированы знания и умения, соответствующие настоящей программе.

Учащиеся должны знать:

• основные законы электротехники;

• физические принципы действия основных электротехнических и электронных приборов;

• основные единицы измерения электрических и магнитных величин;

• устройство и принцип действия электрических машин и трансформаторов

Учащиеся должны уметь:

• читать электрические схемы несложных электроустановок;

• подбирать по назначению электроизмерительные приборы, выполнять электрические измерения;

• производить несложные расчеты электрических цепей постоянного и переменного тока

Тематический план

3. Электромагнетизм

Основные свойства и характеристики магнитного поля. Закон Ампера. Магнитная индукция. Магнитный поток и потокосцепление. Собственная индуктивность. Взаимная индуктивность. Магнитные свойства веществ. Магнитные цепи. Сила, действующая на провода с током в магнитном поле. Тяговое усилие электромагнита. Силы, действующие на параллельные провода с токами. Свободная заряженная частица в магнитном поле. Энергия магнитного поля. Закон электромагнитной индукции. ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции. Вихревые токи. Принцип преобразования механической энергии в электрическую.

Литература: [1](§3.1-3.5), [2](§3.1-3.17)

Вопросы для самопроверки

1. Как установить наличие магнитного поля в данной точке пространства?

2. Сформулируйте определения основных магнитных величин: индукции, магнитного потока, напряженности, абсолютной магнитной проницаемости, магнитной проницаемости, намагничивающей силы. В каких единицах они измеряются?

3. В чем заключается закон Ампера? Напишите его математическое выражение.

4. Приведите определение собственной индуктивности и взаимоиндуктивности катушки. Что оценивает собой индуктивность катушки?

5. В каком случае имеет место взаимная индуктивность? Что показывает коэффициент взаимной связи между обмотками?

6. Как определить электромагнитную силу, действующую на проводник с током, находящийся в магнитном поле?

7. Что можно определить на основании правила левой руки?

8. Напишите формулу, определяющую силу взаимодействия двух параллельных проводников с токами.

9. Определите энергию, заключенную в магнитном поле.

10. Поясните процесс намагничивания ферромагнитного материала.

11. Как формулируется закон полного тока? Поясните, каким образом на его основе рассчитывают магнитную цепь.

12. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Напишите формулу для определения ЭДС, наведенной в проводнике и контуре.

13. Сформулируйте закон Ленца.

14. В чем заключается правило правой руки?

15. Поясните явление самоиндукции. Какая формула определяет ЭДС самоиндукции?

3. Однофазные электрические цепи переменного тока

Получение синусоидальной ЭДС и тока, их уравнения и графики. Характеристики синусоидальных величин. Электрические цепи с активным или реактивным сопротивлением. Векторные диафрагмы. Неразветвленная цепь переменного тока. Резонанс напряжений. Разветвленная цепь переменного тока. Резонанс токов. Реактивная мощность, ее компенсация.

Лабораторная работа.

Исследование параллельного соединения катушки индуктивности и конденсатора.

Литература: [1](§5.1-5.5), [2](§4.1-4.6, 5.1-5.12)

Вопросы для самопроверки

1. Поясните основные параметры переменного тока: период, частота, амплитуда, фаза, начальная фаза.

2. Поясните процесс получения синусоидальной ЭДС с помощью простейшего генератора переменного тока.

3. Начертите графики тока, напряжения, мощности и векторную диаграмму для цепи с активным сопротивлением. Какой вид имеет закон Ома для такой цепи?

4. Начертите графики тока, напряжения, мощности и векторную диаграмму для цепи с индуктивностью. Какой вид имеет закон Ома для такой цепи?

5. Начертите графики тока, напряжения, мощности и векторную диаграмму для цепи с емкостью. Какой вид имеет закон Ома для такой цепи?

6. Начертите графики тока, напряжения, мощности и векторную диаграмму для неразветвленной цепи с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью. Какой вид имеет закон Ома для такой цепи?

7. Начертите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей для неразветвленной цепи с R, L, C.

8. В чем заключается явление резонанса напряжений? Его последствия?

9. При каких условиях в цепи наступает резонанс напряжений? Может ли напряжение на катушке и конденсаторе превышать напряжение сети?

10. При каких условиях в цепи наступает резонанс токов?

11. В чем заключается принципиальное отличие реактивной мощности от активной?

12. Каковы вредные последствия низкого значения коэффициента мощности?

13. Почему установка конденсаторов на подстанции приводит к увеличению коэффициента мощности?

Содержание дисциплины

Введение

Задачи и содержание дисциплины, ее связь с другими дисциплинами. Перспективные направления использования электроэнергии в совершенствовании строительных технологий, электрификации строительных машин и механизмов. Значение электротехнической подготовки техника-строителя.

Литература: [1](Введение)

1. Электрическое поле

Понятие об электрическом поле. Основные характеристики: напряженность, потенциал, электрическое напряжение, Закон Кулона. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Электроизоляционные материалы и их практическое использование. Электрическая емкость. Соединение конденсаторов.

Литература: [1](§1.1-1.4), [2](§1.1-1.8)

Вопросы для самопроверки

1. Какие две стороны электромагнитного поля вам известны?

2. Как пояснить материальность электромагнитного поля?

3. Изобразите электрическое поле положительного точечного заряда

4. Что называется напряженностью электрического поля и электрическим напряжением? В каких единицах измеряется каждая величина?

5. Приведите определение потенциала

6. Сформулируйте Закон Кулона. Как изменится сила, с которой действуют друг на друга два заряда при увеличении расстояния между ними в два раза?

7. В чем заключается явление поляризации диэлектриков?

8. Что называется электрической прочностью изоляции, в каких единицах она измеряется?

9. В чем заключается отличие электрического пробоя от теплового?

10. От чего зависит емкость плоского конденсатора? Как изменится его емкость, если увеличить площадь его пластин в 4 раза, а расстояние между ними уменьшить в 2 раза?

3. Электрические цепи постоянного тока

Общие сведения об электрических цепях. Электрический ток, его разновидности. Направление, величина и плотность электрического тока. Электрическая проводимость и сопротивление проводников. Удельное сопротивление и удельная проводимость. Закон Ома для участка цепи. Резистор. Зависимость сопротивления от температуры. Проводниковые материалы и изделия. Соединение резисторов. Электродвижущая сила источника. Энергия и мощность в электрической цепи, баланс мощностей. Преобразование электрической цепи, баланс мощностей. Преобразование электрической энергии в теплоту. Закон Ома для всей цепи. Понятие о режимах электрических цепей. Схемы электрических цепей. Условное обозначение на электрических схемах.

Законы Кирхгофа. Основы расчета электрических цепей постоянного тока. Понятие о расчете сложных цепей. Понятие о расчете сложных цепей. Понятие о нелинейных цепях.

Лабораторная работа.

Исследование электрических цепей при параллельном и последовательном соединении резисторов.

Литература: [1](§2.1-2.8), [2](§2.1-2.14)

Вопросы для самопроверки

1. Из каких элементов состоит электрическая цепь?

2. Какое явление называется электрическим током?

3. В чем различие тока проводимости и тока поляризации?

4. Сформулируйте закон Ома для участка цепи и для всей цепи?

5. В чем заключается различие линейного и нелинейного резисторов?

6. Что такое электродвижущая сила источника? В каких единицах она измеряется?

7. Какие режимы электрической цепи вам известны? Чем отличается рабочий режим от номинального?

8. Приведите определение участков схемы электрической цепи: узел, ветвь, контур.

9. В чем заключается суть методов узлового напряжения, контурных токов?

10. Сформулируйте закон Кирхгофа

9. Электронные и полупроводниковые приборы и устройства.

Устройство, принцип действия и применение электровакуумных ламп: электровакуумный диод, его вольт-амперная характеристика, параметры, области применения; электровакуумный триод, его устройство, роль управляющей сетки, статические характеристики и параметры, применение; понятие о многоэлектродных электровакуумных приборах; маркировка электронных ламп.

Газоразрядные приборы с несамостоятельным дуговым разрядом.

Электрофизические свойства полупроводников, собственная и примесные проводимости. Электронно-дырочный переход и его свойства; вольт-амперная характеристика. Устройство диодов. Выпрямительные диоды. Универсальные высокочастотные диоды. Кремниевые стабилитроны. Характеристики, параметры, обозначение и маркировка диодов. Применение диодов.

Биполярные транзисторы, их устройство, три способа включения. Разновидности биполярных транзисторов. Общие сведения о полевых транзисторах. Условные обозначения и маркировка транзисторов.

Литература: [1](§10.1-10.7)

Вопросы для самопроверки

1. Почему ламповый диод является выпрямителем переменного тока?

2. Какова роль управляющей сетки в триоде?

3. Начертите схему пентода, и объясните назначение электродов. Почему эта лампа по своим усилительным свойствам является наилучшей?

4. Какие виды и особенности газовых разрядов вы знаете? Какие электрофизические процессы протекают при этом?

5. Как устроены и работают : газотроны и тиратроны; газоразрядные лампы дневного света; стабилитроны. Начертите их графические условные обозначения.

6. Что называют собственной и примесной проводимостью полупроводников?

7. Нарисуйте электронно-дроидный переход и объясните его свойства и характеристики.

8. Как устроен полупроводниковый диод? Почему его используют как выпрямитель переменного тока?

9. Начертите структурную схему устройства транзистора и объясните, почему он используется как усилительный элемент. Какие возможны способы включения транзистора?

10. Какие основные характеристики имеет включения транзистора?

11. Как устроен тиристор и для чего он применяется?

12. Объясните принципиальное различие между биполярными и полевыми транзисторами.

1. Методические указания к контрольной работе

Вариант контрольной работы определяется последними двумя цифрами учебного шифра. Контрольная работа выполняется на листах формата А4. На каждой странице составляются поля для замечаний преподавателя. В конце контрольной работы должен быть список используемой литературы. Титульный лист оформляется в соответствии с приложением 1. Выполненная работа направляется на рецензирование в колледж не позднее чем за две недели до начала лабораторно-экзаменационной сессии. Получив контрольную работу, учащийся, при необходимости, должен устранить замечания. Не зачтенные контрольные работы дорабатываются и представляются повторно. Контрольная работа состоит из пяти задач.

1. Методические указания к решению задач. Примеры решения.

Решение задачи требует знаний Закона Ома для всей цепи и ее участков, законов Кирхгофа, методики определения эквивалентного сопротивления цепи при смешанном соединении резисторов, а также умения вычислять мощность и работу электрического тока.

1. Д ля схемы определить эквивалентное сопротивление цепи R_АВ и токи на каждом резисторе, а также расход электроэнергии цепью за 8 часов работы.

Схема 1

1. Определяем общее сопротивление разветвления R_CD, учитывая, что резисторы R₃ и R₄ соединены последовательно между собой, а с резистором R₅ - параллельно; R_CD=(R₃+R₄)R₅/(R₃+R₄+R₅)= =(10+5)·10/(10+5+10)=6Ом

2. Определяем общее сопротивление цепи относительно вводов СЕ. Резисторы R_CD и R₂ включены параллельно, поэтому R_CЕ=R_CDR₂/(R_CD+R₂) = 6·3/(6+3)= 2Ом

3. Находим эквивалентное сопротивление всей цепи: R_АВ=R₁+R_CЕ=8+2=10Ом

4. Определяем токи в резисторах цепи. Так как напряжение U_AD приложено ко всей цепи, а R_АВ=10Ом, то согласно закону Ома I₁=U_AB/R_AB=150/10=15A. Для определения тока I₂ находим напряжение на резисторе R₂, т.е. U_СЕ. Очевидно, U_СЕ меньше U_AB на потерю напряжения в резисторе R₁, т.е. U_СЕ.= U_AB-I₁ R₁=150-15·8=30В. Тогда I₂= U_СЕ./ R₂ =30/3=10А. Так как U_СЕ. = U_CD, то можно определить токи I_3,4 и I₅ I_3,4= U_CD/( R₃+ R₄)=30/(10+5)=2А, I₅= U_CD/ R₅=30/10=3А. На основании первого закона Кирхгофа, записанного для узла С, проверим правильность определения токов: I₁=I₂+I_3,4+I₅ или 15=10+2+3=15А.

5. Расход энергии цепью за восемь часов работы: W=PT-U_AB I₁t=150·15·8=18000Вт·ч=18кВтч