3. Трехфазные электрические сети

Трехфазная симметричная ЭДС. Соединение обмоток источника звездой, треугольником. Соединение приемника звездой, треугольником. Трехфазная несимметричная цепь: соединение источника и приемника звездой, четырехпроводная трехфазная цепь, роль нулевого провода. Аварийные режимы в трехфазных цепях

Литература: [1](§6.1-6.5), [2](§6.1-6.7)

Вопросы для самопроверки

1. Почему в настоящее время трехфазные цепи получили повсеместное распространение?

2. Поясните методику получения трехфазной симметричной системы ЭДС

3. Чем отличается несвязанная и связанные трехфазные системы?

4. Начертите схему соединения обмоток генератора треугольником и покажите фазные ЭДС и линейные напряжения.

5. Начертите векторную диаграмму напряжений и токов при соединении в треугольник симметричной трехфазной активно-индуктивной нагрузки.

6. Какие аварийные режимы в трехфазных цепях вам известны?

3. Электрические измерения и приборы

Общие сведения об электрических измерениях и электроизмерительных приборах, измерении тока и напряжения. Измерение мощности и энергии. Измерение сопротивлений. Погрешность измерения. Расширение пределов измерений.

Литература: [1](§4.1-4.4), [2](§11.1-11.17)

Вопросы для самопроверки

1. Какие погрешности называются: а) абсолютной?, б) относительной?

2. Каким образом можно классифицировать электроизмерительные приборы?

3. На какие классы точности делятся электроизмерительные приборы? Что указывает класс точности 0,5?

4. Каким образом можно расширить пределы измерения тока и напряжения при постоянном токе?

5. Почему сопротивление обмотки амперметра должно быть малым, а вольтметра большим по сравнению с сопротивлением нагрузки?

6. Что произойдет в электрической цепи при параллельном включении амперметра?

7. Поясните методику определения шунта и добавочного сопротивления?

8. Начертите схему включения электродинамического ваттметра для измерения мощности, потребляемой лампами.

9. Какими методами можно измерить сопротивление? Особенности каждого метода?

10. Начертите схему измерения сопротивления изоляции между: а) проводом и землей; б) двумя проводами.

3. Трансформаторы

Назначение трансформаторов, классификация. Принцип действия и устройство однофазного трансформатора. Режимы трансформатора; холостой ход; режим короткого замыкания; потери энергии и КПД трансформатора. Типы трансформаторов и их применение: трехфазные, многообмоточные; сварочные; измерительные; автотрансформаторы.

Лабораторная работа.

Исследование работы однофазного силового трансформатора

Литература: [1](§7.1-7.7), [2](§7.1-7.7)

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение трансформатора в энергосистеме при передаче и распределении электрической энергии?

2. Поясните назначение и устройство отдельных элементов трансформатора: магнитопровода, обмоток, расширителя, изоляторов.

3. Почему стальной магнитопровод должен иметь по возможности небольшие воздушные зазоры?

4. Поясните принцип работы трансформатора. Почему он может работать только на переменном токе?

5. Какие формулы позволяют определить ЭДС Е₁ и Е₂ , наводимые в обмотках трансформатора?

6. Поясните каждое их основных номинальных параметров трансформатора; номинальную мощность, напряжение и токи в обмотках.

7. Начертите схему однофазного автотрансформатора. В чем его отличие от трансформатора?

8. Каковы особенности сварочного трансформатора? Почему такой трансформатор должен обладать крутопадающей характеристикой?

9. Каковы назначения измерительных трансформаторов тока и напряжения? Начертите схему их включения?

3. Электрические машины переменного тока

Магнитное поле машин переменного тока. Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя. Устройство и рабочий процесс асинхронных электродвигателей. Электромагнитный момент. Пуск в ход и регулирование частоты вращения. Однофазный электродвигатель. Понятие о синхронном электродвигателе.

Литература: [1](§8.1-8.10), [2](§8.1-8.14)

Вопросы для самопроверки

1. Приведите классификацию машин переменного тока. Каковы их преимущества и недостатки?

2. Поясните получение трехфазного вращающегося магнитного поля. Какие синхронные скорости можно получить при частоте тока в сети 50Гц?

3. Поясните устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным ротором. Каково назначение контактных колец и щеток у двигателя с фазным ротором?

4. Напишите формулу для определения скольжения. В каких пределах может изменяться это значение?

5. Чему равно скольжение ротора при пуске двигателя?

6. Напишите формулы для ЭДС Е₁ и Е₂, наводимых в фазах обмоток статора и неподвижного ротора.

7. Напишите формулу для определения силы тока в фазе вращающегося и неподвижного ротора.

8. От каких величин зависит вращающий электромагнитный момент асинхронного двигателя?

9. Начертите график зависимости вращающегося момента двигателя от скольжения.

10. Какими методами можно осуществить пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным ротором

11. Поясните методы регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя.

12. Поясните устройство, принцип действия и область применения однофазного асинхронного двигателя. Почему такой двигатель сам не может выйти из состояния покоя?

13. Какой вид имеют рабочие характеристики асинхронного двигателя?

14. Изложите принцип действия и устройство синхронного двигателя.

9. Электрические машины постоянного тока

Устройство и принцип действия машин постоянного тока. Рабочий процесс машин постоянного тока: обратимость; реакция якоря; понятие о коммутации. Генераторы постоянного тока: с независимым возбуждением; параллельным возбуждением; смешанного возбуждения. Пуск вход и регулирование скорости.

Литература: [1](§9.1-9.8), [2](§9.1-9.12)

Вопросы для самопроверки

1. Поясните устройство и назначение станины якоря, коллектора машины постоянного тока

2. Поясните принцип действия генератора и двигателя постоянного тока.

3. Напишите формулы, связывающие ЭДС, напряжение на выводах и падение напряжения в обмотке якоря для генератора и двигателя постоянного тока.

4. Какие последствия может вызвать в машине действие реакции якоря?

5. Начертите схемы генераторов с независимым, параллельным и смешанным возбуждением.

6. Начертите характеристики холостого хода, внешнюю и регулировочную для генератора с независимым возбуждением и поясните причины снижения напряжения на выводах и нагрузке.

7. Почему внешняя характеристика генератора со смешанным возбуждением обеспечивает практически постоянное напряжение на выводах при изменении нагрузки?

8. Поясните, почему в момент пуска двигатель постоянного тока потребляет значительный ток.

9. Начертите механическую характеристику двигателя с параллельным возбуждением. Почему такая характеристика называется жесткой?

10. Как регулируется частота вращения двигателя с параллельным возбуждением?

11. Какие потери имеют место в машине постоянного тока?

12. Напишите формулы для определения КПД двигателя и генератора постоянного тока.

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

Задача 2.

2. Н еразветвленная цепь переменного тока содержит катушку с активным сопротивлением Х_с= 6см. К цепи приложено напряжение U=100B (действующее значение). Определить: 1) полное сопротивление цепи; 2) ток; 3) коэффициент мощности; 4) активную, реактивную и полную мощности;5) напряжение на каждом сопротивлении. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.

Схема 2

Решение:

1. Определяем полное сопротивление цепи:

2. Определяем ток в цепи:

3. Находим коэффициент мощности цепи. Во избежание потери знака угла (косинус – функция четная) определяем ; . Коэффициент мощности .

4. Определяем активную, реактивную и полную мощности цепи:

5. Определяем падения напряжения на сопротивления цепи: ; ;

;