Общая электротехника с основами электроники
Методические указания и задания к контрольным работам № 1-3 для студентов колледжа специальности 7130300 – «Теплоэнергетические
установки тепловых электрических станций»
Алматы 2022
Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ ИМЕНИ ГУМАРБЕКА ДАУКЕЕВА
Колледж АУЭС
2
СОСТАВИТЕЛИ: Л. П. Болдырева. Основы электротехники с основами электроники. Методические указания и задания к контрольным работам № 1- 3 для студентов колледжа специальности 7130300 –
«Теплоэнергетические установки тепловых электрических станций» – Алматы: АУЭС, 2022. - 17 с.
Методические указания и задания приводятся к контрольным работам по курсу «Основы электротехники с основами электроники» по темам:
«Линейные электрические цепи постоянного тока», «Электрические цепи однофазного синусоидального тока».
Контрольные задания предназначены для студентов второго курса колледжа, обучающихся по специальности 7130300 – «Теплоэнергетические установки тепловых электрических станций».
Ил.36, табл.9, библиогр.- 9 назв.
Рецензент: Абдурахманов А. А.
Печатается по плану издания колледжа некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева» на 2022 г.
©НАО «Алматинский университет энергетики и связи»,колледж АУЭС 2022 г.
3 Содержание
Введение...4 1 Задание № 1. Расчет линейных цепей постоянного тока…...5 2 Задание № 2. Расчет разветвленных линейных цепей постоянного тока…...9 3 Задание № 3. Расчёт электрических цепей однофазного синусоидального тока со смешанным соединением приемников…….………..11 Список литературы…………..……….……….17
4 Введение
Контрольные работы являются важнейшим компонентом при изучении курса «Основы электротехники с основами электроники». Выполнение контрольных работ позволяет студенту применить теоретические положения при проведении практических расчётов, получить навыки самостоятельного анализа электрических цепей, что, в конечном итоге, способствует успешному освоению курса « Основы электротехники с основами электроники».
Предлагаемая методическая разработка содержит задания и методические указания к трем контрольным работам по основным разделам
«Основы электротехники с основами электроники». Работа №1 посвящена расчёту линейных электрических цепей постоянного тока для определения токов в ветвях схем методом эквивалентных преобразований. Работа №2 посвящена расчёту разветвлённых линейных электрических цепей постоянного тока с использованием основных методов расчёта электрических цепей. В работе №3 производится расчёт линейных электрических цепей однофазного синусоидального тока со смешанным соединением приемников.
При выполнении контрольных работ необходимо:
1) Выбрать свой вариант, текст задания должен быть переписан полностью без сокращений в пояснительную записку расчётно-графической работы.
2) Каждый этап контрольной работы должен быть озаглавлен. Работа выполняется только на одной стороне листа.
3) В пояснительной записке приводить не только расчётные формулы и конечные результаты, но также пояснения и необходимые промежуточные вычисления, позволяющие понимать выполняемые действия и проверять их.
4) Номер варианта и группа, фамилия и инициалы студента должны быть написаны на титульном листе.
5) Для параметров, имеющих определённые размерности, писать соответствующие единицы измерения, над комплексами ставить точки.
6) Не допускать изменений наименований узлов, параметров, резисторов, индуктивностей, ёмкостей, условных положительных направлений токов и напряжений.
7) На графике обязательно указывать названия изображаемых величин.
Подбирать масштабы так, чтобы было удобно пользоваться графиком или диаграммой. Схемы в пояснительной записке должны быть выполнены карандашом с применением линейки.
8) Привести список использованной литературы.
5
1 Задание № 1. Расчёт линейных цепей постоянного тока Цель работы: получение навыков записи уравнений по законам
Кирхгофа для линейных электрических цепей постоянного тока, определение токов в ветвях схем методом эквивалентных преобразований.
Задание для контрольной работы № 1.
Для электрической цепи, заданной в соответствии с вариантом таблицами 1.1-1.3 и рисунками 1.1-1.10, выполнить следующее:
1) Определить токи в ветвях схемы методом эквивалентных преобразований.
2) Определить ток (по варианту) по первому закону Кирхгофа.
Таблица 1.1 Год
поступления Последняя цифра транскрипта
Нечетный 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
№ схемы 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10
Четный 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1
№ схемы 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 R1, Ом
R2, Ом R3, Ом R4, Ом
40 20 50 35
20 50 35 40
30 20 40 25
20 30 35 50
30 55 40 20
50 45 20 30
40 35 20 50
20 40 50 25
30 60 20 55
60 40 20 45 Таблица 1.2
Год
поступления Предпоследняя цифра транскрипта
Нечетный 2 4 6 8 0 1 3 5 7 9
Четный 1 3 5 7 9 2 4 6 8 0
E1, В 250 150 100 200 170 220 210 180 160 190 Таблица 1.3
Год
поступления Первая буква фамилии
Нечетный АНМЖУ БСЮЗФ ВИЯКЦ ГРЩХЛ ДОПЧ ЕТШЭ
Четный БСЮЗФ ВИЯКЦ ДОПЧ ЕТШЭ АНМЖУ ГРЩХЛ
Ток, А I1 I2 I3 I1 I2 I3
6
Рисунок 1.1 Рисунок 1.2
Рисунок 1.3 Рисунок 1.4
Рисунок 1.5 Рисунок 1.6
Рисунок 1.7 Рисунок 1.8
7
Рисунок 1.9 Рисунок 1.10 Методические указания.
Методы преобразования: во всех случаях преобразования замена одних схем другими, им эквивалентными, не должна привести к изменению токов или напряжений на участках цепи, не подвергшихся преобразованию.
1.1 Замена последовательных сопротивлений одним эквивалентным
Сопротивления соединены последовательно, если они обтекаются одним и тем же током.
Эквивалентное сопротивление цепи, состоящей из «n» последовательно соединенных сопротивлений
.
1
== n
K
э RK
R (1.1) Напряжение при последовательном соединении распределяется прямо пропорционально этим сопротивлениям. Например, для двух последовательно соединенных сопротивлений (рисунок 1.11)
;
2 1 2 1
R R U
U = U =U1+U2;
2 1
1
1 R R
U UR
= + ; .
2 1
2
2 R R
U UR
= + (1.2)
Рисунок 1.11
1.2 Замена параллельных сопротивлений одним эквивалентным Сопротивления соединены параллельно, если они присоединены к одной паре узлов.
Эквивалентное сопротивление цепи, состоящей из «n» параллельно соединенных сопротивлений
1 1 .
1
== n
K K
э R
R (1.3) Токи в ветвях с параллельным соединением сопротивлений, на примере двух параллельно соединенных сопротивлений (см. рисунок 1.12).
8 ,
2 1
2 1
R R
R Rэ R
+
= 1 ,
1 : :
2 1 2
1 I R R
I =
,
2 1
2
1 R R
I R
I = + .
2 1
1
2 R R
I R
I = + (1.3)
Рисунок 1.12
1.3 Замена смешанного соединения сопротивлений одним эквивалентным
Смешанное соединение – это сочетание последовательного и паралелльного соединения сопротивлений (рисунок 1.13)
Рисунок 1.13
3 2
3 2 3 1 2 1 3 2
3 2
1 R R
R R R R R R R R
R R R
Rэ
+ +
= + + +
= . (1.4) Формулы преобразования треугольника сопротивлений (рисунок 1.14,а) в эквивалентную звезду сопротивлений и наоборот (рисунок 1.14, в).
а) в) Рисунок 1.14
9
+ +
= ;
31 23 12
31 12
1 R R R
R
R R ;
31 23 12
12 23
2 R R R
R R R
+
= +
31 23 12
23 31
3 R R R
R R R
+ +
= (1.5)
;
3 2 1 2 1
12
= + + R
R R R
R
R ;
1 3 2 3 2
23 R
R R R
R
R = + + .
2 1 3 1 3
31 R
R R R
R
R
+ +
= (1.6)
2 Задание № 2. Расчёт разветвлённых линейных цепей постоянного тока
Цель работы: получение навыков записи уравнений по законам Кирхгофа для линейных электрических цепей постоянного тока, получение навыков расчета линейных электрических цепей постоянного тока методом контурных токов, методом двух узлов, проверка баланса мощностей.
Задание для контрольной работы № 2.
Для электрической цепи, заданной в соответствии с вариантом таблицами 2.1-2.3 и рисунками 2.1-2.10, выполнить следующее:
1) Записать уравнения по законам Кирхгофа для своей схемы по варианту.
2) Определить токи в ветвях МКТ и МДУ. Результаты полученных токов сравнить.
3) Составить уравнение баланса мощности и проверить с какой точностью он выполняется.
Таблица 2.1 Год
поступления Последняя цифра транскрипта
Нечетный 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
№ схемы 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10
Четный 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1
№ схемы 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 R1, Ом
R2, Ом R3, Ом R4, Ом
30 20 40 60
20 30 60 40
50 20 30 70
40 30 20 50
50 30 40 20
60 40 70 30
40 30 20 50
20 40 50 30
30 60 40 20
60 30 20 50
10 Таблица 2.2
Год
поступления Предпоследняя цифра зачетной книжки
Нечетный 2 4 6 8 0 1 3 5 7 9
Четный 1 3 5 7 9 2 4 6 8 0
E1, В 120 150 100 200 170 220 210 180 160 250 Таблица 2.3
Год
поступления Первая буква фамилии
Нечетный АНМЖУ БСЮЗФ ВИЯКЦ ГРЩХЛ ДОПЧ ЕТШЭ
Четный БСЮЗФ ВИЯКЦ ДОПЧ ЕТШЭ АНМЖУ ГРЩХЛ
E2, В 210 150 200 250 100 230
Рисунок 2.1 Рисунок 2.2
Рисунок 2.3 Рисунок 2.4
11
Рисунок 2.5 Рисунок 2.6
Рисунок 2.7 Рисунок 2.8
Рисунок 2.9 Рисунок 2.10
3 Задание №3. Расчет электрических цепей однофазного синусоидального тока со смешанным соединением приемников
Цель работы: изучение и расчет электрических цепей однофазного синусоидального тока со смешанным соединением приемников.
Задание для контрольной работы № 3.
В электрической цепи со смешанным соединением приемников (рисунки 3.1-3.10) действует источник синусоидального напряжения
12
ft Um
u= sin2 . Действующее значение напряжения U, частота f и параметры цепи приведены в таблицах 3.1, 3.2, 3.3.
Выполнить следующее:
1) рассчитать индуктивные XL и емкостные XC сопротивления, комплексные сопротивления каждой ветви и эквивалентное комплексное сопротивление всей цепи;
2) рассчитать комплексные действующие значения токов во всех ветвях и записать их мгновенные значения;
3) построить векторную диаграмму напряжений, совмещенную с векторной диаграммой токов.
Таблица 3.1
Таблица 3.2 Год
поступления
Последняя цифра транскрипта Нечётный
№ рисунка 1 3.1
2 3.2
3 3.3
4 3.4
5 3.5
6 3.6
7 3.7
8 3.8
9 3.9
0 3.10 Чётный
№ рисунка 0 3.1
9 3.2
8 3.3
7 3.4
6 3.5
5 3.6
4 3.7
3 3.8
2 3.9
1 3.10
U, B 100 100 90 80 60 110 70 115 50 85
R1, Ом 90 70 95 85 90 60 100 100 110 55 R2, Ом 110 110 105 75 110 65 95 80 90 95 R3, Ом 60 80 65 100 50 100 50 95 80 100
Год
поступления
Предпоследняя цифра транскрипта
Нечётный 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Чётный 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
f , Гц 600 700 800 900 1000 700 900 600 1000 800
L1, мГн 35 25 20 15 10 30 20 40 15 30
L2, мГн 40 20 15 18 20 25 10 30 20 25
L3, мГн 30 35 25 10 15 18 15 35 10 20
13 Таблица 3.3
Год
поступления
Первая буква фамилии
Нечётный АЯ УЮ
Ф
КХ БЛЦ ВМЧ ТЭИ ЖСЗ ДО Щ
ЕПР ГН Ш
Чётный ГН
Ш
АЯ ЕПР УЮ
Ф
ДО Щ
КХ БЛЦ ЖСЗ ТЭИ ВМЧ C1, мкФ 2 3,5 3 1,5 2,8 2 2,2 2,5 1,8 1,5 C2, мкФ 1,5 2,5 2 1,8 2 2,5 3,2 2 1,5 2,5 C3, мкФ 2,5 2 1,5 2,5 3 3,5 1,5 2,8 2 3
Рисунок 3.1 Рисунок 3.2
Рисунок 3.3 Рисунок 3.4
Рисунок 3.5 Рисунок 3.6
14
Рисунок 3.7 Рисунок 3.8
Рисунок 3.9 Рисунок 3.10 Методические указания.
Рассмотрим расчет на примере разветвлённой электрической цепи однофазного синусоидального тока (рисунок 3.11).
Пример. Для цепи (рисунок 3.11) R1 =10 Ом; XL1 =6 Ом; R2 =24 Ом;
. 120
; 20
; 15
;
7 3
2 Ом R3 Ом X Ом U B
XC = = L = = Определить токи ветвей.
Построить векторную диаграмму.
Рисунок 3.11
15 Комплексные сопротивления ветвей:
Ом j jX
R Z
Ом j jX
R Z
Ом j jX
R Z
L C L
, 20 15
, 7 24
, 6 10
3 2 1
3 3 2 2 1 1
+
= +
=
−
=
−
=
+
= +
=
Полное сопротивление цепи:
e Ом j j
j j j
Z Z
Z Z Z
Z j23,9
3 2
3 2
1 24.4 10.8 26,7
13 39
) 20 15 ( ) 7 24 6 (
10 = + =
+ +
+ −
+ + =
+
=
Ток в неразветвленной части цепи.
. 5
, 4 7
, 26
120 23,7
7 .
1 23 e A
Z e
I U j
j
−
• •
=
=
=
Токи в параллельных ветвях могут быть выражены по теореме разброса:
, 75 , 13 2 39
20 5 15
,
4 23.7 11
3 2
3 1
2 e A
j e j
Z Z I Z
I j = j
+
+ + =
= • −
•
. 75
, 13 2 39
7 5 24
,
4 23,7 58,4
3 2
2 1
3 e A
j e j
Z Z I Z
I −j −j
•
• =
+
− + =
=
Для построения векторной диаграммы (рисунок 3.12) рассчитаем комплексные напряжения на сопротивлениях схемы:
1
2
3
23.7 23.7
1 1
11 11
2 2
58.4 58.4
3 3
10 4.5 45 ,
24 2.75 66 ,
15 2.75 41.25 ,
j j
R
j j
R
j j
R
U R I e e B
U R I e e B
U R I e e B
• •
− −
• •
• •
− −
= = =
= = =
= = =
B e e
e I
jX U
B e e
e I jX U
B e e
e I jX U
j j
j L L
j j
j C C
j j
j L L
, 55 75
. 2 20
, 25 . 19 75
. 2 7
, 27 5
. 4 6
6 . 31 4
. 58 90
3
79 11
90 2
3 . 66 7
. 23 90
1
3 3 2 2 1 1
=
=
=
=
=
−
=
=
=
=
• −
•
−
• −
•
• −
•
16
Перед построением векторной диаграммы выбирать масштабы по току и по напряжению:
; 1дел mI = A
дел mU =10 A .
При построении векторной диаграммы учитываем, что:
.
;
;
;
3 3 2 2
1
3 1
2 1
ab ma
L R C R ab
L R ma
U U U
U U U U U
U U U
I I I
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
+
=
+
= +
=
+
= +
=
Рисунок 3.1
17
Список литературы
1. Иванов И.И. Электротехника и основы электроники. – СПб.: Лань, 2012.– 730 с.
2. Белов Н.В. Электротехника и основы электроники. – СПб.: Лань, 2012.–432 с.
3. Подкин Ю.Г. Электротехника и электроника. – М.: Академия, 2011.
– 520 с.
4. Касаткин А.С. Электротехника. – М.: Академия, 2008. – 544 с.
5. Петленко А.Я. Электротехника и электроника. –М.: Академия, 2010.
– 340 с.
6. Рекус Г.Г. Основы электротехники и промышленной электроники в примерах и задачах.-М.: Высшая школа, 2008. – 344 с.
7. Немцов М.В. Электротехника и электроника. – М.: Академия, 2010. – 512 с.
8. Болдырева Л.П., Айтжанов Н.М. Учебное пособие для студентов специальности 5В073100 – «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды».- Алматы.: АУЭС, 2021. – 71 с.
9. Светашев Г.М. Электротехника и электроника. Учебное пособие. – Алматы.: АУЭС, 2011. – 106 с.
18
Болдырева Любовь Павловна
Основы электротехники с основами электроники
Методические указания и задания к контрольным работам № 1-3 для студентов колледжа специальности 7130300 – «Теплоэнергетические
установки тепловых электрических станций»
Редактор Жанабаева Е.Б Специалист по стандартизаций Ануарбек Ж.А.
Подписано в печать _________ Формат 60х84 1/16
Тираж 50 экз. Бумаг типографская №1
Объем 1,0 уч. - изд. л. Заказ _Цена 500 тенге
Копировально-множительное бюро некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013 Алматы, Байтурсынова, 126/1
