Методические указания для заочников. Электротехника

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ «ГУСЕВСКИЙ  АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ  КОЛЛЕДЖ»   Электротехника и электроника Методические  указания и контрольные задания для студентов ­ заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности 35.02.07 Механизация сельского хозяйства   2018 г. 0 0 Разработчик: Зайцева В.В.. ­ преподаватель специальных дисциплин «15» января 2018г.   Цель контрольной работы – проверка теоретических знаний, полученных на занятиях   и   в   ходе   самостоятельной   подготовки   студентов   заочного   обучения. Контрольная   работа   включает   задания   по   всем   темам   изучаемого междисциплинарного курса.    Оформление контрольной работы. Каждая  контрольная  работа  выполняется  в  электронном  виде  с  печатью  на листах  А4  или  в  отдельной  тетради  (ученической).  На  обложке  указываются: название  дисциплины,  полное  имя  студента,  факультет,  номер  группы, специальность. Решение  каждой  задачи  обязательно  начинать  на  развороте  тетради  (на четной  странице,  начиная  со  второй).  Сверху  указывается  номер  задачи, записываются  исходные  данные.  Рисунки  и  схемы  выполняется  с  учетом условий  решаемого  варианта  задачи,  все  рисунки должны быть пронумерованы.   К  зачету  или  экзамену  необходимо  представить  зачтенные  по  данному разделу  курса  работы,  в  которых  все отмеченные  преподавателем  погрешности должны быть исправлены. Зачет  по  каждой  контрольной  работе  принимается  преподавателем  в собеседования  по  правильно  решенной  и  прорецензированной процессе  контрольной работе. Решение задач рекомендуется выполнять в следующей последовательности: 1. Ввести буквенные 2. Под рубрикой "Дано" кратко записать условие задачи с переводом значений обозначения всех используемых величин. всех величин в одну систему единиц ­ СИ. 3. Зарисовать   схему   заданной   электрической   цепи,   и   остальные   схемы соединений, поясняющие ход решения. 4. Проводить вычисления, сопровождая их кратким пояснением. 3 5. При   многократных   аналогичных   вычисления,   допускается   привести один расчет полностью, а вычисления остальных свести в таблицу. 6. Вычисления проводятся с округлением по общепринятым правилам до сотых долей единиц, кратных пяти; или с точностью до второго знака после запятой в записи с плавающей запятой. Вариант   контрольной   работы   определяется   по   номеру   зачетной   книжки   и соответствует   последней   цифре.   Если   последней   цифрой   является   ноль,   то выбирается десятый вариант. При выполнении контрольной работы следует использовать учебные издания из списка рекомендуемой литературы и материалы лекций.    1.Методические указания по выполнению контрольной работы 1.1.  Основная цель расчета электрической цепи.   Основная  цель  расчета  электрической  цепи  заключается  в  определении токов  в  еѐ  ветвях.  Зная  ток,  нетрудно  определить  напряжения  и  мощности ветвей  и  отдельных  элементов в электрической цепи. Значения  токов,  напряжений,  мощности  дают  возможность  оценить условия  и  эффективность  работы  оборудования,  приборов  и  аппаратов  на  всех участках  электрической  цепи,  выбрать  соответствующие  току  токопроводы, определить  потери  и  потребление  электроэнергии на всех участках.   1.2.Расчет электрических цепей постоянного тока. Закон Ома для участка и полной цепи.  Cхемы электрических цепей приведены на рис. 1 и 2                                   Рис.1. Участок цепи                                    Рис.2. Полная цепь                              Закон Ома для участка цепи: сила тока I на участке электрической цепи прямо  пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его  4 сопротивлению R. Формула закона: I=. U/ R  Закон Ома для полной цепи: сила тока I полной электрической цепи равна ЭДС  (электродвижущей силе) источника тока Е, деленной на полное сопротивление цепи  (R + r). Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений внешней цепи R и  внутреннего r источника тока. Формула закона I =  U/ R+r                        1.3.Основные положения,  формулы для расчета.  К простейшим способам относятся последовательное и параллельное соединение,  которые  применяются практически в любой области электротехники.  К более  сложным способам  относятся: треугольник, звезда, мост, которые применяются в  трѐхфазных цепях, цепях  измерений, сигнализации и выпрямления тока. Любой  сложный вид соединения можно  разбить на участки, в которых элементы  соединены простым способом. Основные  положения и соотношения для  электрических параметров для параллельного и  последовательного способов  соединения приведены в табл. 1. Последовательное соединение Параллельное соединение Таблица 1 Rобщ=. R1+ R2+Rn При последовательном соединении,  элементы цепи соединяются друг за  другом,  когда к концу одного элемента  подключается начало другого Rобщ =.1/R1+1/R2+1/Rn При  параллельном соединении  все начала элементов подключаются к одной точке, а все концы  ­ к другой. Область применения 1. Соединение разнородных участков цепи.  Например: источник тока – выключатель – регулятор – фильтр – лампа… 2. Включение источников энергии для  увеличения напряжения на выходе. 3. Включение потребителей низкого  1. Соединение однородных участков цепи, 2. Включение источников энергии для  увеличения мощности на выходе без  увеличения напряжения, 5 напряжения в сеть высокого  напряжения 3. Включение потребителей с равным  номинальным напряжением в сеть с тем же  напряжением. Зависимость работы цепи от работы                      Преимущества (+) и недостатки (­) способов – каждого элемента цепи; – Невозможность индивидуальной  работы элементов; + Независимость работы цепи от работы  остальных исправных элементов цепи; + Возможность индивидуальной  работы  любого элемента 6 1.4. Законы Кирхгофа Для  расчета  электрических  цепей  наряду  с  законом  Ома  применяются  два  закона  Кирхгофа, являющиеся следствиями физических законов из группы  законов сохранения. Первый закон Кирхгофа Алгебраическая   сумма токов любого узла электрической цепи,     равна нулю:    Второй закон Кирхгофа: Сумма ЭДС входящих в контур равна сумме падений напряжений на   = 0 элементах:                                    данного контура                                                            2. Варианты задания контрольной работы  Задание  № 1. Расчет простых цепей постоянного тока со смешанным соединением. Задана электрическая цепь постоянного тока смешанного соединения, состоящая из 10   резисторов.   Значения   резисторов   и   №   схемы   для   соответствующего   варианта указаны в таблице 2 .   Определить:   Rэкв   –   эквивалентное   сопротивление   цепи,   Р,U,I,   ­   мощность, напряжение или силу тока на входе цепи (в зависимости от варианта); Ui, Ii   ­ токи и напряжения на всех элементах цепи.    Исходные данные для задания  №1 приведены в табл. 2   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 № Сх ем 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Р В ? т ? ? ? ? ? ? ? ? ? U В 15 0 30 0 24 0 36 0 20 0 30 0 50 0 30 0 60 0 30 0 I А ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? R Ом 6 1 0 2 0 2 2 1 0 3 2 0 1 5 0, 2 R Ом 3 4 0 3 0 5 1 3 2 0 1 5 5 3 0 0, 8 R Ом 8 2 6 0 3 3 0 6 0 1 5 4 1 5 2 R Ом 1 2 1 0 2 0 2 0 1 0 4 8 8 1 0 4 R Ом 1 5 2 0 2 0 6 0 2 0 5 7 7 4 0 5 R Ом 1 2 1 5 5 3 0 4 1 5 1 0 3 1 0 6 R Ом 2 6 0 2 5 7 8 4 5 1 0 1 5 4 5 3 0 Таблица 2 R1 Ом 5 3 0 3 6 6 6 0 3 2 0 1 0 5 1 5 R Ом 1 5 1 5 8 6 0 6, 5 2 3 0 6 9 2 R Ом 1 0 7 5 0 1 5 3 6 1 0 3 0 2 6 0 2.1. Пример расчета простой цепи     На  рисунке  3  задана  электрическая  цепь  постоянного  тока  смешанного соединения, состоящая из 7 резисторов. Заданы значения сопротивлений резисторов, и  одна  из  трех  величин  действующих  на  входе  цепи:  напряжение,  входной  ток, мощность.  Исходные данные сведены в таблицу 3 Рисунок  3– Заданная электрическая цепь Исходные данные для задачи 1 в табл. 3                                                                                                           Таблица 3  Р U I Вт ? В 240 А ? R 1 Ом   1 0 R2 Ом 2 0 R 3 Ом   6 0 R 4 Ом   9 R 5 Ом 3 0 R 6 Ом 2 R 7 Ом 4 Определить: Rэкв– эквивалентное сопротивление цепи, Р– мощность потребляемую цепью, Iвх – силу тока на входе цепи.   Задача относится к теме "Электрические цепи постоянного тока".  Проводим  поэтапное решение, предварительно обозначив стрелкой ток в каждом  резисторе: индекс  тока должен соответствовать номеру резистора, по которому  он проходит. Решение. I. Определение эквивалентного сопротивления цепи: Для определения эквивалентного сопротивления цепи применяется метод «свертывания» цепи. Рисунок 3.1  – исходная заданная цепь.            Предполагаемое направление токов в элементах заданной цепи Свѐртывание  цепи  начинают  с  еѐ  конца.  В  данном  случае  с  группы резисторов R1, R2  и  R3, включенных параллельно. При параллельном соединении складываются  проводимости  ветвей.  Общее  сопротивление  группы  определится как  величина  обратная  суммарной  проводимости: , где: Найдем обратную величину :R123 =6.Ом Ом Сейчас 3 резистора можно заменить одним ­ R123. Рисунок 3.2– 1 шаг упрощения цепи. 2. В  полученной  цепи  резисторы  R123.  и  R4  соединены последовательно.  При  последовательном соединении  общее сопротивление определяется суммой номиналов  резисторов: R1234.=R123. +R4 =6+9=15. Ом. Вновь преобразуем схему, заменив 2 резистора на один им эквивалентный: Рисунок 3.3 –2 шаг упрощения цепи. 3. В новой схеме легко заменить образовавшуюся пару с параллельным  включением R1234 и R5. Найдем их общее сопротивление  воспользовавшись  формулой для  двух параллельно включенных резисторов:                                                 а                                     б Рисунок 3.4  (а) –3 шаг упрощения цепи. б–упрощенная цепь. 4. После этого, схема преобразуется в схему цепи с простейшим  соединением, а  именно: R7, R6 и R1­5 включены последовательно,  и сумма  этих сопротивлений является  последним шагом в определении Rэкв. Rэкв.=R7. + R6 +R1­5.= 4+2+10=16.Ом. Определение тока на входе цепи Воспользуемся законом Ома: Так как напряжение U = 240 В приложено ко всей цепи имеющей  эквивалентное  сопротивление – Rэкв= 16 Ом,  тогда  согласно закону Ома : . Расчет токов и напряжений в каждом элементе цепи. Последний этап решения задачи начинается от входных зажимов, поэтому  вернѐмся к начальной схеме. Рисунок 1.5 – Исходная заданная цепь. 1 контур Запишем  уравнение  по  2­у  закону  Кирхгофа  для  первого  от  входных зажимов  контура: E=Uвх=  I7∙R7  +I5∙R5+I6∙R6 Учитывая, что «входной» ток равен «выходному», имеем: Iвх  = I7  = I6=15А, тогда, зная  значение токов и величины сопротивлений, можно по закону Ома (для участка цепи) найти  падения напряжения на резисторах R7 и  R6.: U7 = I7∙R7 = 15∙4 = 60 В. U6 = I6∙R6 = 15∙2 = 30 В. После чего, напряжение на R5 можно определить из 2 закона  Кирхгофа:  U5 =  UВх–U7 –U6 = 240 – 60 – 30 = 150 В. Ток I5 найдем по закону Ома:  I5=U5 / R5=150 /30 = 5 А.                        Рисунок 3.6 – Исходная заданная цепь. 2 контур В исходной цепи по 2­у закону Кирхгофа для 2­го контура имеем:  0 = U4 + U3– U5, где: U3= U2= U1= U123 , действительно, цепочка из резистора R4 и группыR123 (R1, R2 , R3) включена  параллельно  резистору R5. Следовательно: U5 = (U3+U4 ) Тогда: U3+U4=150 В. По 1 закону Кирхгофа запишем.  Для узла А: I7=I5+I4 , Для узла В:   I4=I1+ I2+I3. Найдем ток и напряжение на  резистореR4 : I4=I7 – I5 =15 – 5= 10А; U4=I4∙R4=10∙9 =90 В 3.4  Так как R1, R2 и R3, включены параллельно, то напряжения на каждом из  них  одинаковые U1 =U2 =U3= U123 U123= U5 – U4=150­90=60 В.  I1=U123/R1 =60:10=6 А. I2=U123/R2 =60:20=3 А. I3=U123/R3 =60:60=1 А.   Результаты расчета записать в таблицу 4                                                                                          Таблица 4  R U I О м 1 6 В А В 2 60 4 1 5 А В А В А В А В 6 6 15 0 0 3 6 0 1 9 0 1 0 U I U I U I U I U I U I U I Р W  А В А В А к кВт В *ч 5 3 3 28, 8 , 0 1 5 6 0 1 5 Электрические схемы постоянного тока со смешанным соединением к заданию № 1         R10 R8 R6 R5   R4 R9 R7 R3  R2 CХЕМА 1 R1 R6 R5 R9 R10 R8    R7 CХЕМА 3 R10 R8 CХЕМА 5 R2 R3 R1 R9 R7  R6 R5   R4 R10 R9 R1 R3       R2 R4 R5 R10 R7  R6 R5   R4 R2 R9 R8 CХЕМА 2 R3 R1 R4 R1   R2   R3 R10 R7 R9   R8 R6   R5   R4 R3 R2 CХЕМА 4 R1 R7 R6 R5 R4 R10 R8    R7 R3   R2   R1 CХЕМА 6 R10 R8 R7             R6 R5 R9                    R3                   R4 R8 R7 R6 CХЕМА 7 R10 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 CХЕМА 9 R9                  R10 R8 Схема 11 R2 R1 СХЕМА 8 R10 R3 R9 R9 R8   R7  R6 R5   R4 R2  CХЕМА 10 R1 R7 R3       R2 R1 R5             R6  R4    R1                          R2   R3 R8                                  R4                R9                    R5  R6                     R7     R10      R11                                             Схема 12                                                           Задание  № 2 Однофазные цепи переменного тока.  Последовательное  и параллельное соединение резисторов    Начертить   схему соединения резисторов  и  определить  данные  см. табл.5.  № Сх ем 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10   № Варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10     Соединение параллельное последовательн ое параллельное Р В ? т ? ? ? ? ? ? ? ? ? U В 15 0 30 0 24 0 36 0 20 0 30 0 50 0 30 0 60 0 30 0 I А ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? R Ом 6 1 0 2 0 2 2 1 0 3 2 0 1 5 0, 2 R Ом 3 4 0 3 0 5 1 3 2 0 1 5 5 3 0 0, 8 R Ом 8 2 6 0 3 3 0 6 0 1 5 4 1 5 2 Таблица  5 R Ом 1 2 1 0 2 0 2 0 1 0 4 8 8 1 0 4 R О 1 м 5 2 0 2 0 6 0 2 0 5 7 7 4 0 5 R Ом 4 0 3 0 5 1 3 2 6 0 3 3 0 2 0 5 R Ом 1 5 4 1 5 2 1 0 2 0 2 0 8 8 1 0 Задание № 3 (номер вопроса соответствует номеру варианта) 1. Закон Ома для участка цепи. Формула 2.Первый закон Кирхгофа. Формула 3.Принцип работы параллельно соединенных резисторов. Преимущества. Недостатки 4.Принцип работы  последовательно соединенных резисторов. Преимущества.  Недостатки 5.Формула для подсчета общего сопротивления параллельно соединенных резисторов. 6.Формула для подсчета общего сопротивления последовательно соединенных  резисторов. 7.Электроизмерительные приборы. Как встраиваются в цепь вольтметры.  Начертить  участок цепи с встроенным амперметром. 8.Электроизмерительные приборы. Как встраиваются в цепь амперметры. 9. Формула общего сопротивления при параллельно  встроенных резисторах. 10.Формула общего сопротивления при последовательно  встроенных резисторах.  Задание № 4. Вопросы на понимание электрических схем (номер вопроса соответствует номеру варианта) 1.Постройте  любую структурную  электрическую  схему  и  опишите  еѐ  назначение, для  чего еѐ построили и какой смысл несут еѐ элементы. 2.Определите основные правила изображения электрических схем. 3.Изобразите  2  несложные  схемы,  одна  из  которых  содержит  ошибку,  укажите  на эту  ошибку и поясните к чему она может привести. 4.Изложите  как  правильно  (в  каком  порядке)  прочитать  принципиальную электрическую  схему, приведите пример. 5.Поясните какие надписи наносятся на электросхему. 6.Постройте схему из 3 параллельно соединенных резисторов.  У 3 резистора         необходимо замерить напряжение. 8. Постройте схему их 3 последовательно соединенных резисторов.       У 3   резистора  необходимо замерить напряжение. 9. Постройте схему их 3 последовательно соединенных резисторов.   В схеме          замерить ток.  10. Постройте схему их 3 параллельно соединенных резисторов.   В схеме          замерить ток.        1 4 5 Рекомендуемая литература 1. Гальперин М.В.  Электротехника и электроника: учебник. ­ М.: ИД  «Форум»:  ИНФРА – М, 2010г. 2. Петленко Б.И. Электротехника и электроника : учебник для студ. сред.  проф.  образования – 4­е изд., стер. – М.: Издательский центр  «Академия» 2011г. 3. Полещук В.И. Задачник по электротехнике и электронике. ­2­е изд.,  стар,­ М.  Издательский центр «Академия» 2010г. 4. Прошин В.М. Электротехника: учебник для нач. проф. образования–  М.: Из  дательский центр «Академия» 2010г. Дополнительная литература 1.   Данилов И.А., Иванов П.М. «Общая электротехника с основами  электроники» ­  издание 4­е. Москва: изд­во «Высшая школа»., 2000.