УМК ОП.02 Электротехника

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования 

«Мичуринский государственный аграрный университет»

Центр-колледж прикладных квалификаций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ

 

ОП.02 Электротехника

 

Специальность 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

 

Базовая подготовка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мичуринск, 2022
Содержание

 

1.Нормативно-теоретический блок….......................................................................4

1.1. Рабочая программа дисциплины………………………………………………4

1.2. Календарно-тематический план………………………………………………14

 

2.Учебно-методический блок……………………………………………………...23

2.1. Учебно-методические материалы для проведения занятий………………...23

2.2. Методические указания по выполнению самостоятельных работ…………68

 

3. Контрольно-оценочный блок…………………………………………………...90

3.1. Фонд оценочных средств……………………………………………………...90

1.НОРМАТИВНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ БЛОК

1.1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

 

1.     ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ОП.02 Электротехника

 

1.1.     Область применения программы

 

      Программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности СПО 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям). 

      Рабочая программа учебной дисциплины может быть использована в дополнительном профессиональном образовании и профессиональной подготовке работников при наличии среднего общего образования. Опыт работы не требуется.

 

1.2.          Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: учебная дисциплина ОП.02 Электротехника является обязательной дисциплиной профессионального цикла, обеспечивающей базовые знания, необходимые для получения профессиональных умений и навыков.

Изучению данной дисциплины предшествует освоение дисциплины математика: алгебра и начала математического анализа; геометрия, физика.

Учебная дисциплина ОП.02 Электротехника изучается перед освоением материала междисциплинарного курса МДК.02.01 Теоретические основы организации монтажа, ремонта, наладки систем автоматического управления, средств измерений и мехатронных систем профессионального модуля ПМ.02. Организация работ по монтажу, ремонту и наладке систем автоматизации, средств измерений и мехатронных систем.

 

1.3.     Цели и задачи дисциплины — требования к результатам освоение дисциплины:

  В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

- рассчитывать параметры и элементы электрических и электронных устройств;

- собирать электрические схемы и проверять их работу;

- измерять параметры электрической цепи;

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:

- физические процессы в электрических цепях;

- методы расчета электрических цепей;

-  методы преобразования электрической энергии.

 

 Формируемые компетенции:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

ПК.2.1. Выполнять работы по монтажу систем автоматического управления с учетом специфики 

ПК.2.2. Проводить ремонт технических средств и систем автоматического управления.

ПК.2.3. Выполнять работы по наладке систем автоматического управления.

 

1.4.   Рекомендуемое количество ак.часов на освоение программы дисциплины:

Максимальной учебной нагрузки обучающегося    144 ак.часа, в том числе:

обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося    96 ак.часов;

самостоятельной работы обучающегося     40 ак.часов;

консультации 8 ак.часов.

                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

 

Вид учебной работы	Объем ак.часов
Максимальная учебная нагрузка (всего)	144
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)	96
в том числе:
лекции, уроки	60
практические занятия	36
лабораторные занятия	-
контрольные работы	-
семинары	-
курсовая работа (проект)	-
Самостоятельная работа обучающегося (всего)	40
в том числе:
работа с конспектом  лекции,  учебным изданием и специальной технической литературой; решение задач; подготовка рефератов.	12 8 12 8
Консультации	8
Итоговая аттестация в форме экзамена

 

 

 

 

 

2.2. Тематический план и содержание учебной дисциплины «Электротехника»
Наименование разделов и тем	Содержание учебного материала, лабораторные и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся						Объем ак.часов	Уровень усвоения
Раздел 1. Электрические цепи постоянного тока							144
Тема 1.1. Электрическое поле и его характеристика	Содержание учебного материала:
	1		Введение. Роль и значение электротехники в производстве				4	1
	2		Электрическое поле и его характеристика. Напряженность, потенциал электрического поля.
	Самостоятельная работа обучающегося выполнение домашних заданий по разделу; систематическая проработка конспектов занятий, учебной и справочной литературы; подготовка к практическим работам с использованием методических рекомендаций преподавателя, оформление практических работ; выполнение расчетно-графических и исследовательских графических работ; подготовка рефератов, докладов, презентаций выступлений и защиты исследовательских работ.						2
Тема 1.2. Электрические цепи постоянного тока	Содержание учебного материала
	1		Электрические цепи и ее основные элементы. Электрический ток, напряжение, ЭДС, обозначение и единицы измерения.				8	1
	2		Электрическое сопротивление, проводимость, закон Ома.
	3		Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца.
	4		I иII законы Кирхгофа. Применение при расчете электрических цепей
	Лабораторное занятие Последовательное, параллельное соединение Определение потерь напряжения в линии электропередач Измерение тока, напряжения, сопротивления изоляций жил кабеля						6	2
	Самостоятельная работа обучающегося  выполнение домашних заданий по разделу; систематическая проработка конспектов занятий, учебной и справочной литературы; подготовка к практическим работам с использованием методических рекомендаций преподавателя, оформление практических работ; выполнение расчетно-графических и исследовательских графических работ; подготовка рефератов, докладов, презентаций выступлений и защиты исследовательских работ.						6
Тема 1.3. Электромагнетизм	Содержание учебного материала
	1	Магнитное поле, напряженность магнитного поля. Магнитная индукция					4	1
	2	Законы магнитной индукции. Самоиндукция, взаимоиндукция. Вихревые токи.
	Самостоятельная работа обучающегося выполнение домашних заданий по разделу; систематическая проработка конспектов занятий, учебной и справочной литературы; подготовка к практическим работам с использованием методических рекомендаций преподавателя, оформление практических работ; выполнение расчетно-графических и исследовательских графических работ; подготовка рефератов, докладов, презентаций выступлений и защиты исследовательских работ.						4
Тема 1.4. Однофазный переменный ток.	Содержание учебного материала:.
	1	Понятие однофазный переменный ток. Основные параметры.					10	1
	2	Электрические цепи с активным и индуктивным сопротивлениями.
	3	Электрические цепи с последовательным соединением Ra, Xl и Xc сопротивлениями. Резонанс напряжений.
	4	Электрические цепи с активным и емкостным сопротивлением. Векторные диаграммы.
	5	Электрические цепи с параллельным соединением Ra, Xl и Xc сопротивлениями. Резонанс токов.
	Лабораторное занятие Электрические цепи с последовательным соединением Ra, Xl и Xc сопротивлениями. Резонанс напряжений. Электрические цепи соединением Ra, Xl и Xc сопротивлениями. Резонанс токов.						4	2
	Самостоятельная работа обучающегося  выполнение домашних заданий по разделу; систематическая проработка конспектов занятий, учебной и справочной литературы; подготовка к практическим работам с использованием методических рекомендаций преподавателя, оформление практических работ; выполнение расчетно-графических и исследовательских графических работ; подготовка рефератов, докладов, презентаций выступлений и защиты исследовательских работ.						6
Тема 1.5. Трехфазные электрические цепи	Содержание учебного материала:
	1			Трехфазные электрические цепи. Особенности применения.			8	1
	2			Соединение обмоток генератора и потребителя электрической энергии в звезду и треугольник.
	3			Трансформаторы трехфазного электрического тока. Принцип работы, устройство.
	4			Сварочные аппараты, устройство, применение в технике.
	Лабораторное занятие Трансформаторы переменного тока. Расчет трансформатора.						2	2
Тема 1.6 Электрические измерения	Содержание учебного материала:
	1			Сущность и значение электрических измерений. Основные единицы измерения.			4	1
	2			Измерения неэлектрических величин (T, P, L) электрическими методами. Преобразователи электрических сигналов.
	Лабораторное занятие Измерительные преобразователи T, P, L в электрические сигналы.						2	2
	Самостоятельная работа обучающегося: 1) Систематическая проработка конспектов занятий, учебной и специальной технической литературы (по вопросам к параграфам, главам учебных пособий, составленным преподавателем). 2) Составление ОЛС: 3) Составление терминологического словаря. 4) Подготовка к лабораторным работам с использованием методических рекомендаций преподавателя, оформление лабораторных работ;						6
Тема 1.7 Электродвигатели переменного тока.	Содержание учебного материала:
	1			Понятие вращающее магнитное поле. Ее сущность, получение и применение.			6	1
	2			Устройство и принцип действия асинхронного электродвигателя. Пуск, вход и остановка электродвигателя.
	3			Однофазные, асинхронные электродвигатели переменного тока. Схемы.
	Лабораторное занятие Схема пуска и остановки электродвигателей переменного тока.						2	2
	Самостоятельная работа обучающегося: 1) Систематическая проработка конспектов занятий, учебной и специальной технической литературы (по вопросам к параграфам, главам учебных пособий, составленным преподавателем). 2) Составление ОЛС: 3) Составление терминологического словаря. 4) Подготовка к лабораторным работам с использованием методических рекомендаций преподавателя, оформление лабораторных работ;						6
Тема 1.8 Электродвигатели постоянного тока.	Содержание учебного материала:
	1					Устройство и принцип работы электрических машин постоянного тока.	4	1
	2					Механические и рабочие характеристики электродвигателей постоянного тока.
	Лабораторное занятие Схема пуска и остановки электродвигателей постоянного тока.						2	2
	Самостоятельная работа обучающегося: 1) Систематическая проработка конспектов занятий, учебной и специальной технической литературы (по вопросам к параграфам, главам учебных пособий, составленным преподавателем). 2) Составление ОЛС: 3) Составление терминологического словаря. 4) Подготовка к лабораторным работам с использованием методических рекомендаций преподавателя, оформление лабораторных работ;						4
Тема 1.9 Электропривод.	Содержание учебного материала:
	1					Понятие об электроприводе. Нагревание и охлаждение электродвигателей.	4	1
	2					Режимы работы, выбор мощности электродвигателей.
	Лабораторное занятие Соединение генераторов и потребителей электрической энергии в звезду. Соединение генераторов и потребителей электрической энергии в треугольник.						4	2
	Самостоятельная работа обучающегося: 1) Систематическая проработка конспектов занятий, учебной и специальной технической литературы (по вопросам к параграфам, главам учебных пособий, составленным преподавателем). 2) Составление ОЛС: 3) Составление терминологического словаря. 4) Подготовка к лабораторным работам с использованием методических рекомендаций преподавателя, оформление лабораторных работ;						4
Тема 1.10 Электрические сети.	Содержание учебного материала
	1				Назначение электрических сетей, их устройство, схемы.		8	1
	2				Провода, кабели. Электроизоляционные материалы. Заземление и зануление электрооборудования.
	3				Расчет проводов по допустимым потерям напряжения.
	4				Расчет проводов по допустимому нагреву, расчет и выбор электродвигателей.
	Лабораторное занятие Передача и распределение электрической энергии на пищевых предприятиях. Расчет проводов по допустимому нагреву, выбор проводов. Электрические и магнитные элементы автоматики. Назначение защитного заземления трехпроводных цепей, схемы защиты. Назначение защитного зануления четырехпроводных цепей трехфазного тока. Схема защиты. Выбор электродвигателей, плавких вставок по допустимой нагрузке. Трехфазные трансформаторы, холостой ход трансформатора. Схема пуска.						14	2
	Самостоятельная работа обучающегося: 1) Систематическая проработка конспектов занятий, учебной и специальной технической литературы (по вопросам к параграфам, главам учебных пособий, составленным преподавателем). 2) Составление ОЛС: 3) Составление терминологического словаря. 4) Подготовка к лабораторным работам с использованием методических рекомендаций преподавателя, оформление лабораторных работ;						4
Всего							144

 

Для характеристики уровня освоения учебного материала используются следующие обозначения:

1. – ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств);

2. – репродуктивный (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством)

3. – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач)

 

 

3. условия реализации УЧЕБНОЙ дисциплины

3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

 

Лаборатория электротехники, №11/4; лаборатория электротехнических измерений, №14/103.

Оснащенность:

1.     Плакаты

2.     Дидактический материал

3.     Электронные приборы

4.     Учебно-практические стенды

5.     Генератор сигналов

6.     Генератор высокой частоты

7.     Лазерный излучатель

8.     Ультразвуковая ванна

Плакаты, дидактический материал, электронные приборы; учебно-практические стенды; генератор сигналов, генератор высокой частоты, лазерный излучатель, ультразвуковая ванна

 

3.2. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

1. Лунина В. П. Электротехника и электроника в 3 т. Том 2. Электромагнитные устройства и электрические машины: учебник и практикум для СПО / В. И. Киселев, Э. В. Кузнецов, А. И. Копылов, В. П. Лунин; — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2017 [Электронный ресурс]. — 184 с. — (Профессиональное образование). Режим доступа: https://biblio-online.ru/book/0120F03A-B783-48B6-87D1-45011844261F.

Дополнительные источники:

1. Кузовкин, В. А. Электротехника и электроника: учебник для СПО / В. А. Кузовкин, В. В. Филатов. — М.: Издательство Юрайт, 2017. — 431 с. — (Профессиональное образование). Режим доступа: https://biblio-online.ru/book/6AE9FF4B-2721-4F9E-AAB6-8972506481C7.

Информационные технологии (программное обеспечение и информационные справочные материалы):

1. Договор от 13.06.2017 № 435/17 на предоставление доступа к электронно-библиотечной системе ООО «Издательство Лань» (https://e.lanbook.com/)

2. Договор от 01.03.2018 № 13 – УТ/2018 по обеспечению доступа к электронным информационным ресурсам ФГБНУ ЦНСХБ

3. Дополнительное соглашение от 12.04.2018 № ПДД 18/19 к Лицензионному договору от 04.07.2013 № 27 на предоставление доступа к электронно-библиотечной системе «AgriLib» ФГБОУ ВО РГАЗУ (http://ebs.rgazu.ru/)

4. Контракт от 20.03.2018 №0702/2222-2018 на оказание услуг попредоставлению доступа к электронным базам данных«Национальный цифровой ресурс «Руконт» Коллекция «Базовый массив» (https://rucont.ru/)

5. Договор от 12.05.2017 № 2949 на оказание услуг по предоставлению доступа к ЭБС «Электронно-библиотечной системе «ЭБС ЮРАЙТ www.biblio-onlaine.ru» (www.biblio-onlaine.ru)

6.Программы АСТ-тестирования для рубежного контроля и промежуточной аттестации обучающихся (договор Л-21/16 от 18.10. 2016)

7.Программные комплексы НИИ мониторинга качества образования: «Федеральный интернет-экзамен в сфере профессионального образования (ФЭПО)» (договор №ИАС -2018/1/0205 от 15 марта 2018 г.)

8.Договор № 9012 /13900/ЭС поставки и сопровождения экземпляров систем Консультант Плюс от 20.02.2018

9.Договор № 194 – 01/2018СД на услуги по сопровождению Электронного периодического справочника «Система ГАРАНТ» от 09.01.2018

 

4. Контроль и оценка результатов освоения УЧЕБНОЙ Дисциплины

Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических занятий и лабораторных работ, контрольных работ, тестирования, а также выполнения обучающимися индивидуальных заданий, проектов, исследований.

 

Результаты обучения (освоенные умения, усвоенные знания)	Формы и методы контроля и оценки результатов обучения
Умения:	Экспертная оценка практического занятия. Тесты, проверка домашних работ.  Экспертная оценка практического занятия. Решение ситуационных задач, проверка, оценка. Экспертная оценка практического занятия.       Экспертная оценка. Тестирование   Экспертная оценка. Решение ситуационных задач, проверка, оценка. Тестирование.  Решение ситуационных задач, проверка, оценка.
- рассчитывать параметры и элементы электрических устройств; - собирать электрические схемы и проверять их работу; - измерять параметры электрической цепи;
Знания:
- физические процессы в электрических цепях; - методы расчета электрических цепей; -  методы преобразования электрической энергии.

 

 

 

1.2.        КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

 

Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

 

 

 

Форма итоговой аттестации обучающихся за III семестр по учебной дисциплине «Электротехника» - экзамен

 

 

 

 

 

 

Содержание обучения по учебной дисциплине

 

№ занятия	Наименование разделов, тем, занятий	Обязательная учебная нагрузка		Материальное и информацион ное обеспечение занятий	Внеаудиторная самостоятельная работа обучающихся			Формы и методы контроля	Примечание
		кол-во часов	вид занятия		вид задания	информа-ционное обеспечение	кол-во часов
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Раздел I. Электрические цепи постоянного тока
1	Введение Роль и значение электротехники в производстве	2	Диспут	ОИ1 с.8-10 презентация		ОИ 1	1
2	Тема 1.1 Электрическое поле и его характеристика. Электрическое поле и его характеристика. Напряженность, потенциал электрического поля	2	Урок лекция	ОИ1 с.8-10, ДИ1 презентация	Проработка конспекта занятий по теме, [1] стр. 10-14.	ОИ 1, ДИ 1	1	устный опрос, конспект
3	Тема 1.2. Электрические цепи постоянного тока. Электрические цепи и ее основные элементы. Электрический ток, напряжение, ЭДС, обозначение и единицы измерения	2	Комби нированный	ОИ1 с.28-32,  ДИ1 презентация,	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме.	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, конспект
4	Электрическое сопротивление, проводимость, закон Ома	2	Комби нированный	ОИ1 с.37-39, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, проработка конспекта занятий. Ответы на вопросы по теме. [1] стр. 24-28	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, конспект
5	1 Проверка закона Ома при последовательном соединении приемников	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Проверка оформления отчётов
6	Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца.	2	Комбинированный	ОИ1 с.42-45, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, ответы на вопросы по теме, подготовить доклад по теме, [1] стр. 17-21	ОИ 1, ДИ 1 презентация,	1	Устный опрос, конспект
7	2 Измерение тока, напряжения, сопротивления в цепи постоянного тока	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1		Проверка оформления отчётов
8	I и II законы Кирхгофа. Применение при расчете электрических цепей	2	Комбинированный	ОИ1 с.52-54, ДИ 1 презентация	Домашняя работа в решении задачи по теме, [1] стр. 28-31	ОИ 1, ДИ 1	1	устный опрос
9	3 Проверка 1-го закона Кирхгофа при параллельном соединении резисторов.	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Проверка оформления отчётов
10	Тема 1.3. Электромагнетизм Магнитное поле, напряженность магнитного поля. Магнитная индукция	2	Комбинированный	ОИ1 с.69-73, ДИ 1	Проработка конспекта занятий по теме,  [1] стр. 56-58	ОИ 1, ДИ 1	1	устный опрос
11	Законы магнитной индукции. Самоиндукция, взаимоиндукция. Вихревые токи	2	Комбинированный	ОИ1 с.42-46, ДИ 1 с.96-98	Решение задач по теме, [1] стр. 58-59	ОИ 1, ДИ 1	1	фронтальный опрос
12	Тема 1.4 Однофазный переменный ток Понятие однофазный переменный ток. Основные параметры	2	Комбинированный	ОИ1 с.131-133, ДИ 1	Проработка конспекта занятий по теме, [1] стр. 83-85	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, конспект
13	Электрические цепи с активным и индуктивным сопротивлениями	2	Комбинированный	ОИ1 с. 138-141, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, проработка конспекта. Ответы на вопросы по теме. [1] стр. 98-103	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контроль конспект
14	Электрические цепи с последовательным соединением Ra, Xl и Xc сопротивлениями. Резонанс напряжений	2	Комбинированный	ОИ1 с.147-150, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, проработка конспекта. Ответы на вопросы по теме. [1] стр. 67-71	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
15	4. Исследование цепи переменного тока при последовательном соединении активного Ra, индуктивного Xl и емкостного Xc сопротивлений и наблюдение резонанса напряжений.	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Оформить отчет, подготовиться к защите работы
16	Электрические цепи с активным и емкостным сопротивлением. Векторные диаграммы	2	Комбинированный	ОИ1 с.154-156, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, проработка конспекта. Ответы на вопросы по теме. [1] стр. 103-107	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, оценка работы, конспект
17	Электрические цепи с параллельным соединением Ra, Xl и Xc сопротивлениями. Резонанс токов	2	Комбинированный	ОИ1 с.157-158, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, проработка конспекта. Ответы на вопросы по теме. [1] стр. 107-110	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, оценка работы, конспект
18	5. Исследование электрической цепи переменного тока с параллельным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений и наблюдение резонанса токов	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Оформить отчет, подготовиться к защите работы
19	Тема 1.5. Трехфазные электрические цепи Трехфазные электрические цепи. Особенности применения.	2	Комбинированный	ОИ1 с.164-166, ДИ 1 презентация,	Выполнение домашних заданий, проработка конспекта. Ответы на вопросы по теме. [1] стр. 123-124	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
20	Соединение обмоток генератора и потребителя электрической энергии в звезду и треугольник	2	Комбинированный	ОИ1 с.169-171, ДИ 1 презентация,	Проработка конспекта занятий по теме. [1] стр. 124-127	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
21	Трансформаторы трехфазного электрического тока. Принцип работы, устройство.	2	Комбинированный	ОИ1 с.182-185, ДИ 1 презентация,	Проработка конспекта занятий по теме. [1] стр. 127-131	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
22	6. Исследование работы однофазного трансформатора	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Оформить отчет, подготовиться к защите
23	Сварочные аппараты, устройство, применение в технике	2	Комбинированный	ОИ1 с.188-192, ДИ 1 презентация,	Проработка конспекта занятий по теме. [1] стр. 131-134	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
24	Тема 1.6 Электрические измерения Сущность и значение электрических измерений. Основные единицы измерения	2	Комбинированный	ОИ1 с.318-323, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, проработка конспекта. Ответы на вопросы по теме [1] стр. 132-141	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
25	Измерения неэлектрических величин (T, P, L) электрическими методами. Преобразователи электрических сигналов	2	Комбинированный	ОИ1 с.318-320, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, проработка конспекта. Ответы на вопросы по теме. Решение задач. [1] стр. 141-146	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, оценка работы, конспект
26	7. Измерительные преобразователи T, P, L в электрические сигналы.	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
27	Тема 1.7 Электродвигатели переменного тока. Понятие вращающее магнитное поле. Ее сущность, получение и применение	2	Комбинированный	ОИ1 с.101-104, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме. [1] стр. 147-151	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
28	Устройство и принцип действия асинхронного электродвигателя. Пуск, вход и остановка электродвигателя	2	Комбинированный	ОИ1 с.199-209, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме. [1] стр. 152-159	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
29	Однофазные, асинхронные электродвигатели переменного тока. Схемы	2	Комбинированный	ОИ1 с.230-233, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме.	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
30	8. Схема пуска и остановки электродвигателей переменного тока.	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
31	Тема 1.8 Электродвигатели постоянного тока. Устройство и принцип работы электрических машин постоянного тока	2	Комбинированный	ОИ1 с.239-243, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме.	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
32	Механические и рабочие характеристики электродвигателей постоянного тока	2	Комбинированный	ОИ1 с.269-272, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме. Решение задач.	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, оценка работы, конспект
33	9. Схема пуска и остановки электродвигателей постоянного тока	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
34	Тема 1.9 Электропривод Понятие об электроприводе. Нагревание и охлаждение электродвигателей	2	Комбинированный	ОИ1 с.398-401, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме. Решение задач.	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, оценка работы, конспект
35	Режимы работы, выбор мощности электродвигателей	2	Комбинированный	ОИ1 с.400-402, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме. Решение задач.	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, оценка работы, конспект
36	10. Соединение генераторов и потребителей электрической энергии в звезду	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
37	11. Соединение генераторов и потребителей электрической энергии в треугольник	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
38	Тема 1.10 Электрические сети. Назначение электрических сетей, их устройство, схемы	2	Комбинированный	ОИ1 с.362-365,  ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме.	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
39	Провода, кабели. Электроизоляционные материалы. Заземление и зануление электрооборудования	2	Комбинированный	ОИ1 с.365-368,  ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме.	ОИ 1, ДИ 1	1	Устный опрос, контрольконспект
40	Расчет проводов по допустимым потерям напряжения	2	Комбинированный	ОИ1 с.371-373,  ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме.	ОИ 1, ДИ 1	1	Опрос, конспект
41	Расчет проводов по допустимому нагреву, расчет и выбор электродвигателей.	2	Комбинированный	ОИ1 с. 400-403, ДИ 1	Выполнение домашних заданий, Составление конспекта. Ответы на вопросы по теме.	ОИ 1, ДИ 1	1	Опрос, конспект
42	12. Передача и распределение электрической энергии на пищевых предприятиях	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
43	13. Расчет проводов по допустимому нагреву, выбор проводов	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
44	14. Электрические и магнитные элементы автоматики	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
45	15. Назначение защитного заземления трехпроводных цепей, схемы защиты	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
46	16. Назначение защитного зануления четырехпроводных цепей трехфазного тока. Схема защиты	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
47	17. Выбор электродвигателей, плавких вставок по допустимой нагрузке	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы
48	18. Трехфазные трансформаторы, холостой ход трансформатора. Схема пуска	2	Лабораторная работа	Мет. указание	Подготовить отчёт по ЛР	ОИ 1, ДИ 1	1	Отчет и оценка работы

 

 

Примечание: снятие часов на праздничные дни не запланировано

 

 

Основные источники (ОИ):

1. Лунина В. П. Электротехника и электроника в 3 т. Том 2. Электромагнитные устройства и электрические машины: учебник и практикум для СПО / В. И. Киселев, Э. В. Кузнецов, А. И. Копылов, В. П. Лунин; — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2017 [Электронный ресурс]. — 184 с. — (Профессиональное образование). Режим доступа: https://biblio-online.ru/book/0120F03A-B783-48B6-87D1-45011844261F.

Дополнительные источники (ДИ):

1.      Кузовкин, В. А. Электротехника и электроника: учебник для СПО / В. А. Кузовкин, В. В. Филатов. — М.: Издательство Юрайт, 2017. — 431 с. — (Профессиональное образование). Режим доступа: https://biblio-online.ru/book/6AE9FF4B-2721-4F9E-AAB6-8972506481C7.

Интернет-ресурсы:

1. Договор от 13.06.2017 № 435/17 на предоставление доступа к электронно-библиотечной системе ООО «Издательство Лань» (https://e.lanbook.com/)

2. Договор от 01.03.2018 № 13 – УТ/2018 по обеспечению доступа к электронным информационным ресурсам ФГБНУ ЦНСХБ

3. Дополнительное соглашение от 12.04.2018 № ПДД 18/19 к Лицензионному договору от 04.07.2013 № 27 на предоставление доступа к электронно-библиотечной системе «AgriLib» ФГБОУ ВО РГАЗУ (http://ebs.rgazu.ru/)

4. Контракт от 20.03.2018 №0702/2222-2018 на оказание услуг попредоставлению доступа к электронным базам данных«Национальный цифровой ресурс «Руконт» Коллекция «Базовый массив» (https://rucont.ru/)

5. Договор от 12.05.2017 № 2949 на оказание услуг по предоставлению доступа к ЭБС «Электронно-библиотечной системе «ЭБС ЮРАЙТ www.biblio-onlaine.ru» (www.biblio-onlaine.ru)

6.Программы АСТ-тестирования для рубежного контроля и промежуточной аттестации обучающихся (договор Л-21/16 от 18.10. 2016)

7.Программные комплексы НИИ мониторинга качества образования: «Федеральный интернет-экзамен в сфере профессионального образования (ФЭПО)» (договор №ИАС -2018/1/0205 от 15 марта 2018 г.)

8.Договор № 9012 /13900/ЭС поставки и сопровождения экземпляров систем Консультант Плюс от 20.02.2018

9.Договор № 194 – 01/2018СД на услуги по сопровождению Электронного периодического справочника «Система ГАРАНТ» от 09.01.2018

2 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ БЛОК

2.1. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЙ

Методические указания по выполнению лабораторных занятий

 

Перечень лабораторных занятий

1 Последовательное, параллельное соединение.

2 Определение потерь напряжения в линии электропередач.

3 Измерение тока, напряжения, сопротивления изоляций жил кабеля.

4. Электрические цепи с последовательным соединением Ra, Xl и Xc сопротивлениями. Резонанс напряжений.

5. Электрические цепи соединением Ra, Xl и Xc сопротивлениями. Резонанс токов.

6. Трансформаторы переменного тока. Расчет трансформатора.

7. Измерительные преобразователи T, P, L в электрические сигналы.

8. Схема пуска и остановки электродвигателей переменного тока

9. Схема пуска и остановки электродвигателей постоянного тока

10. Соединение генераторов и потребителей электрической энергии в звезду

11. Соединение генераторов и потребителей электрической энергии в треугольник

12. Передача и распределение электрической энергии на пищевых предприятиях

13. Расчет проводов по допустимому нагреву, выбор проводов

14. Электрические и магнитные элементы автоматики

15. Назначение защитного заземления трехпроводных цепей, схемы защиты

16. Назначение защитного зануления четырехпроводных цепей трехфазного тока. Схема защиты

17. Выбор электродвигателей, плавких вставок по допустимой нагрузке

18. Трехфазные трансформаторы, холостой ход трансформатора. Схема пуска

 

Последовательное, параллельное соединение сопротивлений.

 

Цель работы: Опытом проверить закономерности электрической цепи при последовательном и параллельном соединениях сопротивлений.

 

Краткие теоретические сведения

Последовательным соединением сопротивлений называется такое соединение, при котором конец первого сопротивления соединяется с началом второго, конец второго - с началом третьего и т. д. 

 

 

Общее сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме их сопротивлений. 

R_общ.=R₁+R₂+R₃

R_общ=5ом+10ом+25ом=40ом

 

Величина тока в последовательной цепи 

Так как в данной цепи отсутствует ответвление тока, то очевидно, что количество электричества, протекающее через поперечное сечение проводника за единицу времени. в любой точке цепи будет одинаковым. 

Следовательно, во всех точках последовательной цепи величина тока одинакова. 

Эти четыре амперметра покажут одинаковые величины тока. Поэтому при последовательном соединении для измерения тока достаточно включать один амперметр на любом участке цепи.

 

 

Распределение напряжения в последовательной цепи 

Напряжение источника тока, приложенное к внешнему участку цепи, распределяется по участкам цепи прямо пропорционально сопротивлениям этих участков. Напряжение, приложенное к каждому из этих резисторов, определяется по формуле: 

Так как ток в последовательной цепи везде одинаков значит действительно напряжение на ее участках зависит от сопротивления чем больше сопротивление, тем большее напряжение приложено к данному участку. 

 Сумма напряжений на участках последовательной цепи равна напряжению источника тока 

Параллельным соединением сопротивлений называется такое соединение, при котором к одному зажиму источника подключаются начала сопротивлений, а к другому зажиму - концы.

Общее сопротивление параллельно включенных сопротивлений определяется по формуле:

Общее сопротивление параллельно включенных сопротивлений всегда меньше наименьшего сопротивления, входящего в данное соединение. 

На вышеуказанном рисунке мы можем сразу сказать, что общее сопротивление будет меньше 10 ом.

Первый частный случай

Если параллельно включено только два резистора, то их общее сопротивление можно определить по формуле:

Второй частный случай

Если параллельно включено любое количество резисторов одинаковых сопротивлений, то их общее сопротивление можно определить если сопротивление одного резистора разделить на количество резисторов. 

Распределение токов и напряжения в параллельных ветвях

 

Так как начала всех сопротивлений сведены в одну общую точку, а концы - в другую, то очевидно, что разность потенциалов на концах любого из параллельно включенных сопротивлений равна разности потенциалов между общими точками. 

Итак, при параллельном соединении сопротивлений напряжения на них равны между собой.

Если разветвление подключено непосредственно к зажимам источника тока, то напряжение на каждом из сопротивлений равно напряжению на зажимах источника.

Второе свойство цепи с параллельным соединением заключается в том, что электрический ток распределяется по параллельным ветвям обратно пропорционально их сопротивлениям. 

Это значит, что, чем больше сопротивление, тем меньше по нему пойдет ток. 

Рассматривая точку разветвления А, замечаем, что к ней притекает ток I, а токи I1, I2, I3 утекают из нее. Так как движущиеся электрические заряды не скапливаются в точке, то очевидно, что суммарный заряд, притекающий к точке разветвления, равен суммарному заряду, утекающему от нее: 

Следовательно, третье свойство параллельного соединения может сформулирована так:

Величина тока в не разветвленной части цепи равна сумме токов в параллельных ветвях.

Техническое задание 

1.Собрать электрическую цепь последовательного соединения резисторов (рисунок 1)

Рисунок 1. Схема электрическая принципиальная.

 

2.Собрать электрическую цепь параллельного соединения резисторов (рисунок 2) 

Рисунок 2. Схема электрическая принципиальная.

 

3.Снять показания приборов и записать их в таблицу

4.Произвести расчеты

5.Построить графики

6.Ответить на контрольные вопросы

7.Сделать вывод 

Работа в лаборатории

 

1. Исследование последовательного соединения резисторов

1.1 Собрать схему (Рисунок 3).

 

 

Рисунок 3. Схема исследования.

 

1.2 Установить на схеме величины R1=100 Ом + N, R2=100 Ом + 2N и R3=130 Ом + 4N,

где N - номер студента по журналу (мощность резисторов 1 Вт).

1.3. Включить источник и установить напряжение U=15 В, 24 В.

1.4. Измерить величину тока, протекающего в цепи и занести значение в таблицу 1.

1.5. Измерить напряжение на каждом резисторе и записать в таблицу 1.

1.6. Измерить сопротивление каждого резистора и записать в таблицу 1.

1.7. Отключить схему.

1.8. Рассчитать сопротивление резисторов по формулам:

Таблица 1 - Измеренные параметры

 

2. Исследование параллельного соединения реисторов

2.1. Собрать схему (Рисунок 4).

 

Рисунок 4. Схема исследования.

2.2. Установить на схеме величины R1=70 Ом + N, R2=100 Ом + N и R3=150 Ом + N,

где N - номер студента по журналу (мощность резисторов более 1 Вт).

2.3. Включить источник и установить напряжение U=15 В, 24 В.

2.4. Измерить величину тока, протекающего во всей цепи и занести значение в таблицу 2.

2.5. Измерить величину тока, протекающего в каждом резисторе и записать в таблицу 2.

2.6. Расчитать проводимость каждого резистора и записать в таблицу 2 (установкой):

2.7. Рассчитать проводимость каждого резистора через ток и напряжение и записать в таблицу 2 (расчетом):

2.8. Отключить схему.

 

Таблица 2 - Измеренные параметры

 

Содержание отчета

1. Название и цель работы

2. Схемы

3. Таблицы

4. Расчеты по формулам

5. Ответы на контрольные вопросы

6. Вывод

 

Контрольные вопросы

1.Какое соединение резисторов называют последовательным?

2.Как определить общее сопротивление резисторов при последовательном соединении?

3. Что называется проводимостью и в каких единицах она измеряется?

4.Чему равен общий ток цепи и напряжение на участках при последовательном соединении?

5.Как определяется мощность на участках цепи и всей цепи при последовательном соединении?

6.Какое соединение резисторов называют параллельным?

7.Как определить общее сопротивление резисторов при параллельном соединении?

8.Чему равен общий ток цепи и напряжение на участках при параллельном соединении?

9.Как определяется мощность на участках цепи и всей цепи при параллельном соединении?

 

 

 

 

Определение потерь напряжения в линии электропередач.

 

Цель работы: определить какие факторы и как они влияют на потери напряжения и мощности. Определить КПД ЛЭП.

 

Краткие теоретические сведения.

 

 

От генератора до потребителя электроэнергия передается по проводам, т.е. по линии электропередачи. Так как ЛЭП характеризуется определенным сопротивлением, то на нее тратиться активная мощность на нагрев проводов. Чем больше сопротивление ЛЭП, тем больше и потери мощности. На ЛЭП имеет место и потери напряжения. Чем больше ток или сопротивление проводов, тем больше и потери мощности и напряжения.

Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния, напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери.

 

Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления. В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону (коронный разряд). Эти потери зависят во многом от погодных условий (в сухую погоду потери меньше, а в дождь, изморось или снег эти потери возрастают) и расщепления провода в фазах линии.

Потери на корону для линий различных напряжений имеют свои значения (для линии ВЛ 500 кВ среднегодовые потери на корону составляют около ΔР=9–11 кВт/км).

Так как коронный разряд зависит от напряжённости на поверхности провода, то для уменьшения этой напряжённости в воздушных линиях сверхвысокого напряжения применяют расщепление фаз. То есть вместо одного провода применяют два и более проводов в фазе. Располагаются эти провода на равном расстоянии друг от друга. Получается эквивалентный радиус расщеплённой фазы, этим уменьшается напряжённость на отдельном проводе, что в свою очередь уменьшает потери.

В ГОСТ 13109-97 говорится, что нормальное отклонение напряжения не должно превышать 5, а предельное – 10 процентов.

Техническое задание

 

1.Собрать электрическую цепь (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема электрическая принципиальная.

 

2.Снять показания приборов и записать их в таблицу.

3.Произвести расчеты.

4.Ответить на контрольные вопросы.

5. Сделать вывод.

 

Работа в лаборатории.

1. Собрать схему (Рисунок 2).

 

Рисунок 2 - Схема исследования.

 

2. Подать на начало ЛЭП (S=1 мм², L=1000 м) напряжение 220В и подключить нагрузку     Rн = 1 кОм, материал проводов выбрать согласно варианта (таблица 1).

3. Замерить напряжение на выходе ЛЭП и ток.

4. Записать измеренные величины в таблицу 2.

5. Произвести расчеты и сделать вывод.

 

Табличные значения удельных сопротивлений находятся тут.

Таблица 1 – Варианты

 

 

Таблица 2 - Результаты измерений.

 

Содержание отчета

1. Название и цель работы

2. Схемы

3. Таблицы

4. Ответы на контрольные вопросы

5. Вывод

Контрольные вопросы.

1.  Какая допускается потеря напряжения по госту в силовой линии и линии освещения?

2. Какой металл лучше всего проводит электрический ток? 

3. От чего зависит потеря напряжения в проводах?

4. Почему для нагревательных  приборов применяют материалы с большим значением удельного сопротивления?

 

Электрические цепи с последовательным соединением Ra, Xl и Xc

сопротивлениями. Резонанс напряжений.

 

Цель работы: Изучение и экспериментальное исследование явления резонанса напряжений.

 

Основные теоретические сведения

 

Резонансом называется такой режим электрической цепи, при которой входной ток совпадает по фазе с входным напряжением, несмотря на наличие в цепи реактивных элементов.

Резонансный режим наступает тогда, когда частота внешних воздействий на систему равна собственной частоте системы,

ω=2πf = ω₀= 2πf ₀ (4.1)

т.е. частоте преобразования энергии внутри системы из одной формы в другую (энергия магнитного поля в энергию электрического поля и наоборот). Резонанс, таким образом, возникает при наличии в цепи индуктивности и емкости.

Одна из ценных особенностей резонансов - это значительное увеличение напряжений или токов при весьма экономичном использовании электрической энергии.

Резонанса в электрической цепи можно достичь, изменяя либо частоту источника питания, либо индуктивность, либо емкость.

Цепь, находящаяся в резонансном режиме, характеризуется следующим:

1. входные реактивные сопротивления или проводимости равны нулю:

x_вх=0; b_вх=0;

2. угол сдвига фаз между входным током и выходным напряжением равен нулю, а коэффициент мощности максимален.

φ_вх=0; cos φ_вх=I;

3. входная мощность чисто активная:

S_вх=P_вх+jQ_вх= P_вх;

Резонанс напряжений

Резонанс при последовательном соединении индуктивности и емкости, при взаимной компенсации реактивных составляющих напряжения U_вх, называют резонансом напряжений.

Если к цепи, изображенной на рис. 1, приложено переменное синусоидальное напряжение

u_вх=√2 U_вх sin ωt,

то ток равен

i_вх=√2sin(ωt+φ)U_вх/Z_вх=√2sin(ωt+φ)U_вх/√R²+x_вх²=√2I_вх sin(ωt+φ),

где

φ=arctg (x_вх/R); x_вх=x_L-x_C=ωL-1/(ωC).

Из приведенного выражения (4.3) видно, что ток i_вх будет совпадать с приложенным напряжением при условии x_вх = 0 или

ωL=1/(ωC),

т.е. x_L=x_C.

Таким образом, при резонансе напряжений входное реактивное сопротивление x_вх равно нулю, а полное сопротивление z_вхимеет наименьшее значение, поэтому ток в цепи максимален.

При резонансе напряжений реактивные составляющие напряжения U_вх равны между собой:

U_L= U_C.

и могут во много раз превышать напряжение, приложенное к цепи, что характеризуется добротностью контура:

Q_вх=U_C/U_вх= U_L/U_вх=ρ/R=(200–500),

где ρ - волновое или характеристическое сопротивление контура.

ρ=√L/C

 

Рис. 1. Схема замещения последовательной цепи

Векторная диаграмма резонанса напряжений в цепи (рис. 1) имеет вид:

 

Рис. 2. Векторная диаграмма резонанса напряжений

 

Нерезонансные режимы

Режимы вне резонанса можно получить, если вывести систему из резонанса, т.е. нарушить условие (1), изменяя собственную частоту контура с помощью индуктивности L при постоянной емкости C, или изменяя емкость C при постоянной индуктивности L. В результате этой операции можно получить частотные характеристики (рис. 3 и рис. 4).

Следует отметить, что острота всех частотных характеристик зависят от добротности цепи Q_g. Чем выше Q_g, тем более острыми получаются пики всех кривых и поэтому резко возрастают избирательные свойства цепи.

Изменяя величину емкости конденсатора при постоянной индуктивности можно получить графики функциональных зависимостей в последовательной цепи (рис. 5) и построить соответствующие векторные диаграммы (рис. 6).

Для схемы (рис. 1) на основании векторных диаграмм для нерезонансных режимов (рис. 6) можно построить треугольник напряжений для всей цепи (рис. 7, a) и соответствующий треугольник сопротивлений (рис. 7. б).

Из треугольника напряжений (рис. 7,а) следует:

cos φ_вх= U_a/U_вх

где U_a- активная составляющая входного напряжения.

Из треугольника сопротивлений также можно определить величину коэффициента мощности:

cos φ_вх=R/ Z_вх.

Рис. 3. Частотные характеристики сопротивлений последовательной цепи

 

 

Рис. 4. Частотные характеристики тока, напряжения, мощности и коэффициента мощности последовательной цепи

Рис. 5. График функциональных зависимостей в последовательной цепи

Рис. 6. Векторные диаграммы последовательной цепи для нерезонансных режимов

Рис. 7. Треугольник напряжений (а) и треугольник сопротивлений (б) последовательной цепи

 

 

Содержание работы

 

Исследовать дорезонансный, резонансный и послерезонансный режимы последовательной цепи изменением индуктивности при постоянной емкости и изменением емкости при постоянной индуктивности. Измерить параметры катушки при помощи амперметра, вольтметра и ваттметра.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для исследования последовательной цепи (рис. 8).

Рис. 8. Схема исследования последовательной цепи

2. Ключ В1 разомкнут. Включаем выключатели батареи конденсаторов, набираем суммарную емкость С=30 мкФ. Включаем источник питания. Изменяя индуктивность катушки, устанавливаем резонансный режим, который определяется по максимальному показанию амперметра А_вх. Показания приборов занести в таблицу 1.

3. Изменяя, индуктивность катушки, установить дорезонансный режим (ток в цепи увеличивается), затем - послерезонансный режим (ток в цепи уменьшается). Показания приборов для одной точки дорезонансного режима и одной точки послерезонансного режима занести в табл. 1.

 

Таблица 1

Режимы цепи	Данные измерений
	, В	, А	, В	, В	, В	, Вт
Резонанс До резонансный После резонансный

 

4. По данным табл. 1 построить векторные диаграммы цепи для трех режимов: резонансного, до резонансного и после резонансного. Диаграмму удобно строить методом засечек с помощью циркуля, в соответствии с балансом напряжений.

Установить ток I_вх=0,5 А. регулированием индуктивности. Выключить батарею конденсаторов с помощью тумблеров, замкнуть ключ В1. Показания приборов занести в табл. 2

 

 

 

 

Таблица 2

 

По данным табл. 2 определить R_к, Z_к, x_к, L_к по формулам:

; ;

x_к=√ Z_к²- R_к² = ω L_к; L_к = x_к/ ω.

5. Разомкнуть ключ В1. Включить суммарную емкость 30 мкФ. Изменяя индуктивность, установить резонансный режим. Оставив индуктивность неизменной, записать показания приборов при ступенчатом изменении емкости в пределах имеющегося магазина емкостей. Показания приборов занести в табл. 3.

 

Таблица4- 3

 

6. По данным табл. 3 построить графики зависимостей:

, ,,,cos φ_вх(С), , .

cos φ_вх(С) - определяется из соотношения

- определяется по расчетам

 

Содержание отчета

1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Схему исследования.
4. Таблицу приборов и оборудования.
5. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
6. Расчетные формулы.
7. Графики зависимостей.
8. Векторные диаграммы.
9. Выводы об особенностях резонансного и нерезонансного режимов.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое резонанс напряжений?
2. Каким способом регулируется собственная частота цепи?
3. Чем определяется величина усиления напряжений?
4. Почему выходной ток при резонансе напряжений максимален?
5. Почему коэффициент мощности при резонансе равен единице, а до и после резонанса снижается?
6. Как строятся векторные диаграммы для нерезонансных режимов?
7. Почему резонансные режимы весьма экономичны?
8. Где используется резонансы напряжений?

 

Электрические цепи соединением Ra, Xl и Xc сопротивлениями.

Резонанс токов.

 

Цель работы: Изучение и экспериментальное исследование явления резонанса токов.

 

Основные теоретические сведения

 

Резонансом называется такой режим электрической цепи, при которой входной ток совпадает по фазе с входным напряжением, несмотря на наличие в цепи реактивных элементов.

Резонансный режим наступает тогда, когда частота внешних воздействий на систему равна собственной частоте системы,

ω=2πf = ω₀= 2πf ₀

т.е. частоте преобразования энергии внутри системы из одной формы в другую (энергия магнитного поля в энергию электрического поля и наоборот). Резонанс, таким образом, возникает при наличии в цепи индуктивности и емкости.

Одна из ценных особенностей резонансов - это значительное увеличение напряжений или токов при весьма экономичном использовании электрической энергии.

Резонанса в электрической цепи можно достичь, изменяя либо частоту источника питания, либо индуктивность, либо емкость.

Цепь, находящаяся в резонансном режиме, характеризуется следующим:

- входные реактивные сопротивления или проводимости равны нулю:

x_вх=0; b_вх=0;

- угол сдвига фаз между входным током и выходным напряжением равен нулю, а коэффициент мощности максимален:

φ_вх=0; cos φ_вх=I;

- входная мощность чисто активная:

 

Резонанс токов

Резонанс при параллельном соединении индуктивности и емкости, при взаимной компенсации реактивных составляющих токов в параллельных ветвях, называют резонансом токов.

Если к цепи, изображенной на рис. 1, приложено переменное синусоидальное напряжение

U_вх=√2U_вхsinωt,

то ток равен

i_вх = √2U_вх√g²+ σ²∙sin(ωt±φ) = √2I_вх sin(ωt±φ),

где

φ = arctg σ/g; g = R/( R²+( ωL)²); σ = σ_L – σ_C = ωL/(R²+( ωL)²) – ωC

Из приведенного выражения видно, что ток будет совпадать с приложенным напряжением при условии σ = 0 или

ωL/(R²+( ωL)²) – ωC = 0, т.е. σ_L = σ_C

Таким образом, при резонансе токов входная реактивная проводимость цепи равна нулю, а полная проводимостьимеет наименьшее значение, поэтому ток в неразветвленной части цепи минимален.

При резонансе токов в параллельных ветвях реактивные составляющие токов равны между собой:

.

и могут во много раз превышать ток в неразветвленной части цепи, что характеризуется величиной добротности :

= I_C/I_вх = I_L/I_вх = ρ/R = (1–200)

ρ = √ L/C.

где - волновое или характеристическое сопротивление контура.

Рис. 1. Схема замещения параллельной цепи

Векторная диаграмма резонанса токов в цепи (рис. 1) имеет вид:

Рис. 2. Векторная диаграмма резонанса токов

 

Нерезонансные режимы

Режимы вне резонанса можно получить, если вывести систему из резонанса, т.е. нарушить условие, изменяя собственную частоту контура с помощью индуктивности при постоянной емкости, или изменяя емкостьпри постоянной индуктивности. В результате этой операции можно получить частотные характеристики (рис. 3 и рис. 4).

Рис. 3. Частотные характеристики проводимостей и входного сопротивления параллельной цепи

Рис. 4. Частотные характеристики токов и коэффициента мощности параллельной цепи

 

Следует отметить, что частотные характеристики параллельной цепи обратны по отношению к частотным характеристикам последовательной цепи, это происходит по-тому, что параллельное соединение элементов является обратным последовательному соединению. Острота частотных характеристик зависят от добротности цепи Q_g. Чем выше значение добротности, тем более острыми получаются пики кривых и лучше избирательные свойства цепи.

Изменяя величину емкости конденсатора при постоянной индуктивности можно получить графики функциональных зависимостей в параллельной цепи (рис. 5) и построить соответствующие векторные диаграммы (рис. 6).

 

Рис. 5. Графики функциональных зависимостей в параллельной цепи

Рис. 6. Векторные диаграммы параллельной цепи для нерезонансных режимов

Для схемы (рис. 1) на основании векторных диаграмм для нерезонансных режимов (рис. 6) можно построить треугольник токов для всей цепи (рис. 7, a), а также для отдельной ветви в данном случае для ветви с катушкой (рис. 7. б). Для этой же ветви построен треугольник сопротивлений на рис. 7, в.

 

Рис. 7. Треугольники токов (а, б) и треугольник сопротивлений (в).

В схеме (рис. 1) активная составляющая входного тока, определяется активной составляющей тока катушки. Если сопротивление ветви с катушкой не изменяется, то, а, следовательно, и.

Из треугольников рис. 5-7 следует:

cos φ_вх = I_a/I_вх;

I_R = I_k cos φ_k; cos φ_k = R/Z_k

Следовательно,

 

Содержание работы

 

Исследовать до резонансный, резонансный и после резонансный режимы параллельной цепи изменением индуктивности при постоянной емкости и изменением емкости при постоянной индуктивности. Измерить параметры катушки при помощи амперметра, вольтметра и ваттметра.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Собрать схему для исследования параллельной цепи (рис. 8).

2. Ключ В1 замкнут. Включаем выключатели батареи конденсаторов, набираем суммарную емкость С=30 мкФ. Включаем источник питания тумблерами. Изменяя индуктивность катушки, устанавливаем резонансный режим, который определяется по максимальному показанию амперметра А_вх. Показания приборов занести в таблицу 1.

 

Рис. 8. Схема исследования параллельной цепи.

3. Изменяя индуктивность катушки, установить дорезонансный режим (I_C<I_L), затем послерезонансный режим (I_C>I_L). Показания приборов для одной точки дорезонансного режима и одной точки послерезонансного режима занести в табл. 1.

 

Таблица 1

4. По данным табл. 1 построить векторные диаграммы цепи для трех режимов: резонансного, до резонансного и после резонансного.

5. Установить ток , близкий к резонансному, регулированием индуктивности. Разомкнуть ключ В1, показания приборов занести в табл. 2.

 

Таблица 5- 2

 

6. По данным табл. 5-2 определить ,,,по формулам:

; 

;x_к=√ Z_к²- R_к² = ω L_к; L_к = x_к/ ω.

Включить суммарную емкость С=30 мкФ. Ключ В1 замкнут. Изменяя индуктивность, установить резонансный режим. Оставив индуктивность неизменной, записать показания приборов при ступенчатом изменении емкости в пределах имеющегося магазина емкостей. Показания приборов занести в табл. 3.

 

Таблица 5-3

7. По данным табл. 5-3 построить графики зависимостей:

, ,,,

cos φ_вх (С),  , .

cos φ_вх (С) – определяется по расчетом

      - определяется по расчетам

 

Содержание отчета

 

1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Схему исследования.
4. Таблицу приборов и оборудования.
5. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
6. Расчетные формулы.
7. Графики зависимостей.
8. Векторные диаграммы.
9. Выводы об особенностях резонансного и нерезонансного режимов.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое резонанс напряжений?
2. Каким способом регулируется собственная частота цепи?
3. Чем определяется величина усиления токов?
4. Почему входной коэффициент мощности равен единице, а до и после резонанса быстро снижается?
5. Как строятся векторные диаграммы цепи для режимов до и после резонанса, для режима резонанса?
6. Почему резонансные режимы весьма экономичны?
7. Где используется резонансы токов?

 

Трансформаторы переменного тока. Расчет трансформатора.

 

Цель работы: ознакомиться с конструкцией трансформатора переменного тока, научиться рассчитывать его, исследовать работу трансформатора при различных режимах работы

 

Методические указания

 

Трансформатором переменного тока называется электромагнитный аппарат, преобразующий систему переменного трёхфазного тока при постоянной частоте питающей сети и состоящий из шести индуктивно связанных катушек.

В зависимости от устройства сердечника трансформатора различают:

а) трансформаторы с независимыми магнитными системами (группа из трёх однофазных трансформаторов);

б) трансформаторы со связанными магнитными системами (один трехстержневой трансформатор, который используется при выполнении данной лабораторной работы). Устройство такого трансформатора показано на рис.2.1.

При преобразовании группы из трёх однофазных трансформаторов в один трех стержневой несколько уменьшается длина магнитной цепи, поэтому возникает небольшая магнитная не симметрия контуров, по которым проходят потоки отдельных фаз, что вызывает не симметрию токов холостого хода этих фаз. Не симметрия сказывается, главным образом, в трансформаторах малой мощности, где ярмо играет относительно большую роль. В трансформаторах большой мощности не симметрия заметно сглаживается. При нагрузке ток холостого хода оказывает небольшое влияние на токи в первичных и вторичных обмотках. В результате при симметричном питающем напряжении и равномерной нагрузке все фазы трёхфазного трансформатора находятся практически в одинаковых условиях. Поэтому выведенные формулы, построенные схемы замещения и графические зависимости, полученные для. однофазного трансформатора, справедливы. и для. трёхфазного трансформатора. Однако в режиме холостого хода, на который большое влияние оказывает схема соединения обмоток, имеются особенности.

Рассмотрим основные схемы соединения обмоток (табл.2.1). Первичная и вторичная обмотки трёхфазных трансформаторов могут быть соединены по следующим схемам: «звезда», «звезда с выведенной нулевой точкой», «треугольник», «зигзаг с выведенной нулевой точкой». Обычно обмотку высшего напряжения соединяют по схеме «звезда», что позволяет при заданном напряжении иметь меньшее число витков в фазе.

Зажимы трансформатора согласно ГОСТ обозначаются в порядке чередования фаз: на стороне высшего напряжения (ВН) А, В, С -начала обмоток, X, Y, Z - концы обмоток; на стороне низшего напряжения (НН) соответственно, а, b, с и х; у, z.

Кроме указания на способ соединения обмоток трансформатора, необходимо ещё указание на угол сдвига, а между первичным и вторичным линейными напряжениями, в соответствии с чем определяется группа, к которой принадлежит трансформатор (всего 12 групп).

Схемы соединения обмоток силовых трансформаторов, применяемых в России, приведены в табл1.

Отличие работы трансформаторной группы, соединённой по способу Y/Y0-0 при холостом ходе однофазного трансформатора состоит в том, что в ней нет третьих гармонических тока, так как они совпадают по фазе и, следовательно, направлены в каждой фазной обмотке либо от её начала к её концу, либо в обратном направлении. В результате, при соединении обмоток «звездой» токи третьей гармонической выпадают из кривой тока холостого хода, поскольку в каждый момент они направлены либо все к нейтральной точке, либо от неё.

Отсутствие третьей гармонической в кривой тока холостого хода искажает кривую магнитного потока. При этом происходит повышение наибольшего значения фазной ЭДС и её действующего значения, что нежелательно и в ряде случаев опасно.

В трехстержневом трансформаторе потоки третьих гармонических во всех трёх фазах, также как и токи, совпадают во времени и в стержнях трансформатора направлены в одну сторону. В результате поток, протекающий в первом стержне, не может замкнуться ни через второй, ни через третий стержни, так как в каждом из них он встречает поток третьей гармонической, направленный ему навстречу. В результате они замыкаются от ярма через воздух, имеющий большое магнитное сопротивление, поэтому потоки третьей гармонической невелики, и кривые фазных напряжений, как правило, остаются практически синусоидальными.

При соединении обмоток по способу Δ /Y первичный треугольник трансформатора представляет собой контур, по которому все три тока третьей гармонической текут в одном направлении. В результате кривая магнитного потока приближается к синусоидальной форме.

При соединении обмоток по способу Y/ Δ третья гармоническая выпадает из кривой холостого хода. Третья гармоническая потока Фз наводит в каждой фазе вторичной обмотки третью гармоническую ЭДС Е23, отстающую от потока Фз по фазе на 90°, ЭДС создаёт ток I23, отстающий от ЭДС Е23 практически на 90° из-за большого индуктивного сопротивления. В результате поток Фз, создаваемый током I23, находится практически в противофазе потоку Фз и практически компенсирует его.  В следствии этого кривые потока и, соответственно, ЭДС приближается к синусоиде.

Симметричное короткое замыкание трёхфазных трансформаторов не представляет никаких специфических особенностей по сравнению с коротким замыканием однофазного трансформатора.

 

Порядок выполнения

 

1.   Ознакомиться с техническими данными и записать паспортные данные исследуемого трансформатора.

2.   Собрать схему (рис. 2.2) и проверить маркировку обмоток высокого напряжения. По условиям техники безопасности маркировка обмоток ВН трансформатора выполняется при значительно пониженном напряжении (установить 10 В).

Опыт проводится в следующем порядке: обмотку ВН соединяют в «звезду», подключают фазой BY к однофазному источнику при пониженном напряжении и изменяют ЭДС – U_BY, Е_ax, E_CZ,U_ab, U_BC между соответствующими клеммами, сведя данные в табл. 2.2.

ЭДС индуцированные в фазах АХ и CZ численно равны половине ЭДС фазы BY, так как в крайних стержнях магнитный поток равен половине потока среднего стержня. При правильной маркировке показания вольтметров между А и В, В и С будут определятся суммой E_BY и Е_AX, значит U_AB = U_BC = 1.5U_BH.

Если маркировка выполнена неправильно, показания вольтметров между А и В, В и С будут определяться разностью тех же ЭДС и Uab = U_BC = 0.5U_BH (рис. 2.3).

3. Собрать схему (рис. 2.4) и проверить маркировку обмоток НН.

Последовательность этого опыта заключается в следующем; начало одной фазы ВН соединяют с началом обмотки этой же фазы НН, затем фазу ВЦ подключают к источнику питания (устанавливают напряжение от 50 до 100В) и измеряют напряжения ЭДС Е.

При правильном включении А и а показания вольтметра между зажимами X и х будут определяться разностью ЭДС индуцируемых в обмотках. Установить начала всех трёх фаз, данные свести в табл. 2.3.

4. Собрать схему (рис. 2.5) и проверить группу соединения обмоток. Опыт проводится в следующей последовательности: при накоротко соединённых двух одноимённых зажимах, например, А и а трансформатор подключают к сети и измеряют напряжения U_AB, U_ab, U_Bb, U_Cc, U_CB. Полученные данные занести в таблицу 4. Если при этом измеренные напряжения U_Bb и U_Cc равны между собой и U_CB = U, то имеет место соединение   Y/Δ -11. Для данного соединения напряжение рассчитывают по формуле:

где К_л - отношение линейных напряжений;

       U_HH - линейное напряже­ние на обмотке НН.

5. Провести опыт холостого хода. Опыт проводить при напряже­нии несколько выше или ниже номинального значения. Данные сне­сти в табл.2.5. Формулы для расчёта:

1. z₁₂=U₁₀/I₀   2. R₁₂=P₀/I₀²   3. x₁₂=   4. k=U₁₀/U₂    5. cosφ=P₀/U₁₀I₀.

 

6. Провести опыт короткого замыкания, данные снести в табл. 2.6. Формулы для расчёта:

1. R_K=P_K/I_1K²             2. U_1K=k·U_2K 3. z_k=U_1K/I_1K  4. x_k 5. cosφ_K=P_1K/U_1KI_1K.

 

7. Провести испытание трансформатора, включённого на нагрузку. Данные снимаем для всех трёх фаз и сводим в табл. 2.7. Напряжение изменяем от U_1HOM до 0.5U_1HOM.

 

Формулы для расчёта: 

 1. n=P₂/P₁       2. в=I₂/I_2H          3. cosφ=P₂/U₂I₂.

 

 

 

 

Таблица 2.2

UBY	EAX	ECZ	UAB	UBC

 

Таблица 2.3

EAX	EBX	UXx

 

Таблица 2.4

UAB	Uab	UBb	UCc	UCB

 

Таблица 2.5

№	Измерено				Вычислено
	U10	IC	P0	U2	Z12	R12	X12	K	cosφ
	В	А	Вт	В	Ом	Ом	Ом
1 … 5

 

Таблица 2.6

Измерено				Вычислено
I1K	I2K	PK	U1K	RK	ZK	XK	Cosφ
А	А	Вт	В	Ом	Ом	Ом

 

Таблица 2.7

№		Измерено						Вычислено
		U1	I1	P1	U2	I2	P2	П	B	cosφ
		В	А	Вт	В	А	Вт	%
A	1 … 5
B	1 … 5
C	1 … 5

Контрольные вопросы

 

1.    Устройство и принцип действия трёхфазного трехстержневого трансформатора. Способы охлаждения.

2.    Способы соединения обмоток трёхфазных трансформаторов и их обозначения.

3.    Чем объясняется несимметрия токов холостого хода?

4.    Маркировка обмоток ВН и НН.

5.    Холостой ход трёхфазного трансформатора при различных со единениях обмоток.

6.    Какие элементы схемы замещения определяют по данным опыта холостого хода и короткого замыкания?

7.    Схемы и группы соединения обмоток.

 

Схема пуска и остановки электродвигателей переменного тока.

 

       Цель работы:

-                   ознакомление с устройством, принципом действия и характеристиками трехфазного асинхронного электродвигателя;

-                   приобретение практических навыков пуска, эксплуатации и остановки асинхронного двигателя;

-                   получение экспериментального подтверждения теоретических сведений о характеристиках асинхронного двигателя.

 

Основные теоретические положения

 

       Устройство трехфазных асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели являются простейшими из электрических машин. Любой из них имеет две обязательные части — неподвижный статор и вращающийся ротор. Для всех трехфазных асинхронных двигателей статоры выполнены конструктивно одинаковыми, но по устройству обмотки ротора двигатели должны быть подразделены на два типа - с короткозамкнутой обмоткой (короткозамкнутые) и с фазной обмоткой (двигатели с фазным ротором, носящие также название двигателей с контактными кольцами).

Трехфазный двигатель предназначен для включения в трехфазную сеть, поэтому он обладает обмоткой статора, составленной из трех фазных обмоток, при прохождении через которые токи, поступающие из промышленной трехфазной сети, возбуждают вращающееся магнитное поле. Это поле, пересекая проводники обмотки ротора, наводит в них ЭДС, благодаря чему в замкнутых обмотках ротора течет ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля, создаваемого переменным током в обмотке статора и проводниками с током в обмотке ротора, приводит к возникновению вращающего момента. Так как вращение магнитного поля статора происходит асинхронно с вращением ротора, двигатель называют асинхронным.

На рис. 1 схематически представлена конструктивная схема поперечного разреза асинхронного двигателя, состоящего из корпуса (станины) статора 1, отлитой из чугуна, стали или алюминиевого сплава и закрепляемой на специальной опоре 5, называемой лапой.

В станину установлен сердечник статора 2, выполненный в виде полого цилиндра, собранного из отдельных тонких листов специальной электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком, обладающим высокими диэлектрическими свойствами для уменьшения потерь мощности в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи. Сердечник закрепляется внутри станины с помощью прокладок 4, сделанных из немагнитного материала во избежание образования в них магнитных полей и, следовательно, вихревых токов.

 

По внутренней поверхности сердечника статора прорезаны специальные пазы 3, в которые укладываются три одинаковые фазные обмотки, сдвинутые на угол 120⁰. Обмотки выполняются изолированным медным или алюминиевым проводом и закрепляются в пазах специальными диэлектрическими клиньями. Фазные обмотки соединены между собой треугольником или звездой в зависимости от величины подводимого к двигателю напряжения.

Ротор асинхронного двигателя собирается, как и статор, из тонких лакированных листов электротехнической стали, оснащается пазами, в которые уложена и закреплена обмотка ротора. Обмотка ротора может быть, как уже указывалось выше, короткозамкнутой или фазной.

Короткозамкнутая обмотка, иначе называемая обмоткой типа беличьей клетки. Она состоит из толстых проводящих стержней (медь, алюминий), соединенных по торцам кольцами из того же материала, что и стержни. Иногда, для двигателей малой и средней мощности, ее изготовляют путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в продольные пазы сердечника. Одновременно при этом отливаются и коротко замыкающие торцевые кольца. Двигатели с короткозамкнутым ротором просты в изготовлении, надежны в эксплуатации, но к их недостаткам следует отнести сравнительно небольшой пусковой момент. Поэтому их применение ограничивается использованием в приводах машин, где не требуется большой пусковой момент, а также в машинах малой мощности и при изготовлении микродвигателей.

Устройство фазной обмотки ротора аналогично устройству обмотки статора. В продольные пазы сердечника ротора укладываются три одинаковые изолированные обмотки (фазы), выполненные по типу статорных, то есть смещенных друг относительно друга на 120⁰. При этом концы фаз объединены в звезду в общей точке, а начала присоединены к трем контактным кольцам, сделанным из меди или из износостойкой латуни и размещенным на валу. С помощью угольных или медно-графитовых токосъемных щеток, прижимающихся к кольцам, в каждую фазу обмотки ротора можно ввести добавочное активное сопротивление регулировочных или пусковых реостатов.

С увеличением активного сопротивления обмотки ротора уменьшается пусковой ток, что облегчает запуск двигателя и увеличивает пусковой момент. Кроме того, изменяя с помощью реостата активное сопротивление цепей ротора, можно регулировать частоту вращения двигателя.

Все перечисленные факторы позволяют применять двигатели с фазным ротором для привода машин и механизмов, требующих при пуске больших пусковых моментов (компрессоры, подъемно-транспортные механизмы и т.д.).

 

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

Физические процессы, происходящие при раскручивании ротора

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающихся магнитных полей и основных законов электротехники.

При включении двигателя в сеть трехфазного тока в статоре образуется постоянное по величине, но вращающееся в пространстве магнитное поле, силовые линии которого пересекают витки обмоток ротора. При этом согласно закону электромагнитной индукции, в обмотке ротора индуцируется ЭДС, величина которой пропорциональна частоте пересечения силовых линий. Под действием индуцированной ЭДС в короткозамкнутом роторе возникают значительные токи.

В соответствии с законом Ампера на проводники с током, находящиеся в магнитном поле, действуют механические силы, которые по принципу Ленца стремятся устранить причину, вызывающую индуцированный ток, т.е. пересечение стержней обмотки ротора силовыми линиями вращающегося поля. Таким образом, возникшие механические силы будут раскручивать ротор в направлении вращения поля, уменьшая скорость пересечения стержней обмотки ротора магнитными силовыми линиями.

Достичь частоты вращения поля в реальных условиях ротор не может, так как тогда стержни его обмотки оказались бы неподвижными относительно магнитных силовых линий и индуцированные токи в обмотке ротора исчезли бы. Поэтому ротор вращается с частотой, меньшей частоты вращения поля, т.е. не синхронно с полем или асинхронно.

Для изменения направления вращения ротора асинхронного двигателя необходимо изменить направление вращения магнитного поля, т.е. изменить порядок чередования фаз обмоток статора переключением любых двух из трех фазных проводов, питающих двигатель.

Частота вращения магнитного поля n₁ (синхронная частота вращения) жестко зависит от частоты f₁ подводимого напряжения и количества пар полюсов p двигателя: n₁ = 60f₁/p.

Из этого вытекает, что при принятой в России промышленной частоте питающего напряжения ( f₁ = 50 Гц) наибольшее число оборотов магнитного поля оказывается равным 3000 об/мин при p = 1. При увеличении числа пар полюсов частота вращения магнитного поля уменьшается, а следовательно, снижается и частота вращения ротора. При p = 2, n = 1500 об/мин и т.д.

Если силы, тормозящие вращение ротора, невелики, то ротор вращается с частотой, близкой к частоте вращения поля. При увеличении нагрузки на валу двигателя частота вращения ротора уменьшается, токи в витках его обмоток увеличиваются, что приводит к возрастанию вращающего момента двигателя. При некоторой частоте вращения ротора устанавливается равновесие между тормозным и вращающим моментами.

Скольжение и частота вращения ротора

Обозначим через n₂ частоту вращения ротора асинхронного двигателя, а через n₁ частоту вращения магнитного поля. В предыдущем разделе было показано, что n₂ < n₁.

Частоту вращения магнитного поля относительно ротора, т.е. разность n₁  n₂, называют скольжением. Обычно скольжение выражают в долях частоты вращения поля и обозначают символом s:

s = (n₁  n₂)/ n₁ .

Скольжение зависит от нагрузки на валу двигателя. При номинальной нагрузке его значение составляет около 0,05 у машин небольшой мощности и около 0,02 у мощных двигателей.

Из равенства, приведенного выше, легко найдем соотношение:  n₂ = n₁(1 – s).  И после простого преобразования получим выражение для частоты двигателя, удобное для дальнейших рассуждений:  n₂  = 60f₁(1 ‑ s)/p.

Поскольку при нормальном режиме работы двигателя скольжение невелико, частота вращения двигателя мало отличается от частоты вращения поля.

На практике скольжение часто выражается в процентах:

b = 100 (n₁  n₂)/ n_{1 .}

У большинства асинхронных двигателей скольжение колеблется в интервале 2  6 %.

Скольжение является одной из важнейших характеристик двигателя; через него выражаются ЭДС и ток ротора, вращающий момент, частота вращения ротора.

При неподвижном (n₂ = 0) роторе s = 1. Таким скольжением обладает двигатель в момент пуска.

Как уже было отмечено, скольжение зависит от момента нагрузки на валу двигателя; следовательно, и частота вращения ротора зависит от тормозного момента на валу. Номинальное значение частоты вращения ротора n_2,ном, соответствующее расчетному значению нагрузки М_н, частоты f_1,ном и напряжения сети U_1,ном, указывается на заводском щитке, крепящемся на корпусе асинхронного двигателя.

       Влияние скольжения на ЭДС в обмотке ротора

Условия индуцирования ЭДС в обмотках трансформатора и асинхронной машины одинаковы. Действительно, в трансформаторе витки обмотки пересекаются переменным магнитным потоком, сохраняющим свое направление в пространстве. В асинхронной машине витки обмотки пересекаются постоянным, но вращающимся магнитным потоком. С точки зрения закона электромагнитной индукции следует отметить, что в обоих случаях магнитный поток, сцепленный с каждым витком обмотки, изменяется во времени по синусоидальному закону.

К асинхронным машинам полностью применима формула для трансформаторной ЭДС. Пока ротор асинхронного двигателя неподвижен, его обмотка пересекается вращающимся магнитным полем с частотой n₁.

E₁ = 4,44k₁f₁w₁_m;     E₂ = 4,44 k₂f₁ w₂_{m ,}

где E₁  фазное значение ЭДС, наводимой в обмотке статора; E₂ – фазное значение ЭДС, наводимой в обмотке ротора при неподвижном его состоянии (s = 1; n₂ = 0); w₁, w₂  число витков в фазных обмотках статора и ротора; _m  амплитудное значение магнитного потока фазы асинхронного двигателя; k₁, k₂  обмоточные коэффициенты статора и ротора асинхронного двигателя.

Обмоточные коэффициенты всегда меньше единицы и в современных асинхронных машинах составляют 0,85 – 0,95. Они обусловлен тем, что в машине переменного тока витки обмотки распределены по внутренней поверхности статора и не одновременно пересекаются магнитным потоком. Поэтому ЭДС отдельных витков сдвинуты по фазе относительно друг друга и складываются не арифметически, как в трансформаторе, а геометрически.

При неподвижном роторе частота индуцируемой в его обмотке ЭДС равна частоте сети f₁. По мере раскручивания ротора скорость (n₁  n₂) пересечения витков обмотки вращающимся магнитным полем уменьшается, а следовательно, уменьшается частота ЭДС в обмотке ротора  f₂ = p(n₁ – n₂)/60.

Чтобы ввести скольжение в выражение для f₂, умножим числитель и знаменатель на n₁:

f₂ = p(n₁ – n₂) n₁/60 n₁ = (pn₁ /60)[(n₁ – n₂)n₁] = s f_{1 .}

Таким образом, частота ЭДС в обмотке ротора прямо пропорциональна скольжению.

Теперь можно записать выражение для ЭДС обмотки ротора в общем случае:

E_2s = 4,44k₂ w₂ f₂_m = 4,44 k₂ w₂ sf₁_m = s E₂ .

Следовательно, ЭДС вращающегося ротора (E_2s) находится по ЭДС неподвижного ротора умножением его значения на скольжение, соответствующее данной частоте вращения ротора электродвигателя.

       Зависимость значения величины и фазы тока от скольженияи от ЭДС в обмотке ротора

При работе асинхронного двигателя под действием ЭДС (E_2s), возникающей во вращающемся роторе, в цепи обмотки ротора возникнет ток I_2s, который в соответствии с законом Ома для данной цепи найдется из выражения,

 

где Z_2s  полное сопротивление фазы ротора; R₂  активное сопротивление фазы ротора. Для наиболее широко распространенных двигателей R₂ считают постоянным и независимым от частоты тока ротора; Х_2s — индуктивное сопротивление фазы ротора при заданном скольжении ротора s и частоте тока ротора f_2s:

X_2s = ₂L₂ = 2f₂L₂ = 2sf₁L₂ = s₁L₂,

здесь X₂ = ₁L₂ совпадает с индуктивным сопротивлением обмотки неподвижного ротора. С учетом того, что E_2s = sE₂ и X_2s = 2pL₂ f_2s = sX₂, получим выражение для тока ротора в другом виде:

.

Из формулы видно, что ток ротора вращающегося двигателя можно определить через ЭДС неподвижного ротора. Индуктивное сопротивление X₂, входящее в выражение для тока ротора, соответствует частоте f₁ и является постоянным, а активное сопротивление электрической цепи ротора при этом зависит от скольжения и находится как отношение

R₂/s = R₂ + R₂(1  s)/s.

С учетом вышеприведенного, а также выражения для тока ротора схема замещения вращающегося ротора асинхронного электродвигателя может быть сведена к схеме замещения неподвижного ротора. Активное сопротивление R₂(1  s)/s можно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. В этом случае асинхронный двигатель аналогичен трансформатору, работающему на внешнюю нагрузку, величина сопротивления которого определяется скольжением, а следовательно, механической нагрузкой на валу двигателя. Так, если нагрузочный момент на валу двигателя М = 0, то скольжение s = 0. При этом R₂(1  s)/s = ¥, что соответствует работе двигателя в режиме холостого хода. Если же нагрузочный момент на валу двигателя превышает его вращающий момент, то ротор останавливается (s = 1). При этом R₂(1  s)/s = 0, что соответствует режиму короткого замыкания асинхронного двигателя.

При построении схемы замещения асинхронного электродвигателя, параметры схемы замещения ротора, подобно тому, как это делается для вторичной обмотки трансформатора, приводят к числу витков и ЭДС обмотки статора электродвигателя. В результате полная схема замещения асинхронного двигателя имеет вид, представленный на рис. 6.

Магнитная связь обмоток статора и ротора в асинхронном двигателе на схеме замещения заменена электрической связью цепей статора и ротора. Сдвиг фаз между током и ЭДС ротора может быть определен по его схеме замещения.

 .

При неподвижном роторе в момент запуска, когда s = 1, ток и ЭДС ротора сдвинуты по фазе на максимальный угол, . По мере раскручивания ротора сдвиг фаз между I₂ и E₂ уменьшается. При s = 0   cos ₂ = 1.

Распределение потока энергии, потребляемой асинхронным двигателем из сети

Представление о распределении потока энергии, потребляемой асинхронным двигателем из сети, дает энергетическая диаграмма, показанная на рис. 2, где приведена полная структура потерь мощности, возникающих в работающем трехфазном асинхронном электродвигателе.

P₁ = 3U₁I₁cos₁  активная мощность, подводимая к двигателю от сети; m₁ — число фаз обмотки статора; U₁, I₁  фазное напряжение и фазный ток статора; P_э1 = 3R₁I₁² — электрические потери мощности в активном сопротивлении обмотки (потери в меди) статора;

P_с1 = P_м1 = P_г + P_в — потери мощности в магнитопроводе статора, равные сумме потерь мощностей на гистерезис и вихревые токи (потери в стали статора);

P_эм = P₁ – P_э1 – P_с1 = P_м + P_э2 + P_с2 = _₁— электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем; М — момент на валу ротора; ₁ = 2n₁/60 = ₁/p — угловая частота вращения магнитного поля статора;

P_с2 = P_м2 — потери мощности в магнитопроводе ротора, равные сумме потерь мощностей на гистерезис и вихревые токи в роторе;

P_э2 = — электрические потери мощности в обмотках (потери в меди) ротора;

P_мех — механические потери мощности в двигателе (потери, возникающие от трения в подшипниках и от сопротивления воздуха вращению ротора);

P_м — мощность, развиваемая двигателем, с учетом механических потерь мощности в нем;

P₂ =  ₂ = Mn₂ /9,55 — полезная мощность на валу ротора двигателя; ₂ = 2n₂/60 = ₂/p — угловая частота вращения ротора двигателя.

Для практических расчетов можно пренебречь механическими потерями из-за небольшого трения и магнитными потерями ротора, так как частота тока ротора порядка нескольких герц. При такой частоте тока, а следовательно, и поля магнитные потери ротора малы. Поэтому можно считать, что P_эм = P_м + P_э2  = _₁; P_м  = P₂ =  ₂; откуда следует, что электрические потери ротора пропорциональны моменту и скольжению:

P_э2  = P_эм – P₂ = M (₁ –₂) = s M ₁.

Электромагнитный, вращающий и критический моменты асинхронного двигателя, его механическая характеристика

Вращающий момент асинхронного двигателя можно определить исходя из формулы механической мощности двигателя P₂ =  ₂, приравняв ее сумме электрических мощностей резисторов R'₂(1  s)/s всех трех фаз по схеме замещения.

  = P₂ /₂  = 3(I'₂)² R'₂(1  s)/(s₂).

Учитывая, что ₂ = ₁(1 – s) = ₁(1 – s)/p, находим

  = 3p(I'₂)² R'₂/(s₁).

Приведенный ток ротора I'₂ можно выразить через параметры схемы замещения асинхронного электродвигателя (см. рис. 6) с учетом того, что полное сопротивление намагничивающего контура намного больше полного сопротивления обмотки статора двигателя, т. е.

Z₀ = (R₀² + Х₀²)^1/2 >> Z₁ = (R₁² + Х₁²)^1/2;

I'₂ = U₁/[(R₁ +R'₂/ s) ² + (X₁+X'₂) ²]^1/2.

С учетом полученного выражения для тока ротора I₂ получаем характеристику момент - скольжение:

 .

Из формулы видно, что момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату подводимого напряжения и зависит от скольжения ротора. Причем, существует такое скольжение ротора, при котором электродвигатель развивает наибольший (критический) момент М_к. Максимальное (критическое) скольжение s_к ротора, соответствующее критическому моменту асинхронного двигателя, можно найти, взяв производную момента по скольжению (пренебрегая активным сопротивлением обмотки статора R₁ вследствие его относительной малости) и приравняв ее нулю. При этом  s_к = R'₂ /(Х₁ + Х'₂).

Подставив скольжение ротора s_к в формулу для момента (с учетом того, что R₁ = 0), получаем выражение для критического момента асинхронного электродвигателя:

М_к = 3p U₁² / 2₁(X₁+X'₂).

Подставляя в формулу для момента параметры s_к и М_к, получаем выражение для момента асинхронного электродвигателя, записанное через критические момент и скольжение ротора:

.

Зависимость момента асинхронного двигателя от скольжения ротора М(s), построенная согласно полученному уравнению, имеет вид, представленный на рис. 3, а. Эта зависимость фактически является механической характеристикой асинхронного электродвигателя (сравни с кривой, представленной на рис. 3, б), так как частота вращения ротора связана с его скольжением соотношением n₂ = n₁(1  s).

а)                                                                 б)

Рис. 3

 

Анализ показывает, что в интервале скольжений от s = 0 до s = s_к механическая характеристика будет устойчивой, так как dM/ds > 0, т.е. при возрастании момента нагрузки на валу происходит возрастание момента, развиваемого электродвигателем. В то же время в интервале скольжений от s = s_к до s = 1 механическая характеристика асинхронного двигателя оказывается неустойчивой, так как dM/ds < 0.

Так как между скольжением ротора и частотой вращения асинхронного двигателя существует прямая взаимосвязь, то, записав скольжение через частоту вращения ротора, можно представить зависимость частоты вращения асинхронного двигателя от момента в виде кривой n₂(M), представленной на рис. 3, б, которая и называется механической характеристикой асинхронного двигателя.

       Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Зависимости момента М, потребляемой мощности P₁, коэффициента мощности cos, коэффициента полезного действия (КПД), обычно обозначаемого символом , скольжения ротора s и тока статора от полезной мощности, т.е. мощности на валу двигателя Р₂, называются рабочими характеристиками асинхронного электродвигателя. На рис. 4 показано поведение рабочих характеристик.

Зависимость М(Р₂) определяется формулой

М = 9,55Р₂/n₂,

из которой следует, что полезный момент на валу двигателя М с увеличением полезной мощности Р₂ возрастает несколько быстрее, чем Р₂, так как частота вращения ротора двигателя n₂ при этом уменьшается.

Характер зависимости cos (Р₂), т.е. зависимости коэффициента мощности асинхронного двигателя от мощности на валу, определяется выражением cos = Р₁ /3U₁I₁.

В связи с тем, что ток статора имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания вращающего магнитного поля, коэффициент мощности асинхронных двигателей всегда меньше единицы. Значение cos для нормальных асинхронных двигателей средней мощности при номинальной нагрузке составляет 0,83  0,89. С уменьшением нагрузки на валу двигателя коэффициент мощности снижается и доходит до значений 0,2  0,3 при холостом ходе. В этом режиме полезная мощность на валу равна нулю, однако, при этом двигатель потребляет активную мощность из сети, расходуемую на магнитные потери, поэтому коэффициент мощности здесь не равен нулю. С увеличением нагрузки сверх нормативной наблюдается некоторое снижение значения коэффициента мощности за счет увеличения индуктивной составляющей сопротивления обмотки статора асинхронного двигателя. Характер изменения коэффициента мощности от нагрузки асинхронного двигателя имеет примерно такой же вид и изменяется по тем же причинам, что и у трансформатора.

Зависимость КПД асинхронного двигателя от нагрузки (Р₂) определяется формулой

 = Р₂ /Р₁ = Р₂ / (Р₂+Р_

где Р₁  активная мощность, потребляемая двигателем от питающей сети; Р_  суммарные потери мощности в двигателе, равные сумме потерь мощности в магнитопроводе, электрических потерь мощности в обмотках статора, электрических потерь мощности в обмотках ротора, механических потерь и добавочных потерь мощности. При отсутствии нагрузки Р₂ = 0, поэтому КПД электродвигателя при этом также равен нулю.

С увеличением нагрузки КПД двигателя растет и принимает наибольшее значение при условии, что постоянные потери мощности в электродвигателе (Р_С1 + Р_С2 + Р_мех) оказываются равными переменным потерям мощности (Р_Э1+Р_Э2) в нем. При дальнейшем росте нагрузки КПД электродвигателя, так же как и трансформатора, снижается из-за сильного роста  электрических потерь. Ток статора при отсутствии нагрузки равен току холостого хода (I₁ = I₀). При увеличении мощности на валу электродвигателя возрастает и ток I₁, потребляемый двигателем из питающей сети. Увеличение тока происходит приблизительно по линейному закону. Однако при значительном возрастании мощности на валу линейность нарушается и ток начинает возрастать более интенсивно, чем мощность, так как коэффициент мощности двигателя при этом снижается, а электрические потери мощности в обмотках двигателя при больших нагрузках значительно возрастают. Снижение cos   и увеличение потерь мощности в двигателе компенсируются увеличением тока вследствие возрастания мощности. Этим же объясняется и характер изменения потребляемой из сети мощности Р₁(Р₂).

С увеличением мощности на валу, т.е. с увеличением нагрузки двигателя, вызываемой возрастанием момента сопротивления исполнительного механизма, частота вращения ротора уменьшается, а его скольжение при этом возрастает, вызывая увеличение ЭДС Е₂ в обмотках ротора, а следовательно, возрастание токов ротора и статора. При неизменном магнитном потоке двигателя это приводит к увеличению момента, развиваемого двигателем. Таким образом, с увеличением нагрузки на валу равновесие между моментом, развиваемым двигателем, и моментом сопротивления наступает при снижении частоты вращения. При возрастании мощности на валу асинхронного двигателя происходит снижение частоты вращения ротора.

       Способы пуска асинхронных двигателей

В момент пуска частота вращения ротора двигателя равна нулю, а вращающееся поле мгновенно приобретает синхронную частоту вращения по отношению к ротору, в результате в обмотке ротора наводится большая ЭДС. При этом токи ротора и статора в несколько раз превосходят минимальные их значения, так как они увеличиваются с увеличением скольжения ротора, т.е. с уменьшением его частоты вращения (рис. 5).

Пусковой ток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в 5  10 раз превышает номинальный (пусковой момент составляет 1,1 ‑ 1,8 от номинального значения момента). Так как этот ток протекает по обмотке электродвигателя кратковременно и только в процессе запуска, то, если пуски двигателя не очень часты, он не вызывает перегрева электродвигателя. Поэтому пуск асинхронных электродвигателей небольшой мощности, как правило, производится простым включением в сеть. Однако большой пусковой ток крупных электродвигателей для питающих их электрических сетей вызывает резкие и значительные (особенно в маломощных сетях) скачки напряжения, что неблагоприятно сказывается на других, включенных в эту же сеть потребителях электроэнергии.

Как видно из рис. 5, пусковой момент асинхронного двигателя заметно меньше максимального, и при нагрузке на валу ротора, превышающей М_п, двигатель не запустится. При этом, если статор не отключить от сети, большой пусковой ток приведет к перегреву обмоток и выходу из строя двигателя.

 Для предупреждения описанных неблагоприятных ситуаций, необходимо ограничение пускового тока асинхронных двигателей при подаче на них питающего напряжения или повышение пускового момента.

Снижение напряжения на обмотках асинхронного электродвигателя при пуске достигается различными способами:

       1.          пуском с использованием автотрансформатора или индукционного регулятора;

       2.          пуском с переключением обмотки статора со звезды на треугольник;

       3.          пуском с включением добавочного сопротивления в обмотку статора двигателя.

Однако при снижении пускового напряжения пусковой момент асинхронного двигателя также падает, ибо он пропорционален квадрату пускового напряжения. Поэтому означенные способы пуска могут быть применимы в основном для приводных двигателей механизмов, не требующих при запуске больших пусковых моментов (например, запуск двигателя вентилятора, ненагруженного двигателя, двигателя на холостом ходу и др.).

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором пускают в ход с помощью пускового реостата с максимальным сопротивлением R_доб, включаемого последовательно с обмоткой ротора. При этом критическое скольжение s_к = (R'₂ + R_доб)/(Х₁ + Х'₂) увеличивается, а величина критического момента М_к = 3pU₁²/2₁(X₁+X'₂) не меняется. Искусственные характеристики момент-скольжение с добавочным сопротивлением приведены на рис. 6. Величина R_доб подбирается такой, чтобы критическое скольжение было равным единице, тогда пусковой момент вырастет до критического значения. Увеличение М происходит за счет увеличения активной составляющей тока. Действующее значение пускового тока при этом уменьшается.

В начальный момент пусковое активное сопротивление реостата вводится в цепь двигателя полностью (R_доб).

С увеличением оборотов частота вращения магнитного поля по отношению к ротору уменьшается. Соответственно уменьшаются ЭДС и ток ротора. Поэтому с увеличением частоты вращения двигателя можно постепенно уменьшать значение пускового сопротивления в цепи обмотки ротора (R'_доб), не опасаясь того, что ток двигателя возрастет до значений, опасных для него. При полностью выведенном сопротивлении пускового реостата  (R''_доб = 0)  пуск двигателя заканчивается. Такой способ позволяет обеспечить необходимый для пуска пусковой момент двигателя.

       Способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей

Существенным недостатком асинхронных электродвигателей является относительно сложное регулирование частоты их вращения.

Возможные способы регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей можно установить в результате анализа выражения, записанного относительно частоты вращения ротора двигателя: n₂ = 60f₁(1 ‑ s)/p. Анализ формулы показывает, что частоту вращения асинхронного двигателя можно изменить, меняя скольжение ротора s, число пар полюсов р двигателя или частоту f₁ питающего напряжения.

Регулирование частоты вращения изменением скольжения возможно изменением подводимого к обмотке статора напряжения или изменением активного сопротивления в цепи ротора.

Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления возможно только для асинхронных двигателей с фазным ротором, в обмотку которого (посредством контактных колец) включается добавочное регулировочное сопротивление по такой же схеме, как и при пуске двигателя. Однако пусковое сопротивление не годится для регулирования скорости, так как оно не рассчитано на длительную работу. Регулировочное сопротивление должно выдерживать токи, сравнимые с пусковыми, в течение длительного времени.

При увеличении активного сопротивления цепи ротора значение критического скольжения ротора двигателя s_к в соответствии с приведенной ранее формулой увеличивается.

Включая различные добавочные сопротивления можно получить семейство механических характеристик двигателя, примерно таких, какие показаны на рис. 11, из которых следует, что с увеличением активного сопротивления в цепи ротора при постоянном моменте нагрузки на валу электродвигателя рабочая точка смещается с одной механической характеристики на другую, соответствующую новому, увеличенному сопротивлению. Происходит увеличение скольжения ротора, а следовательно, уменьшение частоты вращения ротора асинхронного двигателя. Регулирование при этом способе возможно в широком диапазоне скольжений, однако при уменьшении частоты нарушается жесткость механической характеристики и увеличиваются электрические потери.

Регулирование частоты вращения изменением питающего напряжения возможно за счет того, что критическое значение момента М_к, а следовательно, величина М(s) при любом скольжении пропорциональна квадрату питающего напряжения U₁². Из приведенных на рис.7 кривых явно видно, что при постоянном моменте нагрузки на валу электродвигателя рабочая точка смещается с одной механической характеристики на другую, соответствующую новому, уменьшенному напряжению U₁. Происходит увеличение скольжения ротора, а следовательно, уменьшение частоты вращения ротора асинхронного двигателя. Регулирование асинхронного двигателя при этом способе возможно только в незначительном диапазоне скольжений, который ограничивается критическими моментом и скольжением ротора.

Следует отметить, что при уменьшении напряжения происходит резкое снижение критического момента двигателя, пропорционально квадрату напряжения и, следовательно, резкое уменьшение перегрузочной способности двигателя по кратности критического момента, что ограничивает область применения описанного способа.

Ступенчатое регулирование частоты вращения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, как указывалось, возможно путем изменения числа пар полюсов за счет переключения секций его обмотки, что находит применение для многоскоростных двигателей. Сущность способа заключается в том, что при постоянной частоте напряжения питающей сети, частота вращения асинхронного двигателя зависит от числа пар полюсов обмотки статора. Таким образом, если на статоре асинхронного двигателя разместить две или более отдельных обмоток с разными числами пар полюсов, то при включении в сеть каждой из обмоток в отдельности, можно получать различные частоты вращения магнитного поля, а значит, и ротора. К сожалению, этот экономичный и сравнительно простой способ не позволяет плавно регулировать частоту вращения двигателя.

Промышленностью освоен выпуск серий электродвигателей, частота вращения которых регулируется ступенями в 2, 3 и 4 раза без потерь мощности. Необходимо также отметить, что устройство многоскоростных электродвигателей значительно сложней, чем односкоростных, что ведет к их удорожанию.

Частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать также изменением частоты питающего тока, но этот способ для мощных двигателей практически не применяют  ввиду отсутствия простых и экономичных устройств, регулирующих частоту тока в мощных цепях. В то же время, разработка и промышленное освоение мощных и дешевых управляемых полупроводниковых приборов (диоды, тиристоры) позволяет реализовывать простые и надежные преобразователи частоты и напряжения малой и средней мощности, с помощью которых можно легко регулировать частоту вращения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, что значительно упрощает привод различных механизмов, при этом часто отпадает необходимость в редукторах, коробках скоростей, трансмиссиях.

 

Методические указания по выполнению работы

 

1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями и ответить на контрольные вопросы. Ознакомиться с устройством трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором на демонстрационном стенде лаборатории и описать особенности его конструкции. Указать в лабораторном  отчете тип и номинальные данные исследуемого электродвигателя:

Тип электродвигателя.............................................................. АИР71А4У3

Номинальное напряжение, В........................................................ 3х220/380

Номинальная мощность, кВт................................................................. 0,55

Номинальный ток, А........................................................................... 2,9/1,7

Номинальная частота сети, Гц.................................................................. 50

Номинальная частота вращения ротора, об/мин................................. 1370

Номинальный КПД................................................................................. 0,75

Номинальный коэффициент мощности cos .................................... 

2. На рабочей панели «Асинхронный двигатель» лабораторного стенда собрать электрическую цепь согласно прилагаемой на рис. 8 принципиальной электрической схеме снятия рабочих и механических характеристик исследуемого асинхронного электродвигателя.

Сборка цепи производится посредством соединительных штекеров в соответствии с монтажной схемой, приведенной на рис. 8.

3. Провести серию измерений. Измерение линейного напряжения питания U₁, линейного тока I₁, потребляемой активной мощности электродвигателя P следует производить с помощью приборов: вольтметра с пределом измерения 250 В, амперметра с пределом измерения 7,5 А, трехфазного ваттметра.

4. После проведения необходимых измерений произвести проверку электрического нуля прибора «Момент агрегата №1». Для этого ручку регулятора «Момент нагрузки» на панели «Нагрузочные устройства» стенда установить в крайнее левое положение, нажать кнопки «Сеть» и «Агрегат №1», тем самым включив цепи измерения момента и частоты вращения агрегата №1. Балансировка прибора производится с помощью соответствующих потенциометров (переменных сопротивлений).

5. Закончив проверку нуля, произвести пуск асинхронного двигателя, для чего следует нажать кнопку «Включение асинхронной и синхронной машины», расположенную на панели «Машины переменного тока», и снять рабочие и механическую характеристики электродвигателя, выполнив соответствующие измерения и на их основе произведя необходимые вычисления. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

В процессе работы необходимо провести не менее 6 измерений, при которых нагрузка на валу асинхронного электродвигателя изменяется от мощности, характерной для режима холостого хода, до мощности на валу Р₂ = (1,2  1,5)Р_2ном. Изменение нагрузки на валу исследуемого электродвигателя производится изменением тока в цепи обмотки электромагнитного тормоза, соединенного с валом асинхронного двигателя ручкой регулятора «Момент нагрузки» на панели «Нагрузочные устройства» стенда. Следует помнить, что измерения параметров в диапазоне изменения нагрузки должны обязательно включать результаты, полученные при минимальном, номинальном и максимальном значениях мощности на валу электродвигателя.

После окончания опыта, все электроприборы необходимо отключить, предварительно сняв напряжение посредством отжатия кнопки «Откл» на нагрузочной панели стенда.

 

	Результаты измерений					Результаты вычислений
Номер опыта	U1, В	I1, A	P1, кВт	M, Н× м	n2, об/мин	P2, кВт	s	cos	

 

6. Обработка результатов измерений:

Мощность на валу асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором рассчитывается по формуле

P₂ = M n₂ / 9550.

Скольжение ротора асинхронного электродвигателя находится из соотношения (n₁  частота вращения магнитного поля статора об/мин)

s = (n₁ – n₂)/n₁.

Коэффициент мощности электродвигателя определяется уравнением (P₁  активная мощность, потребляемая двигателем, Вт)

cos = P₁  U₁ I₁.

КПД электродвигателя вычисляется как

 = P₂/P₁.

7. Воспользовавшись экспериментальными и расчетными данными, выраженными в единой системе единиц, построить рабочие характеристики асинхронного электродвигателя и отдельно отобразить его механическую характеристику.

 

Контрольные вопросы

 

       1.          Сколько катушек, через которые проходит трехфазный ток, необходимо иметь, чтобы получить шестиполюсное вращающееся магнитное поле?

       2.          Магнитное поле с частотой 50 Гц вращается с частотой 3000 об/мин. Сколько полюсов имеет это поле?

       3.          Как изменить направление вращения магнитного поля трехфазного тока?

       4.          Назовите основные части асинхронного двигателя.

       5.          Почему магнитопровод набирается из тонких листов электротехнической стали, изолированных лаком?

       6.          Какие материалы можно использовать для изготовления короткозамкнутой обмотки ротора?

       7.          В чем принципиальное отличие двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором?

       8.          Для чего у двигателей с короткозамкнутым ротором контактные кольца, щетки, пазы между корпусом и статором?

       9.          Какова частота пересечения силовыми линиями магнитного поля стержней беличьего колеса в режиме заклинивания ротора ?

  10.          Какова частота пересечения силовыми линиями магнитного поля стержней беличьего колеса в режиме холостого хода?

  11.          Может ли ротор асинхронного двигателя раскрутиться до частоты вращения магнитного поля, чему при этом равен ток в обмотке ротора?

  12.          Найдите частоту вращения ротора по известным скольжению и частоте питающего тока, если число полюсов статора равно 6.

  13.          Как изменится скольжение, если увеличить момент механической нагрузки на валу двигателя?

  14.          Можно ли использовать асинхронный двигатель в качестве трансформатора?

  15.          Частота вращения ротора асинхронного двигателя относительно вращающегося магнитного поля 60 об/мин. Какова частота тока в обмотке ротора, если р  = 1?

  16.          Как найти частоту тока в обмотке ротора, зная скольжение? Какие величины еще необходимо знать, чтобы ответить на поставленный вопрос?

  17.          Как меняется ток в обмотке ротора при его раскрутке?

  18.          Как меняется сдвиг фаз между ЭДС и током в обмотке ротора при его раскрутке?

  19.          Как меняется вращающий момент асинхронного двигателя при увеличении скольжения от 0 до 1?

  20.          Напряжение на зажимах асинхронного двигателя уменьшилось в 2 раза. Как изменился его вращающий момент? Почему?

  21.          Активное сопротивление обмотки ротора выросло вдвое. Как изменится максимальный вращающий момент двигателя при сохранении других параметров? Почему?

  22.          Какие меры принимают для увеличения пускового момента у двигателя с фазным ротором? Ответ обоснуйте.

  23.          Укажите основной недостаток асинхронного двигателя.

  24.          Как изменяются при увеличении нагрузки асинхронного двигателя потери энергии в меди и в стали?

  25.          Как изменится значение тока холостого хода асинхронного двигателя с изменением величины воздушного зазора?

 

Соединение генераторов и потребителей электрической энергии в звезду.

 

       Цель работы: Ознакомиться с трехфазными системами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Проверить основные соотношения между токами и напряжениями симметричного и несимметричного трехфазного потребителя. Выяснить роль нейтрального провода в четырех проводной трехфазной системе. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

2. Включить электропитание стенда. Включить трехфазный источник питания Е4 и измерить стрелочным вольтметром линейные и фазные напряжения источника питания на холостом ходу. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник электропитания. Проверить соотношение между линейными и фазными напряжениями источника питания.

 

 

3. Собрать симметричную четырех проводную трехфазную электрическую цепь (рис. 1). В качестве амперметров использовать цифровые приборы в режиме измерения переменного тока (тумблер режима работы приборов в позиции «~»). В качестве потребителей RA, RB, RC использовать резисторы R17, R18, R19, установив соответствующие тумблеры в позицию «1». Представить схему для проверки преподавателю.

4. Исследовать режимы работы симметричной трехфазной цепи при наличии и отсутствии нейтрального провода, а также влияние нейтрального провода и обрыва линейного провода заданной фазы (табл.2) на режим работы цепи. Для этого включить электропитание стенда, источник трехфазного напряжения Е4 и измерять линейные токи IА, IВ, IС и ток в нейтральном проводе IN, фазные напряжения источника UА, UВ, UС, фазные напряжения на

потребителях UАП, UВП, UСП и напряжение смещения нейтрале UnN. Напряжения измерять, подключая выводы вольтметра к соответствующим клеммам. Результаты измерений занести в табл. 3. Выключить источник питания Е4.

5. Исследовать режимы работы несимметричной трехфазной цепи с активной нагрузкой при наличии и отсутствии нейтрального провода, а также влияние нейтрального провода и обрыва линейного провода заданной фазы на режим работы цепи. Для этого установить параметры цепи в соответствии с заданным вариантом (табл. 2), включить электропитание стенда, источник трехфазного напряжения Е2 и измерить токи, фазные напряжения источника, фазные напряжения на потребителях и напряжение смещения нейтрали UnN.

Результаты измерений занести в табл. 3. Выключить источник питания Е4.

 

 

6. Исследовать режимы работы несимметричной четырех проводной и трех проводной цепи при неоднородной нагрузке, для этого подключить в фазе «А» вместо резистора конденсатор С3, установить переключатели резисторов R17 и R19 в позицию «1», включить источник питания Е2. Результаты измерений занести в табл. 3. Выключить источник питания Е4.

7. Исследовать влияние сопротивления линии передачи на режим работы трехфазной цепи. Для этого включить последовательно в каждую фазу дополнительные резисторы R14, R15, R16, установить симметричную нагрузку, включить электропитание и измерить напряжения и токи. Результаты измерений занести в табл. 4.

8. По результатам измерений вычислить

– среднее значение линейных напряжений UЛ источника питания;

– среднее значение фазных напряжений UФ источника питания;

– отношение UЛ /UФ ;

– среднее значение тока при симметричной нагрузке.

 

Содержание отчета

 

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) технические данные электроизмерительных приборов;

в) схему эксперимента с включенными измерительными приборами;

г) таблицы с результатами эксперимента;

д) векторные диаграммы для всех проведенных опытов;

е) вывод о роли нейтрального провода в трехфазной цепи при соединении потребителя по схеме звезда;

ж) вывод о влиянии сопротивления линии передачи на работу трехфазной цепи.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Какое соединение называется звездой?

2. Каково соотношение между фазным и линейным напряжениями трехфазного источника питания при соединении его обмоток по схеме звезда?

3. Какое соотношение между фазными и линейными токами при соединении в звезду?

4. Как определить величину тока в нейтральном проводе, если известны токи потребителя?

5. Для чего применяют нейтральный провод?

6. К каким зажимам следует подключить вольтметр, чтобы измерить фазное и линейное напряжение?

7. Какая трехфазная нагрузка называется симметричной?

8. Почему при несимметричной нагрузке обрыв нейтрального провода является аварийным режимом?

 

Соединение генераторов и потребителей электрической энергии в треугольник.

 

       Цель работы: Исследовать особенности работы трехфазной цепи при соединении симметричного и несимметричного потребителей треугольником, усвоить построение векторных диаграмм по результатам эксперимента.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

2. Включить модуль питания стенда и источник трехфазного напряжения

Е4. Измерить линейные напряжения источника питания на холостом ходу.  Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить электропитание. Вычислить среднее значение линейного напряжения UЛ

 

3. В соответствии с рис. 1. Собрать схему трехфазной цепи при соединении потребителей в треугольник. Установить симметричную нагрузку. Для этого установить соответствующие тумблеры в позицию «1». Предъявить схему для проверки.

 

4. Включить электропитание и источник трехфазного напряжения. Измерить фазные токи IАВ, IВС, IСА и линейный ток IА, а так же напряжения на потребителях. Результаты занести в табл. 2. Выключить электропитание.

5. Разомкнуть линейный провод фазы «В» (убрать проводник) и измерить фазные токи IАВ, IВС, IСА и линейный ток IА, а так же напряжения на потребителях. Результаты занести в табл. 2.

6. Выключить нагрузку в фазе потребителя «СА», убрав проводник, и провести измерения. Результаты занести в табл. 2.

7. Разомкнуть линейный провод фазы «В» и нагрузку в фазе потребителя

«СА». Измерить фазные токи IАВ, IВС, IСА и линейный ток IА, а так же напряжения на потребителях. Результаты занести в табл. 2.

3.8. Установить в соответствии с заданным вариантом несимметричную нагрузку (табл. 3) и включив электропитание, провести измерения токов и напряжений.

9. Исследовать влияние сопротивления линии передачи на режим работы трехфазного потребителя. Для этого включить последовательно в каждую фазу источника питания дополнительные резисторы R14, R15, R16, установить симметричную нагрузку. Включить электропитание и измерить напряжения и токи. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить источник питания Е4.

10. Для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы.

 

 

11. По векторным диаграммам определить для исследованных режимов линейные токи IВ и IС

12. Сравнить результаты измерений линейных и фазных токов при соединении потребителя в треугольник для исследованных режимов.

13. Проанализировать влияние обрывов линейного и фазного проводов на режимы работы потребителей.

 

Содержание отчета

 

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) технические данные электроизмерительных приборов;

в) схему эксперимента с включенными измерительными приборами;

г) таблицы с результатами эксперимента;

д) векторные диаграммы для всех проведенных опытов;

е) выводы по работе.

 

Контрольные вопросы

 

1. Каким образом три однофазных потребителя соединяют в треугольник?

2. Куда следует подключать вольтметр, чтобы измерить фазное и линейное напряжения трехфазного потребителя?

3. В каком соотношении находятся фазные и линейные напряжения симметричного потребителя, соединенного в треугольник?

4. Какое соотношение между фазными и линейными токами симметричного потребителя, соединенного в треугольник?

5. Всегда ли справедливы при соединении в треугольник соотношения ⎯IА = ⎯IАВ –⎯IСА , ⎯IВ = ⎯IВС –⎯IАВ , ⎯IС = ⎯IСА –⎯IВС .

6. Всегда ли при соединении в треугольник справедливо соотношение ⎯IА + IВ +⎯IС = 0?

7. Как отразится отключение одной фазы потребителя на режим работы других фаз и на режим работы всей трехфазной цепи, соединенной в треугольник?

8. Как повлияет обрыв линейного провода на режим работы потребителей при их соединении по схеме треугольник?

Передача и распределение электрической энергии на пищевых предприятиях.

 

Цель работы:

1.      Познакомиться с основными электротехническими параметрами, характеризующими работу линии электропередачи (ЛЭП).

2.      Исследовать работу линии в режиме холостого хода и нагрузки.

 

Основные теоретические положения

 

Передача и распределение электрической энергии осуществляется в большинстве случаев с помощью воздушных и кабельных линий электропередачи. Однолинейная, принципиальная схема производства, передачи и распределения электроэнергии показана на рис. 1.

На строительных площадках получили широкое распространение воздушные линии (ВЛ) вследствие возможности простого изменения трассы в ходе строительных работ, их меньшей стоимости (по сравнению с кабельными), простоты обнаружения мест повреждения, а также удобства ремонта.

 

 

                         U=10 кВ            U=110 кВ                  U=10 кВ             U=0,4кВ

 

Рис.1. Принципиальная схема производства, передачи и распределения электроэнергии:

1.                      генератор электростанции;

2.                      повышающий трансформатор;

3.                      воздушная ЛЭП;

4.                      районная подстанция;

5.                      кабельные линии;

6.                      понижающий трансформатор;

7.                      опоры ЛЭП.

 

В условиях предприятии стройиндустрии, как и вообще промышленных предприятий, а также в жилых районах и на стройплощадках, распределение электроэнергии осуществляется и кабельными линиями (КЛ), которые отличаются высокой надежностью электроснабжения. Они не подвержены влиянию ветра и гололеда, не загромождают, подобно ВЛ, улицы ropoда и территории предприятий

При передаче электроэнергии от электростанции к потребителю, т.е. при прохождении по проводам электрического тока, в ЛЭП возникает потеря напряжения, под которой понимают разность напряжений в начале U₁ и в конце U₂ линии:

                                                                  (1)

Потеря напряжения может быть определена и таким образом

                                                     (2)

где    I - величина тока в линии передачи;

R - сопротивление проводов линии.

Необходимо отметить, что потеря напряжения в ЛЭП ухудшает работу электроприемников. Так, при уменьшении напряжения на 10% от номинального, световой поток ламп снижается на 30%. Поскольку вращающий момент на валy асинхронных двигателей пропорционален квадрату напряжения на его зажимах, то он значительно уменьшается при снижении питающего напряжения. А это отрицательно сказывается на работе производственных механизмов.

ГОСТом нормируются допустимые отклонения напряжения в процентах:

а) на зажимах приборов рабочего освещения, в т.ч. и прожекторного, от ‑2,5 до +5 % от номинального;

б) не электродвигателях от -5 до +10% от номинального;

в) на зажимах остальных приемников электрической энергии в пределах ±5% от номинального.

В связи с этим потерю напряжения, при расчетах выражают часто не в вольтах, а в процентах

                                                 (3)

Прохождение электрического тока по проводам линий электропередач приводит к необратимому преобразованию электрической энергии в тепловую, т.е. к их бесполезному нагреву. Этот нагрев происходит за счет потерь мощности Р в проводах

                                                   (4)

которые можно определить и так:

                                                        (5)

Мощность Р₁ (затраченная) подается на вход линии передачи от генератора и может быть определена из соотношения

                                                         (6)

Мощность Р₂ (полезная) снимается с выхода линии и передается потребителям. Её величину рассчитывают, используя выражение

                                                        (7)

Отношение этих мощностей называют коэффициентом полезного действия h:

,                                (8)

который характеризует экономичность работы линии электропередачи. Современные ЛЭП обеспечивают передачу электрической энергии с h=95÷98 %.

 

Схема лабораторной установки

 

Величина эквивалентных сопротивлений потребителей:

По данным измерений и расчётов строим графики:

 

U₂ = f(I); h = f(I);

= f(I); = f(I).

 

Таблица измерений и расчетов

 

 

Ход работы:

·         Исследовать работу линии в режиме холостого хода и нагрузки.

·         Исследовать влияние тока нагрузки на потерю напряжения и мощности.

 

Выводы:

Контрольные вопросы и задания.

 

1.      Основные режимы работы линии электропередачи.

2.      Каким напряжением выгодно передавать заданную мощность (высоким или низким) и почему?

3.      Что такое потеря напряжения в линии? Как её можно определить?

4.      0т чего зависит потеря мощности в ЛЭП?

5.      Что такое коэффициент полезного действия линии и как он определяется?

6.      Как найти сопротивление линии электропередачи?

7.      Какие отклонения напряжения на зажимах электроприемников допускаются ГОСТом?

8.      Расскажите о цели, порядке выполнения лабораторной работы.

9.      Как определить сопротивление потребителей?

 

2.2 Методические указания по организации самостоятельной работы

 

Перечень самостоятельных работ

1. Векторные диаграммы, сложение и вычитание векторов

2. Построение топографической диаграммы цепи последовательного R, L, C для трёх случаев XL=XC, XLXC, XLXC.

3. Расчёт электрических цепей переменного тока последовательного соединения R, L, C.

4. Расчет цепи переменного тока, содержащей L, R, C, соединённых параллельно.

5. Построение векторов в символической системе координат.

6. Расчет последовательного соединения R, L, C, символическим методом.

7. Расчет цепи параллельного соединения R, L, C символическим методом.

8. Расчет цепи смешанного соединения R, L, C символическим методом.

9. Определение характера сопротивлений в каждой фазе трехфазной цепи по заданной векторной диаграмме.

10. Расчет трёхфазной цепи присоединении нагрузки звездой.

11. Расчет трёхфазной цепи при соединении нагрузки «треугольником.

12. Расчёт трёхфазной цепи переменного тока при помощи векторных диаграмм.

13. Расчет несинусоидальных цепей переменного тока.

14. Расчет реальной катушки в ферромагнитным сердечником.

15. Переходные процессы в цепях постоянного тока. Построение графиков переходных процессов.

 

1. Векторные диаграммы, сложение и вычитание векторов

Задание: Решить по вариантам (таблица №1.1)

№ варианта	Мгновенная величина	Её амплитудное значение	Фаза	Определить
1	i1 i2	10 3	wt-900 wt+300	i3=i1-i i4=i2-i2 i5=i2+i1
2	е1 e2	85 70	wt wt-180	e3=e1-e2 e4=e1+e2 e5=e2-e1
3	u1 u2	73 48	wt-450 wt+100	u3=u1-u2 u4=u2-u1 u5=u3-u2
4	i1 i2	5 3	wt+250 wt-800	i3=i1+i2 i4=i2-i1 i5=i3+i2
5	u1 u2	30 40	wt-350 wt+900	u3=u1+u2 u4=u2-u1 u4=u1+u2
6	e1 e2	60 20	wt-280 wt+1000	e3=e1-e2 e4=e2-e1 e5=e1+e2
7	i1 i2	5 3	wt-1800 wt+300	i3=i1-i2 i4=i2-i1 i5=i3+i1
8	u1 u2	105 220	wt-750 wt-1200	u3=u1-u2 u4=u2-u1 u5=u2+u1
9	i1 i2	7 5	wt-250 wt+480	i3=i1-i2 i4=i2-i3 i5=i2+i1
10	u1 u2	35 58	wt+900 wt+300	u3=u1-u1 u4=u2-u1 u5=u1+u2
11	e1 e2	110 140	wt-1800 wt+450	e3=e1-e2 e4=e2-e1 e5=e2+e1
12	e1 e2	18 32	wt-1200 wt+900	e3=e2-e1 e4=e2+e1 e5=e1-e2
13	u1 u2	45 80	wt-800 wt	u3=u2-u1 u4=u2+u1 u5=u1-u2

 

14	u1 u2	65 25	wt-400 wt+100	u3=u1-u2 u4=u2+u1 u5=u1+u2
15	i1 i2	5 4	wt+900 wt	i3=i1+i2 i4=i2+i1 i5=i1-i2
16	i1 i2	1 2	Wt-300 Wt-2300	i3=i1+i2 i4=i2+i1 i5=i1-i2
17	u1 u2	46 88	wt-1800 wt	u3=u1-u2 u4=u2-u1 u5=u1+u2
18	u1 u2	58 90	wt+450 wt+1200	u3=u1+u2 u4=u2-u1 u5=u2-u1
19	i1 i2	5 4	wt+450 wt-900	i3=i1-i2 i4=i2-i1 i5=i1+i2
20	i1 i2	2 1	wt-2300 wt+100	i3=i1-i2 i4=i2-i1 i5=i1+i2
21	i1 i2	13 6	wt-2600 wt+1850	i3=i1-i2 i4=i2-i1 i5=i1+i2
22	u1 u2	80 40	wt-450 wt+1200	u3=u1+u2 u4=u2-u1 u5=u2-u1
23	e1 e2	30 75	wt+100 wt-1450	e3=e1+e2 e4=e1-e2 e5=e2-e1
24	i1 i2	5 10	wt-1000 wt+800	i3=i1+i2 i4=i1-i2 i5=i2-i1
25	u1 u2	30 90	wt+50 wt-750	u3=u1-u2 u4=u1+u2 u5=u2-u1
26	e1 e2	85 45	wt-900 wt+1300	e3=e1+e2 e4=e1-e2 e5=e2-e1
27	i1 i2	3 7	wt-1500	i3=i1+i2 i4=i1-i2 i5=i2-i1
28	u1 u2	40 90	wt-450 wt-900	u3=u1+u2 u4=u1-u2 u5=u2-u1
29	e1 e2	100 120	wt-900 wt+1350	e3=e1+e2 e4=e1-e2 e5=e2-e1
30	e1 e2	70 38	wt+50 wt-700	e3=e1+e2 e4=e2-e1 e5=e2+e1

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Построение топографической диаграммы цепи последовательного

R, L, C для трёх случаев XL=XC, XLXC, XLXC.

Задание:

Построить топографическую диаграмму по варианту, заданному ниже.

3. Расчёт электрических цепей переменного тока

последовательного соединения R, L, C.

Задание:

Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности ёмкости), включённые последовательно. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка и значения сопротивлений всех элементов, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 3.1.

Начертить схему цепи и определить следующие величины, относящиеся к данной цепи, если они не заданы в табл. 3.1; 1) полное сопротивление Z; 2) напряжение U, приложенное к цепи; 3) ток I; 4) угол сдвига фаз j (по величине и знаку); 5) активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить её построение. С помощью логических рассуждений пояснить характер изменения (увеличился, уменьшится, останется без изменения) тока, активной, реактивной мощности и цепи при увеличении частоты тока в два раза. Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным.

Указания. См. решение типового примера.

Примечание. В таблице 3.1 индексы буквенных обозначений следует понимать так: QL1 - -реактивная мощность в первом индуктивном сопротивлении; QC1 - то же, но в ёмкости сопротивлении; PR1 - активная мощность в первом активном сопротивлении; UR1, UL1, UС1 - падения напряжения соответственно в первом активном, индуктивном, первом ёмкостном сопротивлениях.

 

Таблица № 3.1

№ вар.	№ рис.	R1 Ом	R2 Ом	XL1 Ом	XL2 Ом	XC1 Ом	XC2 Ом	Дополнительный параметр
01	11	4	-	6	-	3	-	QL1 = 150
02	12	6	2	3	-	9	-	U = 40 В
03	13	10	6	-	-	12	-	I = 5 А
04	14	6	2	6	-	-	-	PR1 = 150 В
05	15	4	5	3	3	-	-	S = 360 В:А
06	16	3	-	-	-	2	2	I = 4 А
07	17	8	-	12	-	4	2	P = 200 Вт
08	18	16	-	10	8	6	-	U = 80 В
09	19	10	6	-	-	8	4	I = 2 А
10	20	2	2	5	-	6	2	Q/ = -192 вар
11	11	3	-	2	-	6	-	U = 50 В
12	12	4	4	4	-	10	-	I = 4 А
13	13	4	2	-	-	8	-	UR1 = 20 В
14	14	8	4	16	-	-	-	S = 320 ВА
15	15	6	10	8	4	-	-	j = 400 Вт
16	16	6	-	-	-	5	3	S = 160 ВА
17	17	12	-	4	-	12	8	QL1=17 Вар
18	18	6	-	8	4	4	-	Р = 54 Вт
19	19	8	4	-	-	6	10	S = 180 ВА
20	20	8	8	12	-	4	2	Р = 256 Вт
21	11	6	-	10	-	2	-	I = 5 А
22	12	4	2	12	-	4	-	Р = 24 Вт
23	13	5	3	-	-	6	-	S = 250 ВА
24	14	3	1	3	-	-	-	QL1 = 80 вар
25	15	4	8	10	6	-	-	Q = 64 вар
26	16	8	-	-	-	4	2	U = 40 В
27	17	6	-	12	-	2	2	UL1 = 60 B
28	18	4	-	8	4	9	-	Q = 75 вар
29	19	2	6	-	-	4	2	UR2 = 24 B
30	20	4	2	4	-	8	4	QL1=16 Вар
31	11	8	-	4	10	10	-	P = 800 Вт
32	12	3	3	2	-	10	-	QC1 = 160 вар
33	13	2	2	-	-	3	-	Р = 100 Вт
34	14	4	4	6	-	-	-	I = 2 А
35	15	2	4	2	6	-	-	U = 60 В
36	16	16	-	-	-	4	8	Q = -300 вар
37	17	4	-	10	-	4	3	UC2 = 15 В
38	18	12	-	14	10	8	-	UR1 = 60 В
39	19	4	2	-	-	4	4	QC2 = -256 вар
40	20	1	2	6	-	8	2	UC1 = 40 В
41	11	12	-	18	-	2	-	S = 500 ВА
42	12	8	4	20	-	4	-	QL1 = 500 вар
43	13	2	1	-	-	4	-	QC1 = 100 вар
44	14	10	6	12	-	-	-	U = 100 В
45	15	6	2	4	2	-	-	I = 4 А
46	16	12	-	-	-	10	6	P = 40 Вт
47	17	3	-	8	-	2	10	Q = - 400 вар
48	18	6	-	5	3	8	-	UC = 16 В
49	19	1	3	-	-	2	1	Q = -48 вар
50	20	10	6	18	-	4	2	S = 80 ВА

4. Расчет цепи переменного тока, содержащей L, R, C,

соединённых параллельно.

Задание:

Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, ёмкости), образующие две параллельные ветви. Схема цепи приведена в соответствующем рисунке. Номер рисунка, значение всех сопротивлений, а также один дополнительный параметр заданы в таблице 4.1 Индекс «1» у дополнительного параметра означает; что он относится к первой ветви; индекс «2» - ко второй.

Начертить схему цепи и определить следующие величины, если они не заданы в таблице 3 1) токи I₁ I₂   в обеих ветвях; 2) ток I в неразветвлённой части цепи; 3) напряжение U, приложенное к цепи; 4) активную P, реактивную Q и полную S  мощность для всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.

Каким образом в заданной цепи можно получить резонанс токов? Если цепь не позволяет достигнуть резонанса токов, то пояснить какой элемент надо дополнительно включить в цепь для этого. Начертить схему для такой цепи.

 

Таблица №4.1

№ вар	№ рис	R1 Ом	R2 Ом	XL1 Ом	XL2 Ом	XC1 Ом	XC2 Ом	Дополнительный параметр
1	21	10	12	2	16	2	-	U1.2 = 24 В
2	22	8	4	-	-	-	6	P1 = 100 B
3	23	6	-	-	-	-	3	I1 = 2 А
4	24	16	32	12	24	-	-	UL1 = 48 В
5	25	32	-	24	-	-	25	P = 800 Вт
6	26	8	6	-	8	6	-	QC1 = 150 вар
7	27	15	8	-	12	-	-	S2 = 180 ВА
8	28	20	24	-	40	-	8	UR2 = 24 В
9	29	12	8	-	-	16	6	S1= 180 ВА
10	30	4	6	-	2	3	10	QC1= -432 вар
11	21	5	16	-	12	-	-	P1320 В
12	22	3	6	-	-	-	8	P2=54 Вт
13	23	4	-	-	-	-	6	U=12 В
14	24	32	12	24	16	-	-	QL2=64 вар
15	25	12	-	16	-	-	15	I2=4 А
16	26	64	24	-	32	48	-	S2=640 ВА
17	27	6	4	-	6	-	-	UR2= 12 В
18	28	16	16	-	8	-	20	QL2=128 вар
19	29	4	8	-	-	3	6	S2=40 ВА
20	30	12	32	-	30	16	6	QL2=120 вар
21	21	2	3	-	4	-	-	UR2=12 В
22	22	8	16	-	-	-	12	I1= 5 А
23	23	5	-	-	-	-	8	Р= 125 Вт
24	24	64	24	48	32	-	-	Р1=576 Вт
25	25	8	-	6	-	5		QC2= -80 вар
26	26	3	4	-	3	4	-	UR2=16 В
27	27	20	16	-	24	-	-	P1=320 Вт
28	28	10	3	-	8	-	4	S2=500 ВА
29	29	3	6	-	-	4	8	QC1= - 256 вар
30	30	32	16	-	6	24	18	UC2= 106 В
31	21	20	6	-	8	-	-	U = 60 В
32	22	10	12	-	-	-	16	UR2=24 В
33	23	8	-	-	-	-	6	I1=8 А

 

34	24	24	16	32	12	-	-	P2=256 Вт
35	25	5	-	8	-	-	10	I2= 2 А
36	26	16	32	-	24	12	-	S1=720 ВА
37	27	5	3	-	8	-	-	UL2=32 В
38	28	60	24	-	12	-	60	UL2= 36 В
39	29	8	12	-	-	6	16	QC2= -144 вар
40	30	4	8	-	12	3	6	UR1=8 В
41	21	10	12	-	16	-	-	Q=400 вар
42	22	4	8	-	-	-	6	S2= 40 ВА
43	23	6	-	-	-	-	8	I1= 5 А
44	24	48	32	64	24	-	-	Q2=96 вар
45	25	3	-	4	-	-	5	U=40 В
46	26	8	3	-	4	6		UC1= 30 В
47	27	12	6	-	16	-	-	U= 60 В
48	28	2	4	-	7	-	4	UC2=16 В
49	29	4	6	-	-	3	8	UR1=40 В
50	30	24	16	-	8	32	20	QC2=-120 вар

 

 

 

5. Построение векторов в символической системе координат.

Задание:

Выполнить символическим методом сложение и вычитание векторов выполнить алгебраически и на символической системе координат в масштабе по вариантам.

№ варианта	Мгновенная величина	Её амплитудное значение	Фаза	Определить
1	i1 i2	10 3	wt-900 wt+300	i3=i1-i i4=i2-i2 i5=i2+i1
2	e1 e2	85 70	wt wt-180	e3=e1-e2 e4=e1+e2 e5=e2-e1
3	u1 u2	73 48	wt-450 wt+100	u3=u1-u2 u4=u2-u1 u5=u3-u2
4	i1 i2	5 3	wt+250 wt-800	i3=i1+i2 i4=i2-i1 i5=i3+i2
5	u1 u2	30 40	wt-350 wt+900	u3=u1+u2 u4=u2-u1 u4=u1+u2
6	e1 e2	60 20	wt-280 wt+1000	e3=e1-e2 e4=e2-e1 e5=e1+e2
7	i1 i2	5 3	wt-1800 wt+300	i3=i1-i2 i4=i2-i1 i5=i3+i1
8	u1 u2	105 220	wt-750 wt-1200	u3=u1-u2 u4=u2-u1 u5=u2+u1
9	i1 i2	7 5	wt-250 wt+480	i3=i1-i2 i4=i2-i3 i5=i2+i1
10	u1 u2	35 58	wt+900 wt+300	u3=u1-u1 u4=u2-u1 u5=u1+u2
11	e1 e2	110 140	wt-1800 wt+450	e3=e1-e2 e4=e2-e1 e5=e2+e1

Таблица №5.1

12	e1 e2	70 38	wt+50 wt-700	e3=e1+e2 e4=e2-e1 e5=e2+e1
13	i1 i2	5 4	wt+900 wt	i3=i1+i2 i4=i2+i1 i5=i1-i2
14	i1 i2	1 2	Wt-300 Wt-2300	i3=i1+i2 i4=i2+i1 i5=i1-i2
15	u1 u2	46 88	wt-1800 wt	u3=u1-u2 u4=u2-u1 u5=u1+u2
16	u1 u2	58 90	wt+450 wt+1200	u3=u1+u2 u4=u2-u1 u5=u2-u1
17	i1 i2	5 4	wt+450 wt-900	i3=i1-i2 i4=i2-i1 i5=i1+i2
18	i1 i2	2 1	wt-2300 wt+100	i3=i1-i2 i4=i2-i1 i5=i1+i2
19	i1 i2	13 6	wt-2600 wt+1850	i3=i1-i2 i4=i2-i1 i5=i1+i2
20	u1 u2	80 40	wt-450 wt+1200	u3=u1+u2 u4=u2-u1 u5=u2-u1
21	e1 e2	30 75	wt+100 wt-1450	e3=e1+e2 e4=e1-e2 e5=e2-e1
22	i1 i2	5 10	wt-1000 wt+800	i3=i1+i2 i4=i1-i2 i5=i2-i1
23	u1 u2	30 90	wt+50 wt-750	u3=u1-u2 u4=u1+u2 u5=u2-u1
24	e1 e2	85 45	wt-900 wt+1300	e3=e1+e2 e4=e1-e2 e5=e2-e1
25	i1 i2	3 7	wt-1500	i3=i1+i2 i4=i1-i2 i5=i2-i1
26	u1 u2	40 90	wt-450 wt-900	u3=u1+u2 u4=u1-u2 u5=u2-u1
27	e1 e2	100 120	wt-900 wt+1350	e3=e1+e2 e4=e1-e2 e5=e2-e1
28	i1 i2	5 8	wt wt+1200	i3=i1+i2 i4=i1-i2 i5=i1-i1
29	u1 u2	45 80	wt-800 wt	u3=u2-u1 u4=u2+u1 u5=u1-u2
30	e1 e2	18 32	wt-1200 wt+900	e3=e2-e1 e4=e2+e1 e5=e1-e2

 

 

 

 

6. Расчет последовательного соединения R, L, C,

символическим методом.

Задание:

Рассчитать РГЗ символическим методом и построить вектора в символической системе координат. Проверку решения задачи выполнить при помощи 2-го закона Кирхгофа SU=0

 

      Таблица №5

№ вар.	№рис.	R1 Ом	R2 Ом	XL1 Ом	XL2 Ом	XC1 Ом	XC2 Ом	Дополнительный параметр
01	31	4	-	6	-	3	-	QL1 = 150
02	32	6	2	3	-	9	-	U = 40 В
03	33	10	6	-	-	12	-	I = 5 А
04	34	6	2	6	-	-	-	PR1 = 150 В
05	35	4	5	3	3	-	-	S = 360 В:А
06	36	3	-	-	-	2	2	I = 4 А
07	37	8	-	12	-	4	2	P = 200 Вт
08	38	16	-	10	8	6	-	U = 80 В
09	39	10	6	-	-	8	4	I = 2 А
10	40	2	2	5	-	6	2	Q’ = -192 вар
11	31	3	-	2	-	6	-	U = 50 В
12	32	4	4	4	-	10	-	I = 4 А
13	33	4	2	-	-	8	-	UR1 = 20 В
14	34	8	4	16	-	-	-	S = 320 ВА
15	35	6	10	8	4	-	-	j = 400 Вт
16	36	6	-	-	-	5	3	S = 160 ВА
17	37	12	-	4	-	12	8
18	38	6	-	8	4	4	-	Р = 54 Вт
19	39	8	4	-	-	6	10	S = 180 ВА
20	40	8	8	12	-	4	2	Р = 256 Вт
21	31	6	-	10	-	2	-	I = 5 А
22	32	4	2	12	-	4	-	Р = 24 Вт
23	33	5	3	-	-	6	-	S = 250 ВА
24	34	3	1	3	-	-	-	QL1 = 80 вар
25	35	4	8	10	6	-	-	Q = 64 вар
26	36	8	-	-	-	4	2	U = 40 В
27	37	6	-	12	-	2	2	UL1 = 60 B
28	38	4	-	8	4	9	-	Q = 75 вар
29	39	2	6	-	-	4	2	UR2 = 24 B
30	40	4	2	4	-	8	4	QL1=16 Вар
31	31	8	-	4	10	10	-	P = 800 Вт
32	32	3	3	2	-	10	-	QC1 = 160 вар
33	33	2	2	-	-	3	-	Р = 100 Вт
34	34	4	4	6	-	-	-	I = 2 А
35	35	2	4	2	6	-	-	U = 60 В
36	36	16	-	-	-	4	8	Q = -300 вар
37	37	4	-	10	-	4	3	UC2 = 15 В
38	38	12	-	14	10	8	-	UR1 = 60 В
39	39	4	2	-	-	4	4	QC2 = -256 вар
40	40	1	2	6	-	8	2	UC1 = 40 В
41	31	12	-	18	-	2	-	S = 500 ВА
42	32	8	4	20	-	4	-	QL1 = 500 вар
43	33	2	1	-	-	4	-	QC1 = 100 вар
44	34	10	6	12	-	-	-	U = 100 В
45	35	6	2	4	2	-	-	I = 4 А
46	36	12	-	-	-	10	6	P = 40 Вт
47	37	3	-	8	-	2	10	Q = - 400 вар
48	38	6	-	5	3	8	-	UC = 16 В
49	39	1	3	-	-	2	1	Q = -48 вар
50	40	10	6	18	-	4	2	S = 80 ВА

7. Расчет цепи параллельного соединения R, L, C,

символическим методом.

Задание:

Рассчитать РГЗ символическим методом. Проверки выполнить с помощью первого закона Кирхгофа SI=0. Произвести сложение токов параллельных ветвей в символической системе5 координат в масштабе.

Таблица №7.1

№ вар	№ рис	R1 Ом	R2 Ом	XL1 Ом	XL2 Ом	XC1 Ом	XC2 Ом	Дополнительный параметр
1	51	10	12	2	16	2	-	U1.2 = 24 В
2	52	8	4	-	-	-	6	P1 = 100 B
3	53	6	-	-	-	-	3	I1 = 2 А
4	54	16	32	12	24	-	-	UL1 = 48 В
5	55	32	-	24	-	-	25	P = 800 Вт
6	56	8	6	-	8	6	-	QC1 = 150 вар
7	57	15	8	-	12	-	-	S2 = 180 ВА
8	58	20	24	-	40	-	8	UR2 = 24 В
9	59	12	8	-	-	16	6	S1= 180 ВА
10	60	4	6	-	2	3	10	QC1= -432 вар
11	51	5	16	-	12	-	-	P1320 В
12	52	3	6	-	-	-	8	P2=54 Вт
13	53	4	-	-	-	-	6	U=12 В
14	54	32	12	24	16	-	-	QL2=64 вар
15	55	12	-	16	-	-	15	I2=4 А
16	56	64	24	-	32	48	-	S2=640 ВА
17	57	6	4	-	6	-	-	UR2= 12 В
18	58	16	16	-	8	-	20	QL2=128 вар
19	59	4	8	-	-	3	6	S2=40 ВА
20	60	12	32	-	30	16	6	QL2=120 вар
21	51	2	3	-	4	-	-	UR2=12 В
22	52	8	16	-	-	-	12	I1= 5 А
23	53	5	-	-	-	-	8	Р= 125 Вт
24	54	64	24	48	32	-	-	Р1=576 Вт
25	55	8	-	6	-	5		QC2= -80 вар
26	56	3	4	-	3	4	-	UR2=16 В
27	57	20	16	-	24	-	-	P1=320 Вт
28	58	10	3	-	8	-	4	S2=500 ВА
29	59	3	6	-	-	4	8	QC1= - 256 вар
30	60	32	16	-	6	24	18	UC2= 106 В
31	51	20	6	-	8	-	-	U = 60 В
32	52	10	12	-	-	-	16	UR2=24 В
33	53	8	-	-	-	-	6	I1=8 А

 

34	54	24	16	32	12	-	-	P2=256 Вт
35	55	5	-	8	-	-	10	I2= 2 А
36	56	16	32	-	24	12	-	S1=720 ВА
37	57	5	3	-	8	-	-	UL2=32 В
38	58	60	24	-	12	-	60	UL2= 36 В
39	59	8	12	-	-	6	16	QC2= -144 вар
40	60	4	8	-	12	3	6	UR1=8 В
41	51	10	12	-	16	-	-	Q=400 вар
42	52	4	8	-	-	-	6	S2= 40 ВА
43	53	6	-	-	-	-	8	I1= 5 А
44	54	48	32	64	24	-	-	Q2=96 вар
45	55	3	-	4	-	-	5	U=40 В
46	56	8	3	-	4	6		UC1= 30 В
47	57	12	6	-	16	-	-	U= 60 В
48	58	2	4	-	7	-	4	UC2=16 В
49	59	4	6	-	-	3	8	UR1=40 В
50	60	24	16	-	8	32	20	QC2=-120 вар

 

8. Расчет цепи смешанного соединения R, L, C, символическим методом.

Задание:

Для электрической цепи соединенных переменно определите токи в каждой ветви и в неразветвленной части цепи. Данные для своего варианта возьмите из таблицы 8.1. Составьте баланс активных мощностей реактивных мощностей.  Задачу решите символическим методом. В масштабе постройте векторную диаграмму цепи в комплексной системе координат. Вычертите схему цепи, учитывая характер нагрузки во всех ветвях (См табл. 8.1) Прочерк в таблице означает отсутствие данного сопротивления в схеме цепи.

Рисунок 61

 

Таблица №7.1

Варианты	U, В	R1, Ом	Х1, Ом	R2, Ом	X2, Ом	R3, Ом	X3, Ом
1	200	40	-	-	I/WC2=20	8	WL3=6
2	100	-	WL1=20	6	I/WC2=8	25	-
3	200	-	I/WC1=40	-	WL2=100	20	I/WC3=15
4	100	-	I/WC1=20	-	WL2=25	12	I/WC3=16
5	100	10	-	-	WL2=20	6	I/WC3=8
6	220	-	I/WC1=11	22	-	15	WL3=20
7	100	-	I/WC1=10	-	WL2=10	7	WL3=24
8	380	12	WL1=16	-	I/WC2=20	40	-
9	220	-	I/WC1=22	44	-	24	WL3=32
10	200	40	-	-	I/WC2=100	64	WL3=48

 

9. Определение характера сопротивлений в каждой фазе

трехфазной цепи по заданной векторной диаграмме.

Задание:

По заданной векторной диаграмме для трёхфазной цепи определить характер сопротивлений в каждой фазе (активно, индуктивное ёмкостное, смешанное), вычислить значение каждого сопротивления и начертить схему присоединения сопротивлений к сети. Сопротивления соединены звездой с нулевым проводом. Пользуясь векторной диаграммой, построенной в масштабе, определить графически ток в нулевом проводе. Данные для своего варианта взять из таблицы 9.1. Пояснить с помощью логических рассуждений, как измениться ток в нулевом проводе при уменьшении частоты тока в два раза.

 

Таблица 9.1

№ варианта	№ рисунка	№ варианта	№ рисунка	№ варианта	№ рисунка
1 2 3 4	62 63 64 65	5 6 7 8	66 67 68 69	9 10 - -	70 71 - -

 

 

10. Расчет трёхфазной цепи при соединении нагрузки «звездой».

Задание:

Для активно индуктивных и один активно ёмкостной потребители включены в трёхфазную цепь по схеме, изложенной на рисунке 72, «звездой». В таблице 10.1 приведены данные задачи.

Определите линейные (фазные) I_A, I_В, I_C и ток I_N в нейтральном проводе. Для фазы А найдите величины активной Р_А, реактивной Q_A и полной S_A мощностей. Постройте в масштабе векторную диаграмму напряжений и токов. Величину тока в нейтральном проводе I_N определите по векторной диаграмме геометрическим (векторным сложением фазных токов).

Рисунок 72

Таблица 10.1

Данные	Варианты
	1		2	3	4	5	6	7	8	9	10
Uл, В	865		692	1038	138,4	173	36	660	380	346	86,5
RA, Ом	64,4		35,35	115	6,14	18,12	1,88	31,2	19,05	15,3	1,73
XA, Ом	76,8		35,35	164	5,15	8,48	0,68	21,7	11	12,9	1,0
RB, Ом	62,5		22,96	63	2,87	8,2	3,8	13,5	8,45	25,8	2,8
XB, Ом	106,25		32,8	135	4,1	5,75	2,2	13,5	7,1	30,7	2,8
RC, Ом	85,5		10,58	78	1,37	17,68	3,1	43,3	28,4	12,5	2,5
XC, Ом		235	22,65	290	3,76	17,68	2,57	62,3	33,8	21,5	4,33

 

11. Расчет трёхфазной цепи при соединении

нагрузки «треугольниками».

Задание:

На рисунке 73 показана трехфазная сеть, питающая нагрузку, соединенную «треугольником». Система линейных напряжений симметрична.

U_АВ=U_BC=U_CA=U

Определите фазные и линейные токи грузок, активную, реактивную и полную мощности каждой из нагрузок и всей цепи. В масштабе постройте векторную диаграмму токов и напряжений. Задачу решить графоаналитическим методом. Данные для своего варианта взять из таблицы 11.1.

Рисунок 73

Таблица 11.1

Варианты	U, В	Приёмник энергии соединен треугольником
		Мощность фаз и коэффициент мощности
		РАВ, Вт	РВС, Вт	РСА, Вт	Cos j
1.	2.	3.	4.	5.	6.
1	380	4607	4607	4607	0,866
2	380	5700	3800	7600	1
3	220	330	550	440	1
4	220	2816	2816	2816	0,8
5	660	6600	3300	4620	1
6	380	3230	3230	3230	0,5
7	220	3300	3300	3300	0,6
8	660	3960	2640	3300	1
9	380	4560	3800	3040	1
10	380	5100	5100	5100	0,707

 

12. Расчёт трёхфазной цепи переменного тока при помощи

векторных диаграмм.

Задание:

Три одинаковых резистора с сопротивлениями R каждый соединили звездой, включили в трехфазную цепь с линейным напряжением U_ном1 и измерили потребляемые точки I_ном1. Затем резисторы соединили треугольником. Включили в ту же сеть и измерили фазные I_ф2 и линейные I_ном2 токи. Определить во сколько раз при таком при таком переключении изменились фазные и линейные токи и потребляемые цепи активной мощности, т.е. отношение I_Ф2/ I_ном1  ^*I_ном2/I_ном1 и P2/P1. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи при соединении резисторов треугольником. Данные для своего варианта взять из таблицы 12.1.

 

Таблица 12.1

№вар	R, Ом	UНОМ1, В	№ вар	R, Ом	UНОМ1, В	№ вар	R, Ом	UНОМ1, В
01 02 03 04	10 20 30 20	20 220 660 380	05 06 07 08	40 60 50 5	220 660 380 220	09 10	10 30	660 220

 

 

13. Расчет несинусоидальных цепей переменного тока.

Задание:

К электрической цепи состоящей из последовательно соединенных активных сопротивлений R, индуктивности L и ёмкости C, приложено несинусоидальное напряжение:

u=U₀+U_1Msinwt+U_3Msin3wt+U_5Msinwt

Определите действующие значения несинусоидальных напряжений и тока, активную мощность, полную мощность, если частота переменной гармоники f₁= 50 Гц. Напишите уравнение мгновенного значения тока цепи. Данные для своего варианта возьмите в таблице 13.1.

 

Таблица 13.1

Параметры цепи	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
R, Ом	3	8	15	20	5	16	24	12	6	30
L, мГн	12,74	19,11	127,39	175,16	70,06	4,14	41,4	28,66	25,48	79,62
С, мкФ	398	265,2	53	79,6	318,5	637	530	796	199	354
U, В	u=20+282sinwt+141sin3wt					u=30+225,6sinwt+70,5sin3wt

 

14. Расчет реальной катушки с ферромагнитным сердечником.

Задание:

Для катушки со стальным сердечником, схема замещения которой приведена на рисунке 74, определите величину тока подводимого переменного напряжения, мощность потерь в обмотке катушки и стальном сердечнике. Параметры разветвлённой схемы замещения катушки приведены в таблице 14.1. В масштабе постройте полную векторную диаграмму катушки.

Рисунок 74

 

Таблица 14.1

Вариант	Rкат, Ом	Xрасс, Ом	G0, Ом	В0, См	U/, В
1	2	3	0,047	0,2	70
2	1,5	2	0,009	0,072	100
3	1	2	0,05	0,1	65
4	2	4	0,04	0,15	80
5	1	1,5	0,075	0,3	60
6	1,67	2	0,03	0,09	90
7	1,59	2,65	0,06	0,1	110
8	2	4	0,08	0,11	55
9	1,32	1,24	0,045	0,25	50
10	1,46	1,7	0,01	0,08	75

 

15. Переходные процессы в цепях постоянного тока.

Построение графиков переходных процессов.

Задание:

По данным таблицы 14 электрической схеме (номер рисунка смотри в таблице 15.1) Определите постоянную времени переходного процесса t в катушке индуктивности L, найдите закон переходного процесса i = f(t) и постройте в масштабе график i = f(t) по точкам для значений t=0; t=t; t=2t; t=3t.

 

Таблица 15.1

П/П	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
№ рисунка	75	76	77	78	79	80	81	82	83	84
U, В	100	80	100	60	150	200	450	60	100	100
R1, Ом	10	60	10	20	10	30	300	12	10	10
R2,  Ом	10	20	-	10	-	60	180	-	10	-
L, мГн	30	160	500	200	50	180	90	120	30	500

 

 

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

 

Основные источники (ОИ):

1.Лунина В. П. Электротехника и электроника в 3 т. Том 2. Электромагнитные устройства и электрические машины: учебник и практикум для СПО / В. И. Киселев, Э. В. Кузнецов, А. И. Копылов, В. П. Лунин; — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2017 [Электронный ресурс]. — 184 с. — (Профессиональное образование). Режим доступа: https://biblio-online.ru/book/0120F03A-B783-48B6-87D1-45011844261F.

Дополнительные источники (ДИ):

1.Кузовкин, В. А. Электротехника и электроника: учебник для СПО / В. А. Кузовкин, В. В. Филатов. — М.: Издательство Юрайт, 2017. — 431 с. — (Профессиональное образование). Режим доступа: https://biblio-online.ru/book/6AE9FF4B-2721-4F9E-AAB6-8972506481C7.

Интернет-ресурсы:

1.Договор от 13.06.2017 № 435/17 на предоставление доступа к электронно-библиотечной системе ООО «Издательство Лань» (https://e.lanbook.com/)

2. Договор от 01.03.2018 № 13 – УТ/2018 по обеспечению доступа к электронным информационным ресурсам ФГБНУ ЦНСХБ

3.Дополнительное соглашение от 12.04.2018 № ПДД 18/19 к Лицензионному договору от 04.07.2013 № 27 на предоставление доступа к электронно-библиотечной системе «AgriLib» ФГБОУ ВО РГАЗУ (http://ebs.rgazu.ru/)

4.Контракт от 20.03.2018 №0702/2222-2018 на оказание услуг попредоставлению доступа к электронным базам данных«Национальный цифровой ресурс «Руконт» Коллекция «Базовый массив» (https://rucont.ru/)

5.Договор от 12.05.2017 № 2949 на оказание услуг по предоставлению доступа к ЭБС «Электронно-библиотечной системе «ЭБС ЮРАЙТ www.biblio-onlaine.ru» (www.biblio-onlaine.ru)

6.Программы АСТ-тестирования для рубежного контроля и промежуточной аттестации обучающихся (договор Л-21/16 от 18.10. 2016)

7.Программные комплексы НИИ мониторинга качества образования: «Федеральный интернет-экзамен в сфере профессионального образования (ФЭПО)» (договор №ИАС -2018/1/0205 от 15 марта 2018 г.)

8.Договор № 9012 /13900/ЭС поставки и сопровождения экземпляров систем Консультант Плюс от 20.02.2018

9.Договор № 194 – 01/2018СД на услуги по сопровождению Электронного периодического справочника «Система ГАРАНТ» от 09.01.2018

 

 

 

 

 

 

3 КОНТРОЛЬНО-ОЦЕНОЧНЫЙ БЛОК

3.1 ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ

1.     Паспорт фонд оценочных средств

В результате освоения учебной дисциплины Электротехника обучающийся должен обладать предусмотренными ФГОС по специальности 15.02.07 «Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)», СПО следующими умениями, знаниями, которые формируют профессиональные и общие компетенции:

уметь:

У1 рассчитывать параметры и элементы электрических устройств;

У2 собирать электрические схемы и проверять их работу;

У3 измерять параметры электрической цепи;

знать:

З1 физические процессы в электрических цепях;

З2 методы расчета электрических цепей;

З3 методы преобразования электрической энергии.

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

ПК 2.1 Выполнять работы по монтажу системы автоматического управления с учетом специфики технологического процесса.

ПК 2.2 Проводить ремонт технических средств и систем автоматического управления.

ПК 2.3.Выполнять работы по наладке систем автоматического управления.

Формой аттестации по учебной дисциплине является экзамен.

2. Результаты освоения учебной дисциплины, подлежащие проверке

2.1. В результате аттестации по учебной дисциплине осуществляется комплексная проверка следующих умений и знаний:

Таблица 1.1

 

2.2. В результате аттестации по учебной дисциплине осуществляется проверка динамики формирования общих компетенций:

Таблица 1.2

 

3. Оценка освоения учебной дисциплины:

3.1. Формы и методы оценивания

Предметом оценки служат умения и знания, предусмотренные ФГОС СПО специальности 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям) по дисциплине Электротехника, направленные на формирование общих и профессиональных компетенций.

Текущий контроль знаний и промежуточная аттестация являются основным механизмом оценки качества подготовки обучающихся. Текущий контроль успеваемости обучающихся представляет собой объективную оценку степени и качества освоения программы дисциплины. Цель текущего контроля успеваемости:

-       обеспечение максимальной эффективности образовательного процесса;

-       оценка уровня освоения дисциплин, междисциплинарных курсов;

-       оценка компетенций обучающегося;

-       стимулирование деятельности обучающегося;

-       систематизация контроля за качеством подготовки специалистов;

-       подготовка к промежуточной аттестации.

Текущий контроль успеваемости проводится на любом из видов учебных занятий, в пределах учебного времени, отведенного на дисциплину.

Основными формами текущего контроля являются:

устный опрос на теоретических и практических занятиях;

проверка выполнения лабораторных работ;

контрольные и самостоятельные работы;

тестирование по разным уровням сложности;

контроль самостоятельной работы (в письменной или устной форме);

другие активные и интерактивные формы и методы контроля.

Формы текущего контроля выбираются, исходя из специфики учебной группы, темы и типа занятия.

Результаты оцениваются по 5-бальной системе: 5 (отлично), 4 (хорошо), 3 (удовлетворительно), 2 (неудовлетворительно).

Оценка освоения дисциплины предусматривает использование рейтинговой системы оценивания. Модульно-рейтинговая система обучения и оценки успеваемости обучающихся  представляет собой комплексную систему поэтапного оценивания уровня освоения основной образовательной программы по специальности. При функционировании модульно-рейтинговой системы обучения проводится регулярная оценка знаний и умений обучающихся в течение семестра. При функционировании модульно-рейтинговой системы обучения все знания, умения и навыки, приобретаемые обучающимися в процессе изучения дисциплины, оценивается в рейтинговых баллах. Рейтинговые баллы набираются в течение всего периода обучения по дисциплине и фиксируются путем занесения в единую экзаменационно - зачетную ведомость при рубежном и итоговом контроле. Промежуточный рейтинг дисциплины составляет 50 баллов.

Промежуточный рейтинг включает в себя:

1) рейтинг обучающихся за 1 модуль – 20 баллов;

2) рейтинг обучающихся за 2 модуль – 20 баллов;

3) рейтинг поощрительный (творческий балл) – 10 баллов.

Рубежный (модульный) контроль по дисциплине проводится в форме контрольной работы.

По окончании каждого семестра на основании оценок текущего контроля знаний и умений по учебной дисциплине выставляются итоговые оценки успеваемости, которые являются основанием для допуска к экзамену.