Методичка: Электротехника с основами электроники

Задача 5. № 40-49.

Для трёхфазной несимметричной нагрузки, соединённой по схеме треугольник, по заданным значениям линейного напряжения и сопротивлений каждой фазы зарисовать схему цепи и определить фазное напряжение, ток в каждой фазе, а также активную, реактивную и полную мощности для всей нагрузки. По полученным вычислениям построить в масштабе векторную диаграмму цепи и по ней получить численные значения линейных токов. Данные для своего варианта взять из таблицы № 5.

Таблица № 5

Методические указания к выполнению контрольной работы 2

электрический ток методический электромагнетизм

В контрольную работу 2 входит разделы “Электрические машины постоянного тока”, «Электрические машины переменного тока», «Полупроводниковые приборы», «Выпрямители», «Электронные усилители». Решение задач требует знаний соответствующей темы, поэтому для успешного решения необходимо знать основные законы и формулы, а также методику решения.

Пример1 (к задачам 1-10)

Задача № 1 относится к разделу «Электрические машины постоянного тока». Для успешного решения необходимо изучить теоретический материал Л-1(стр. 239 - 277), ознакомиться с основными уравнениями и формулами Л-7.(стр. 199 -202) и рассмотреть пример 2.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением рассчитан на номинальное напряжение U_ном = 220 В и имеет сопротивление в цепи якоря R_a = 0,08 Ом, сопротивление обмотки возбуждения R_в = 55 Ом. Генератор нагружен на сопротивление R_н = 1,1 Ом, КПД генератора η_г = 0,85. Определить токи в обмотке возбуждения, в цепи якоря и в нагрузке, ЭДС генератора, полезную мощность Р₂, мощность двигателя для вращения генератора Р₁, электрические потери в обмотке возбуждения и в цепи якоря, суммарные потери мощности в генераторе, а также электромагнитную мощность.

Решение: Токи в обмотке возбуждения, нагрузке и якоре:

ЭДС генератора:

Полезная мощность генератора:

Мощность приводного двигателя для вращения генератора:

Электрические потери в цепи якоря и обмотке возбуждения:

Суммарные потери мощности в генераторе:

Электромагнитная мощность, развиваемая генератором:

Пример 2 (к задачам 11-20)

Задача № 2. относится к разделу «Электрические машины переменного тока». Для её успешного решения необходимо изучить теоретический материал Л-1(стр. 199 - 236), ознакомиться с основными уравнениями и формулами Л-7 (стр. 236- 241) и рассмотреть пример 3.

Трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет номинальные данные: мощность Р_ном = 11 кВт, номинальное напряжение U_ном = 380 В, частота вращения ротора n₂ = 975 об/мин, коэффициент полезного действия η_ном = 0,855, коэффициент мощности cosφ_ном = 0,83, кратность пускового тока I_п / I_ном = 7, кратность пускового момента М_п / М_ном = 2,0, способность к перегрузке М_max / М_ном = 2,2. Частота тока в сети ƒ₁ = 50 Гц. Определить потребляемую мощность, номинальный, пусковой и максимальный моменты, номинальный и пусковой токи, номинальное скольжение, частоту тока в роторе, а также суммарные потери в двигателе.

Решение: Мощность, потребляемая двигателем из сети:

Номинальный момент, развиваемый двигателем:

Максимальный и пусковой моменты двигателя:

Номинальный и пусковой токи двигателя:

Номинальное скольжение двигателя:

Частота тока в роторе:

Пример3 (к задачам 21-30)

Задача № 3. Для питания постоянным током потребителя мощностью Р_d = 300 Вт при н6апряжении Ud = 20 В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, использовав полупроводниковые диоды Д242А.

Выбор и расчет диодов для составления схемы выпрямителя производится следующим образом:

Определить ток потребителя по формуле:

= Pd/Ud.

Определить напряжение, действующее на диод в непроводящий момент по формуле: Uв = 3,14Ud.

Проверить диод по параметрам:

для двухполупериодного выпрямителя Uобр > UВ, Iдоп > 0,5Id;

для однополупериодного выпрямителя Uобр > UВ, Iдоп > Id.

Составить схему выпрямителя. Если не соблюдается условие по напряжению, то два диода соединяют последовательно. Если не соблюдается условия по току, то два диода ставятся параллельно.

Решение: Параметры диода:_доп = 10 А - допустимый ток диода;обр = 100 В - обратное напряжение, которое выдерживает диод без пробоя в непроводящий полупериод.

Решение: Определяем ток потребителя:I₀ = Pd / Ud = 300 /20 = 15А.

Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий полупериод для однополупериодной схемы:U_В = 3,14 · U_d = 3,14 ·20 = 62,8 В.

Для однополупериодного выпрямителя должны выполняться условия:

I_доп ≥ I₀ и Uобр ≥ U_В.

В данном случае первое условие не соблюдается, так как 10 < 15, т.е. I_{доп <} I_0. Второе условие выполняется, т.к. 100 В > 62 В, т.е. Uобр > U_В.

Для того чтобы выполнялось условие I_доп > I₀ надо два диода соединить параллельно, тогда I_доп = 2 · 10 = 20А, 20А > 15А.

Составим схему однополупериодного выпрямителя.

Пример4 (к задачам 31-40)

Задача № 4. Определить действующее U2 и амплитудное U2m значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, его коэффициент трансформации n, постоянную составляющую выпрямленного тока I0 выпрямителя выполненного по мостовой схеме. Выпрямленное напряжение U0 = 350 В на нагрузочном резисторе RН = 1400 Ом, напряжение питающей сети U1 = 127 В. Составить схему выпрямителя. По справочнику [Л-6] выбрать диоды для выпрямителя.

Решение: Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора в данной схеме выпрямления определяется по формуле:

= 2πU0/√2 = U0/0,9 = 350/0,9 = 390 B.

Коэффициент трансформации трансформатора определяется:

= U1/U2 = 127/390 = 0.333.

Амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора равно:

m = √2U2 = 1.41∙390 = 549,9 B.

Значение максимального обратного напряжения вентиля в данной мостовой схеме:

обр.max = U2m = 549,9 ≈ 550 B.

Постоянная составляющая выпрямленного тока:

= U0/RН = 350/1400 = 0,25 А.

По справочнику, исходя из значения тока I0 и значения обратного напряжения Uобр.max, выбираем диод типа Д7Ж с номинальными данными током= 0,3 А и максимальным допустимым обратным напряжением диода Uобр.max в = 400 В. Число последовательно включенных диодов в плече мостовой схемы: к > Uобр.max/ Uобр.max в = 550/400 = 1,38. Принимаем к = 2.

Пример5 (к задачам 41-50)

Задача № 5. Определение основных параметров резисторного каскада усилителя. Согласно схеме усилителя, рассчитать параметры резисторного каскада усилителя.

Элементы схемы усилительного каскада.

Паспортные данные для транзистора: h21эмин=50; h21эмах=280; Ск=5пФ;гр= 250 Мгц;  300 пс; Rкэ равно от 40 до 60 Ом ( в режиме насыщения); Iко = 7,5мА.

Решение: Расчет для схемы с ОЭ (Rн = ∞)

Определяем среднее значение параметра h21э:

=

Определяем значение параметра

э: h11э = =60 + 414,2 = 474,2

где , - сопротивление базы транзистора, представляющее собой распределенное (объемное) сопротивление участка кристалла, примыкающего к электроду;

 - сопротивление эмиттерного перехода;

 = /С_к= 300/5=60

 =

где ,  -температурный потенциал, равный 26 мВ при комнатной температуре.

Определяем расчетное значение входного сопротивления усилительного каскада с учетом сопротивлений Rб1 и Rб2:

 Ом,

Определяем расчетное значение выходного сопротивления транзистора усилительного каскада.

Значение параметра Y22э составляет:

Выходное сопротивление усилительного каскада по переменному току представляет собой параллельное соединение Rвых транзистора

Определяем коэффициент усиления по напряжению К:

где Rн - выходное сопротивление каскада по переменному току Rвых

Коэффициент усиления по току Кi для схемы с ОЭ составляет:

Кi=h21э= 118,3

Определяем величину коэффициента усиления по мощности:

Кр=К*Кi=0,748*118,3=88,49

Контрольная работа 2

Задачи 1. № 1-10.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением отдаёт полезную мощность Р₂ при номинальном напряжении U_ном. Сила тока в нагрузке равна I_н, ток в цепи якоря I_а, в обмотке возбуждения I_в. Сопротивление цепи якоря равно R_а, обмотки возбуждения R_в. Генератор развивает ЭДС Е. Электромагнитная мощность равна Р_эм. Мощность, затрачиваемая на вращение генератора, равна Р₁. Суммарные потери мощности в генераторе составляют ΣР при коэффициенте полезного действия η_г. Потери мощности в обмотках якоря и возбуждения соответственно равны Р_а и Р_в. Используя данные о генераторе, приведённые в таблице № 3, определить все неизвестные величины, отмеченные прочерками в таблице вариантов.

Таблица № 1