Темы рефератов.

Решение

Пример 3.

Пример 2.

Активное сопротивление катушки R_к=6 Ом, индуктивное X_l=10 Ом. Последовательно с катушкой включено ативное сопротивление R=2Ом и конденсатор сопротивлением х_с=4 Ом (рис.2,а). К цепи приложено напряжение U=50В (действующее значение). Определить:1) полное сопротивление цепи;2)ток;3)коэффициент мощности;4)активную, реактивную и полную мощности;5) напряжения на каждом сопротивлении. Начертите в масштабе векторную диаграмму цепи.

Решение:

1.Определяем полное сопротивление цепи

2.Определяем ток

3.Определяем коэффициент мощности цепи

по таблицам Брадиса находим j=36⁰50’. Угол сдвига фаз j находим по синусу во избежание потери знака угла (косинус является четной функцией)

4.Определяем активную мощность цепи

или

Здесь

5.Определяем реактивную мощность цепи

6.Определяем активную мощность цепи

или

7.Определяем падение напряжения на сопротивлениях цепи

; ; ;

Построение векторной диаграммы начинаем с выбора масштаба для тока и напряжения. Задаемся масштабом по току: в 1см – 1,0А и масштабом по напряжению: 1см- 10В. Построение векторной диаграмм (рис.2,.б) начинаем с вектора тока, который откладываем по горизонтали в масштабе

Вдоль вектора тока откладываем векторы падения напряжения на активных сопротивления U_Rк и U_R:

Из конца вектора U_R откладываем в сторону опережения вектора тока на 90⁰ вектор падения напряжения U_L на индуктивном сопротивлении длиной .Из конца вектора U_I откладываем в сторону отставания от вектора тока на 90⁰ вектор падения напряжения на конденсаторе U_C длиной . Геометрическая сумма векторов U_Rк, U_R, U_L и U_C равна полному напряжению U, приложенному к цепи.

На рис. 3,а задана векторная диаграмма для неразветвленной цепи, ток I и падения напряжений на каждом сопротивлении (U₁, U₂ и т.д.) Определить характер и величину каждого сопротивления, начертить эквивалентную схему цепи, вычислить приложенное напряжение и угол сдвига фаз j.

Решение:

1.Из векторной диаграммы следует, что напряжение U₁ отстает от тока на угол 90⁰. Следовательно, на первом участке включен конденсатор, сопротивление которого

Вектор напряжение на втором участке U₂ направлен параллельно вектору тока, т.е. совпадает с ним по фазе. Значит, на втором участке включено активное сопротивление

Вектор напряжения на третьем участке U₃ опережает вектор тока на угол 90⁰, что характерно для индуктивности, сопротивление которой

На четвертом участке включено активное сопротивление

Эквивалентная схема цепи приведена на рис. 3, б.

2.Из векторной диаграммы определяем значение приложенного напряжения и угол сдвига фаз:

.

Пример:

К электрической цепи, рис. 3.12, а, подведено синусоидальное напряжение частотой f = 50 Гц с действующим значением U = 100 В. Параметры элементов схемы: R ₁ = 30 Ом, L = 0,1 Гн, C = 50 мкФ, R ₂ = 20 Ом. Определить токи в ветвях схемы и показания приборов. Составить баланс мощности. Построить в масштабе векторную диаграмму токов и напряжения.

Рис. 3.12 – Параллельная цепь:
а) схема замещения; б) векторная диаграмма

Определяем комплексные сопротивления параллельных ветвей. Сопротивление первой ветви

Z ₁ = R ₁ + jX _L,

где

X _L = jωL = 2 πfL = 6,28∙50∙0,1 = 31,4 Ом;

Z ₁ = 30 + j 31,4 Ом.

Комплексное сопротивление второй ветви

Z ₂ = R ₂ – jX _С;

Z ₂ = 20 – j 63,7 Ом.

Находим комплексные значения токов в ветвях

I = I ₁ + I ₂ = 1,6 – j 1,64 + 0,45 + j 1,43 = 2,05 – j 0,21 A.

Действующие значения

Для определения показания вольтметра составляем уравнение согласно второго закона Кирхгофа для контура б, в, г, д, б. Произвольно выбираем направление обходе контура, показанное на рис. 3.12, а стрелкой

0 = U _бв + R ₂ I ₂ – R ₁ I ₁;

1.. U _бв = R ₂ I ₂ – R ₁ I ₁ = 20·(0,45 + j 1,43) – 30(1,6 – j 1,64) =

= 9 + j 28,6 – 48 + j 49,2 = - 39 + j 77,8;

U _бв = 39 – j 77,8 В.

Вольтметр покажет действующее значение напряжения U _бв

Ваттметр измеряет мощность, потребляемую активной нагрузкой (R ₁ и R ₂).

Известно, что

Р = U · I ·cos φ.

В этом выражении неизвестным является cos φ, где φ угол сдвига между напряжением U и током I. Определить угол φ (или cos φ) можно разными путями. Например, cos φ можно найти из выражения для общего тока, учитывая, что начальная фаза напряжения равна нулю. Для этого обратимся к комплексному значению общего тока

I = 2,05 – j 0,21 A,

где I _R = 2,05 – активная составляющая тока (проекция комплексного вектора полного тока на ось действительных чисел);

I _X = - j 0,21 – реактивная составляющая тока (проекция комплексного вектора полного тока на ось мнимых чисел).

Тогда

где I = 2,06 А – действующее значение общего тока.

Показание ваттметра

Р = 100∙2,06∙0,995 = 205 Вт.

Составим баланс мощностей.

Полная мощность, поступающая от источника

где P _И = 205 Вт; Q _И = 21 Вар.

Мощности приёмников

S_П = Р_П + jQ_П = 205 + j 21,34 ВА.

Результаты расчётов показывают, что баланс мощности сходится, т. е. токи найдены правильно.

Векторную диаграмму строим на комплексной плоскости, рис. 3.12, б. Выбираем масштабы тока и напряжения: (Масштаб выбирается с таким расчётом, чтобы векторная диаграмма занимала примерно половину страницы). Откладываем вектор напряжения совпадающий с осью + 1. Затем откладываем вычисленные значения токов I ₁, I ₂, I. Действительные значения – на оси + 1, мнимые значения – на оси + j.

Контрольные вопросы к экзамену (зачету)

Контрольные вопросы к зачету (экзамену) по разделу "Основы электротехники".

1. Электробезопасность. Характеристики поражения человека электрическим током.

2. Основные определения: электротехника, электричество, электрическое поле, потенциал, напряжение, электрический ток, источники тока, электродвижущая сила (ЭДС), закон Ома, законы Кирхгофа.

3. Электрическая цепь. Пассивные и активные элементы цепи. Параметры электрической цепи.

4. Расчет электрических цепей постоянного тока методом законов Кирхгофа, методом контурных токов.

5. Энергия и мощность постоянного тока. Баланс мощностей.

6. Переменный ток. Однофазный синусоидальный ток. Основные параметры: мгновенные, действующие и средние значения тока, напряжения и ЭДС. Генерирование переменного тока.

7. Представление переменного тока комплексными величинами. Метод комплексных диаграмм.

8. Метод комплексных амплитуд. Закон Ома и законы Кирхгофа в комплексной форме.

9. Активное сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока.

10. Последовательная и разветвленные цепи переменного тока с активным сопротивлением, емкостью и индуктивностью. Резонанс тока. Резонанс напряжения.

11.Мощность и энергия в цепи переменного тока. Активная, реактивная и полная мощность. Единицы измерения. Баланс мощностей.

12.Трехфазные электрические цепи. Основные определения. Линейные и фазные токи и напряжения. Маркировка фазы. Способы соединения генераторов и приемников типа звезда и треугольник. Трехпроводные и четырехпроводные цепи. Нейтральный провод.

13. Короткое замыкание фазы. Разрыв линейного провода. Мощность в цепи трехфазного тока.

14. Нелинейные электрические цепи. Аппроксимация нелинейных характеристик.

15. Расчет цепей постоянного тока с одним или несколькими нелинейными элементами.

16. Основные магнитные величины. Магнитные цепи постоянного тока.

17. Магнитные цепи переменного тока. Ферромагнитные материалы.

18. Расчет катушки с магнитопроводом и воздушным зазором.

19. Энергия и основные потери в магнитопроводе.

20 Трансформатор. Основные режимы работы.

21. Устройство и принцип действия машин постоянного тока.

22. Генератор постоянного тока. Основные характеристики.

23.Двигатель постоянного тока. Основные характеристики.

24.Устройство и принцип действия машины переменного тока.

25. Асинхронный двигатель. Основные характеристики.

26. Синхронный генератор. Основные характеристики.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Самостоятельная работа студентов состоит в изучении ряда теоретических вопросов по темам дисциплины, перечень которых приведен в таблице 5 и составления рефератов..

Таблица 5

№ п/п	Тема дисциплины
	Тема 1. Электрические цепи. Основные определения, топологические параметры
	Тема 2. Методы расчета линейных электрических цепей
	Тема З. Однофазный переменный ток
	Тема 4. Электрические цепи трехфазного тока.
	Тема 5. Магнитные цепи и электромагнитные устройства.
	Тема 6. Трансформаторы
	Тема 7. Асинхронные машины
	Тема 8. Машины постоянного тока (МПТ)
	Тема 9. Синхронные машины
	Тема 10. Электрические измерения и приборы
	Тема 11. Основы электроники и элементной базы современных электронных устройств
	Тема 12. Источники вторичного электропитания
	Тема 13. Усилители электрических сигналов
	Тема 14. Импульсные и автогенераторные устройства
	Тема 15. Основы цифровой электроники
	Тема 16. Микропроцессорные средства

СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ по разделу 2 - "Основы электроники"

Номер варианта брать по последним двум цифрам зачетной книжки mn. Если последние цифры больше 50, то номер рассчитать по формуле 100-mn, например mn=90, брать вариант 10.

Задача 5. Расчет маломощных выпрямителей.. (варианты задание в табл.6.1)

Исходные данные для расчета выпрямителя приведены в табл. 6.1, где U_С – напряжение сети, питающей выпрямитель; f_С – частота сети переменного тока; U₀ – выходное выпрямленное напряжение; I₀ – ток на выходе выпрямителя; K_П % - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

Порядок расчета:

1. Зарисовать структурную схему блока питания с обозначением всех составных частей и описать их назначение.

2. Выбрать схему выпрямителя согласно номера варианта, зарисовать ее в отчет и пояснить назначение всех элементов схемы

3. Выполнить расчет трансформатора (т.е. определить его мощность по вторичной обмотке, коэффициент трансформации, определить его типовую мощность).

4. Выполнить расчет выпрямителя (исходя из выбранного типа выпрямителя и формул для выпрямителей такого типа, заданного типа диодов - определить количество диодов в схеме, выполнить проверку по току и по напряжению).

5. Выполнить расчет сглаживающего фильтра. Он состоит из предварительного и окончательного расчета.

7. На заключительном этапе практической работы студенты должны начертить полную схему блока питания со всеми элементами и нагрузкой.

Таблица 6.1

№ вар.	№рис.	UС	U0	I0	fС	KП
В	А	Гц	%
	6.5					1,5
	6.6					1,7
	6.7					1,9
	6.8					2,0
	6.9					2,2
	6.10					1,8
	6.5					2,4
	6.6					2,5
	6.7					1,5
	6.8					1,7
	6.9					1,9
	6.10					2,0
	6.5					2,2
	6.6					1,8
	6.7					2,4
	6.8					2,5
	6.9					1,5
	6.10					1,7
	6.5					1,9
	6.6					2,0
	6.7					2,2
	6.8					1,8
	6.9					2,4
	6.10					2,5
	6.5					1,5
	6.6					1,7
	6.7					1,9
	6.8					2,0
	6.9					2,2
	6.10					1,8
	6.5					2,4
	6.6					2,5
	6.7					1,5
	6.8					1,7
	6.9					1,9
	6.10					2,0
	6.5					2,2
	6.6					1,8
	6.7					2,4
	6.8					2,5
	6.9					1,5
	6.10					1,7
	6.5					1,9
	6.6					2,0
	6.7					2,2
	6.8					1,8
	6.9					2,4
	6.10					2,5
	6.5					1,5
	6.6					1,7

Задача 6. Расчет параметров усилительного каскада на транзисторе по схеме с общим эмиттером. (варианты задание в табл.6.2).

Исходные данные для расчета параметров усилительного каскада на транзисторе ГТ320А по схеме рис. 6.18 приведены в таблице 6.2..

В контрольной работе привести:

1. Схему усилительного каскада и описание назначения всех элементов входящих в схему, а также входные и выходные ВАХ биполярного транзистора.

2. По исходным данным для усилительного каскада определить:.

а. Положение рабочей точки на входных и выходных характеристиках транзистора.

б. h – параметры транзистора в районе рабочей точки.

в. Входное сопротивление усилительного каскада, R _ВХ.

г. Выходное сопротивление усилительного каскада, R _ВЫХ.

д. Коэффициент усиления каскада по напряжению, K _U.

е. Величина выходного напряжения усилительного каскада.

ж. Нарисовать временные диаграммы входного напряжения, напряжения на базе, выходного напряжения, полного тока в цепи коллектора, считая что входной сигнал гармонический с амплитудой 100 мВ.

Таблица 6.2

№№ вар.	ЕК	R1	R2	RК		№№ вар	ЕК	R1	R2	RК
В	Ом	В	Ом

Методические указания к выполнению контрольной работы по разделу Основы Электронике

Электроника представляет собой область науки и техники, охватывающую изучение и применение электронных и ионных явлений, протекающих в вакууме, газах, жидкостях, твердых телах и плазме, а также на их границах. Техническая электроника занимается изучением теории и практики применения электронных и ионных приборов, устройств, систем и установок в различных областях человеческой деятельности – науке, промышленности, связи, сельском хозяйстве, строительстве, транспорте и др.

1. Физические основы работы полупроводниковых приборов

С начала 50-х г. г. прошлого века, после изобретения транзистора, начался расцвет полупроводниковой электроники, которая практически полностью вытеснила ламповую.

К полупроводникам относят материалы, занимающие по своему удельному сопротивлению промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. При производстве полупроводниковых приборов наибольшее применение нашли германий Ge и кремний Si. У идеальных кристаллов германия и кремния, относящихся к четвертой группе периодической системы Менделеева, все валентные электроны образуют связанную пару. Такие идеальные кристаллы не проводят электрический ток.

При добавлении в кристалл кремния элементов из пятой группы, например сурьмы Sb или фосфора P появляется несвязанный, свободный электрон. Таким образом, в кристалле кремния возникает электронная проводимость, а полупроводник называется n – типа. Примесь, образующая электронную проводимость, называется донорной.

Добавление в кремний трехвалентной примеси, например, галлия Ga или индия In приводит к тому, что три валентных электрона индия участвуют в образовании ковалентных связей с атомом кремния, а одна связь остается свободной. Таким образом, для образования четвертой ковалентной связи примесным атомам не хватает по одному электрону. В кристалле кремния образуется "дырка", способная присоединить свободный электрон. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной проводимостью или полупроводником p - типа, а соответствующая примесь называется акцепторной.

Под действием внешнего электрического поля в полупроводнике n – типа наблюдается движение электронов в направлении поля, в полупроводнике p - типа происходит движение дырок, имеющих положительный заряд, в обратном направлении. Хотя в обоих рассмотренных случаях в образовании электрического тока участвуют только электроны, введение фиктивных дырок с положительным зарядом удобно с методической точки зрения. Подвижные носители электрического заряда, которые преобладают в полупроводнике данного типа, называются основными, остальные – неосновными. В полупроводнике n – типа основными носителями заряда являются электроны, а неосновными – дырки. В полупроводнике p - типа основные носители заряда – дырки, не основные – электроны. Электроны и дырки в кристалле полупроводника находятся в состоянии хаотического теплового движения.

Действие электрического поля из хаотического движения электронов и дырок приводит к направленному движению зарядов в кристалле. Возникает электрический ток, который называется дрейфовым током. Причиной, вызывающей электрический ток в полупроводнике, может быть не только электрическое поле, но и градиент концентрации подвижных носителей заряда. В соответствии с законами теплового движения возникает диффузия электронов и дырок из области с большей их концентрацией в область с меньшей концентрацией, причем плотность диффузионного тока пропорциональна градиенту концентрации носителей заряда. Таким образом, электрический ток в полупроводниках, обусловленный движением электронов и дырок, имеет дрейфовую и диффузионную составляющие.

Дата добавления: 2017-02-01