Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине "Электротехника и электроника"
методическая разработка на тему

Областное государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Белгородский индустриальный колледж»

Методические указания

по выполнению практических работ

дисциплина «Электротехника и электроника»

для специальности:

140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования.

Белгород 2014 г.

разработаны в соответствии с рабочей программой на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальностям среднего профессионального образования (далее – СПО) 140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования.

Рассмотрено:                                                                          УТВЕРЖДАЮ 

Предметно-цикловой комиссией                         Заместитель директора

электротехнических дисциплин                       по учебной работе

Протокол  заседания  №1                                  ______________ Выручаева Н.В.

От 29.08.2012г                                                    «  30  »    августа   2013г.                            

Председатель цикловой комиссии

____________Новоспасская Л.Д.

Составитель: преподаватель   ОГАОУ СПО «Белгородский индустриальный колледж», преподаватель  высшей категории                             Шатохин А.А.                                                                                  

Внутренняя рецензия: ОГАОУ СПО «Белгородский индустриальный колледж», преподаватель  высшей категории                        Новоспасская Л.Д.                          

Внешняя рецензия: ОГАОУ СПО «Белгородский строительный колледж», преподаватель  высшей категории                                                Булгаков С.С.

Практическая работа №1

«Расчет смешанного соединения конденсаторов»

Цель: закрепить знания методов расчета электрической емкости и зарядов конденсаторов при их смешанном соединении.

Теоретические сведения

 Электрический конденсатор—это система из двух проводников (обкладок, пластин), разделенных диэлектриком.

Конденсаторы обладают свойством накапливать на своих обкладках электрические заряды, равные по величине и противоположные по знаку.

Электрический заряд q каждой из обкладок пропорционален напряжению U между ними:

Величину С, равную отношению заряда одной из обкладок конденсатора к напряжению между ними, называют электрической емкостью конденсатора и выражают в фарадах (Ф).

Емкость конденсатора зависит от геометрических размеров, формы, взаимного расположения и расстояния между обкладками, а также от свойств диэлектрика.

Конденсаторы могут быть соединены последовательно, параллельно и смешанно (последовательно-параллельно).

Последовательное соединение

При таком на обкладках всех конденсаторов будут одинаковые по величине заряды:

Напряжения на  конденсаторах будут различны, так как они зависят от их емкостей:    

                                ;  …

Общее напряжение:

Общая, или эквивалентная, емкость

                      или

Параллельное соединение

При параллельном соединении напряжение на всех конденсаторах одинаковое.

Заряды на обкладках отдельных конденсаторов при различной их емкости:

                     , ….

Заряд, полученный всеми параллельно соединенными конденсаторами:

Общая (эквивалентная) емкость:

Задание

1. Определить эквивалентную емкость батареи конденсаторов, соединенных по схеме, при соответствующих положениях ключей.

2. Для случая, когда ключи К1, К2 и К3 разомкнуты, найти заряды на каждом конденсаторе и общий заряд схемы.

Порядок выполнения расчета

Задание 1

1. Для своих данных начертить исходную схему.

2. Рассчитать последовательное соединение С3-С7:

3. Рассчитать параллельное соединение С4-С5:

4. Рассчитать последовательное соединение С2-С45: 

5. Найти эквивалентную емкость, рассчитав параллельное соединение С245-С37:

Задание 2

1. Для своих данных начертить исходную схему.

2. Рассчитать заряды на каждом конденсаторе:

3. Рассчитать общий заряд схемы:

4. Проверка:

,

где

Практическая работа №2

«Расчет смешанного соединения резисторов»

Цель: закрепить знания методов расчета эквивалентного сопротивления резисторов при их смешанном соединении.

Теоретические сведения

Отдельные проводники электрической цепи могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и смешанно (последовательно-параллельно).

Последовательное соединение

Проводники соединены таким образом, что по ним проходит один и тот же ток.

Сила тока в цепи:

Общее напряжение:

Эквивалентное сопротивление:

Параллельное соединение 

Два или более число проводников присоединены к двум узловым

точкам.

Сила тока в цепи:

Общее напряжение:

Эквивалентное сопротивление:                        

 или                                

Задание

Определить общее сопротивление цепи, токи во всех ветвях и напряжения на каждом сопротивлении, если напряжение U=120 В.

Порядок выполнения расчета

1. Для своих данных начертить исходную схему.

2. Рассчитать последовательное соединение R1-R4:

3. Рассчитать параллельное соединение R14-R3:

4. Рассчитать последовательное соединение R2-R5: 

5. Рассчитать параллельное соединение R134-R25:

6. Найти эквивалентное сопротивление, рассчитав последовательное соединение R12345-R78:

7. Найти общий ток в цепи:

8. Найти токи на сопротивлениях R7 и R8: 

9. Найти напряжения на сопротивлениях R7 и R8:

10.  Найти напряжение между точками а и б:

11.  Найти ток на сопротивлениях R1 и R4:

12. Найти ток на сопротивлениях R2 и R5:

13. Найти ток на сопротивлении R3:

14.  Проверка:

Практическая работа №3

«Расчет неразветвленных электрических цепей переменного тока»

Цель: закрепить знания методов расчета параметров неразветвленных электрических цепей переменного тока.

Теоретические сведения

Реактивное сопротивление цепи рано разности индуктивных и емкостных сопротивлений:

 (брать все Х из схемы)

Формула для полного сопротивление цепи  имеет вид:

    Эту формулу нужно привести в соответствие со своей схемой, следуя указаниям:

        - если одно из этих сопротивлений в схеме отсутствует, то брать его за ноль;

        - если каких-то сопротивлений два, то при их подставке в формулу складывают;  причем  XL всегда берут с   «плюсом», а  ХC - с «минусом».

Ток в цепи можно найти несколькими способами:

 Напряжения в цепи также можно найти по нескольким формулам:  

Коэффициент мощности равен отношению активного сопротивления к полному:

sin ϕ находят как отношение реактивного сопротивления к полному:

Формулы для мощности цепи имеют вид:

активная    

реактивная  

полная    

Для построения  векторной диаграммы необходимо:

1.  Составить уравнение  (векторно сложить в порядке схемы соответствующие напряжения).
2. Выбрать масштаб, т.е. поделить все значения напряжений на одно число, чтобы результат деления было удобно строить в сантиметрах.

U.. . = … В

U… = … В

U.. . = … В

I …  = … А

3.  После этого построить векторную диаграмму по масштабу и  в соответствии с уравнением.

     ПРИМЕЧАНИЕ:

1. первым всегда строят ток I;
2. вектор    UR   всегда идет параллельно току;
3. вектор    UL   перпендикулярно току вверх;
4. UC   перпендикулярно току вниз;
5. итоговый вектор    U  соединяет начало первого вектора с концом последнего.  

Проверка: длина вектора  U в сантиметрах, измеренная по линейке, должна совпадать с расчетной величиной.            

Задание

Неразветвленная цепь переменного тока содержит активные и реактивные сопротивления, величины которых заданы в таблице. Кроме того, известна одна из дополнительных величин.  Определить следующие величины, если они не заданы в таблице вариантов: полное сопротивление цепи;  напряжение, приложенное к цепи: силу тока в цепи; активную, реактивную и полную мощности; cos φ; sin φ.

Порядок выполнения расчета

1. Начертить исходную схему.

2. Найти реактивное сопротивление:

3. Найти полное сопротивление цепи:

4. Найти ток:

5. Найти напряжения:

6. Найти cosφ  и sinφ:

7. Найти мощности:

активная

реактивная

полная

8. Построить векторную диаграмму:

1. Векторно сложить соответствующие напряжения в порядке схемы

2. Выбрать масштаб, т.е. поделить все значения напряжений на одно число, чтобы результат деления  было удобно строить в сантиметрах.

UR1  = 10 В                    1 см              

UL   = 60 В                     6 см

U R2  = 30 В       : 10      3 см

UC     = 30 В                    3 см

U   =   50 В                    5 см

I    =  5 А            : 1        5 см                                          

3. Построить векторную диаграмму по масштабу и  в соответствии с уравнением.                                       

                  U R2 

                                      UC 

          UL                                            

                       U                             

               UR1                    I                               

Описание:

     1.  Первым строят ток I , горизонтально, длиной 5 см;

     2.  Вектор    UR1   идет параллельно току, длиной 1 см;

     3. Вектор    UL   перпендикулярно току вверх, от конца вектора UR1, длиной 6 см;

     4. Вектор    UR2   идет параллельно току, от конца вектора UL,   длиной 3 см;

     5.  UC   перпендикулярно току вниз, от конца вектора UR2 , длиной 3 см;

     6.  Итоговый вектор    U  соединяет начало первого вектора UR1 с концом последнего UC.  

Проверка: длина вектора  U в сантиметрах, измеренная по линейке, равна 5 см, что совпадает с расчетной величиной.            

Практическая работа №4

«Расчет трехфазных цепей»

Цель: закрепить знания методов расчета параметров трехфазных цепей переменного тока.

Теоретические сведения

Электрические цепи, которые состоят из совокупности переменных ЭДС одной частоты и сдвинутых по фазе друг относительно друга на треть периода называют трехфазной системой переменного тока. Однофазная цепь, входящая в систему данной многофазной цепи называется фазой.

В трехфазных системах обмотки генератора и электроприемника соединяют по схемам «звезда» или «треугольник». Если нагрузки (приемники) соединены в трехфазную цепь по схеме «звезда», то к сопротивлениям нагрузки приложены фазные напряжения. Линейные токи равны фазным и определяются по закону Ома:

а ток в нейтрали равен векторной сумме этих токов:  

При симметричных напряжениях UA, UB, UC и одинаковых сопротивлениях RA= RB = RC = R токи IA, IB, IC также симметричны и их векторная сумма (IN) равна нулю. Тогда

а напряжение            

Векторные диаграммы имеют вид:

Мощность трёхфазной нагрузки складывается из мощностей фаз:

Когда нагрузка симметричная и чисто резистивная, имеем

     При смешанной (активно-индуктивной или активно-емкостной) нагрузке:

активная мощность

реактивная мощность

полная мощность

     Если нагрузки (приемники) соединены в трехфазную цепь по схеме «треугольник»,  нагрузка RAВ, RBС и RCА каждой фазы включается  на  полное линейное напряжение, которое равно фазному:

Фазные токи IAВ, IBС и ICА определяются по закону Ома:

Линейные токи определяются по первому закону Кирхгофа:

При симметричных напряжениях UAВ, UBС, UCА и одинаковых нагрузках фаз RAВ = RBС = RCА = R токи также симметричны:

        Векторные диаграммы имеют вид:

Мощность, потребляемая трехфазной нагрузкой при ее соединении в «треугольник», складывается из мощностей фаз

При симметричной или чисто активной нагрузке

     При смешанной (активно-индуктивной или активно-емкостной) нагрузке:

активная мощность

реактивная мощность

полная мощность

Задание

1. В трехфазную четырех проводную сеть включили звездой несимметричную нагрузку: в фазу А – индуктивный элемент с индуктивностью LA , в фазу В – резистор с сопротивлением RB , и емкостный элемент с емкостью СВ , в фазу С – резистор с сопротивлением RС . Линейное напряжением сети UHOM . Определить фазные токи IA, IB, IC, активную мощность цепи P, реактивную мощность Q и полную мощность S.

2. В трехфазную сеть включили треугольником несимметричную нагрузку. В фазу АВ – емкостный элемент СAВ , в фазу ВС – индуктивный элемент с активным сопротивлением RВС  и индуктивностью LBC , в фазу С – резистор с сопротивлением  RСА . Линейное напряжением сети UH. Определить фазные токи IAВ, IBС, ICА, активную мощность цепи P, реактивную мощность Q и полную мощность трехфазной цепи S.

Порядок выполнения расчета

Задание 1

1. Начертить исходную схему

2. Определить фазные напряжения:

В четырехпроводной цепи при любой нагрузке фаз выполняется соотношение:

3. Определить сопротивление индуктивного элемента LA:

4. Определить  сопротивление емкостного элемента СВ:

5. Определить полное сопротивление в фазе В:

6. Найти фазные токи, применяя закон Ома для участка цепи:

7. Определить  активную мощность фаз:

8. Определить  реактивную мощность  фаз:

9. Полная мощность трехфазной цепи равна:

Задание 2

В трехфазную сеть включили треугольником несимметричную нагрузку. В фазу АВ – емкостный элемент СAВ , в фазу ВС – индуктивный элемент с активным сопротивлением RВС  и индуктивностью LBC , в фазу С – резистор с сопротивлением  RСА . Линейное напряжением сети UH. Определить фазные токи IAВ, IBС, ICА, активную мощность цепи P, реактивную мощность Q и полную мощность трехфазной цепи S.

1. При соединении потребителей треугольником выполняется соотношение:

2. Определить сопротивление емкостного элемента в фазе АВ:

3. Определить сопротивление индуктивного элемента в фазе ВС:

4. Определить полное сопротивление фазы ВС:

5. Определить фазные токи:

6. Определить активную мощность фаз:

7. Определить реактивную мощность фаз:

8. Определить полную мощность трехфазной цепи: