Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий Кафедра электротехники и электроники ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА Методические указания и контрольные задания для студентов заочного факультета всех специальностей Часть 1 3
52
Embed
Z551П Афанасьева НА Батяев АА Кузьмина ТГ идр Электротехника и электроника Методич указания и контр
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Кафедра электротехники и электроники
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Методические указания и контрольные задания для студентов
заочного факультета всех специальностей
Часть 1
3
Санкт-Петербург 2001
УДК 621.3
Афанасьева Н.А., Батяев А.А., Кузьмина Т.Г., Новотельнова А.В., Русанов А.В., Потоцкий А.П. Электротехника и электроника: Метод. указания и контрольные задания для студентов заочного факультета всех специальностей. Ч. 1. СПб.: СПбГУНиПТ, 2001. 42 с.
Приводятся общие методические указания к изучению курса, а также 8 конт-рольных задач с методическими указаниями к их выполнению и вариантами исходных данных.
РецензентКанд. техн. наук, доц. А.И. Васильев
Одобрены к изданию советом факультета техники пищевых производств
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных
4
и пищевых технологий, 2001
5
1. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ КУРСА
В соответствии с учебным планом курс «Электротехника и основы электроники» изучается студентами специальностей 270300, 270500, 270800, 270900, 271100 на третьем курсе, а специальностей 170600, 210200, 070200 – на четвертом курсе. Учебный план предусматривает:
– в период учебы выполнение двух контрольных работ для студентов технологического факультета и трех контрольных работ для остальных специальностей;
– в период учебной сессии – выполнение 5–7 лабораторных работ, сдачу зачета и экзамена.
Контрольные работы присылаются по мере их выполнения, но не позже, чем за 10 дней до начала учебной сессии, причем только после зачета предыдущей контрольной работы, преподавателем проверяются последующие.
Перед проведением лабораторных работ со студентами проводятся обзорные лекции по темам, перечень которых указан на страни-це 25.
Лекции и контрольные работы выполняются в соответствии с планом деканата. За 1/2 года до сессии проводятся установочные лекции, на которых студентов знакомят с порядком ее проведения и выполнения контрольных работ.
Курс изучается студентами самостоятельно с помощью учебных пособий и учебников, перечень которых приводится ниже. Если при изучении какого-либо вопроса у студента возникают неясности, то он может получить консультацию в письменной или устной форме.
Изучение курса рекомендуется вести последовательно по темам, придерживаясь следующего порядка:
1. Внимательно ознакомиться с содержанием соответствующего раздела программы, относящегося к данной теме и методическими указаниями.
2. Изучить по учебнику или учебным пособиям необходимый материал. При изучении материала следует начинать с уяснения принципиальной сущности вопроса, а затем переходить к разбору его конкретных особенностей. Рекомендуется при проработке материала составлять краткие конспекты по каждой теме, записывая в них основные
6
законы, определения, формулы, выводы. Просто читать учебник без конспектов – занятие малоэффективное.
3. После изучения литературы можно приступать к выполнению контрольных работ. Предварительно можно разобрать по сборнику решение задач по изученной теме и ответить на поставленные вопросы.
Студенты, обучающиеся по вечерней форме, изучают курс по специально разработанной на кафедре программе и выполняют контрольные работы по выбору преподавателя. Они сдают зачет и экзамен в установленное деканатом время.
При изучении курса рекомендуется пользоваться следующей литературой:
Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – С. 439.
Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. – М.: Высш. шк., 1984. – С. 375.
Электротехника / Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: Высш. шк., 1985. – С. 479.
Сборник задач по общей электротехнике и основам электрони- ки / Под ред. В.С. Пантюшина. – М.: Высш. шк., 1979. – С. 283.
Электротехника и электроника: Метод. указания для студентов всех специальностей. Ч. 1. – Л.: ЛТИХП, 1992. – 195 с.
Методические указания и методические материалы к самостоятельному изучению электротехники и основ электроники для студентов заочного факультета / Под ред. Барщевского Г.Г. – Л.: ЛТИХП, 1984.
2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА
Цель курса – изучение студентами-заочниками неэлектротехнической специальности основ электротехники и электроники.
В результате изучения дисциплины студенты должны знать:– методы расчета электрических цепей постоянного и переменного
тока;– свойства и работу полупроводниковых и электровакуумных
приборов;– свойства и работу электроизмерительных приборов, электрические
измерения как электрических, так и неэлектрических величин;– принцип действия, устройство, характеристики и свойства
электрических машин;
7
– принцип построения и работу электрических схем автоматического управления и регулирования электроприводом;
– общие вопросы электроснабжения предприятий пищевой промышленности.
Уметь:– разрабатывать технические задания на проектирование
электрической части автоматизированной установки и автоматизации технологического процесса;
– квалифицированно руководить эксплуатацией электрооборудования автоматических установок по своей специальности;
– самостоятельно изучать научно-техническую информацию об электрических установках (заводские описания, патентную литературу, статьи); читать чертежи и схемы и т.д.
Иметь представление о– физических процессах, происходящих в электрических и магнитных
цепях;– назначении и выполнении функций основных узлов современного
автоматизированного оборудования, содержащих электронные, полупроводниковые и электровакуумные приборы и элементы автоматизации;
– основных особенностях, возможностях и взаимодействии электротехнических устройств и систем.
3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КОНТРОЛЬНЫМ РАБОТАМ
Контрольные задания представляют собой расчетно-графические работы по важнейшим разделам программы. Прежде чем приступить к выполнению контрольных заданий, необходимо изучить соответствующие разделы курса, а также разобраться в задачах и примерах их решения, приведенных в рекомендуемом сборнике задач и методических указаниях кафедры.
К контрольным заданиям, присланным на проверку, предъявляются следующие требования:
1. Работа должна быть написана чернилами; в тетради следует оставлять поля шириной не менее 3 см для замечаний рецензента.
2. Схемы и векторные диаграммы надо вычерчивать с помощью чертежных принадлежностей.
3. Условия решаемых задач следует приводить полностью.
8
4. Решения задач сопровождать краткими объяснениями каждого этапа решения и подробными вычислениями.
5. При вычислении какой-либо величины словами указывать, какая величина вычисляется.
6. В процессе решения задач сначала привести формулы, лежащие в основе вычислений, в буквенном выражении, а затем, подставив соответствующие числовые значения, производить вычисления.
7. Указывать единицы измерения всех величин, как заданных в условиях задачи, так и найденных в результате ее решения.
8. При решении задач следует пользоваться единицами системы СИ.9. Все вычисления рекомендуется проводить с помощью КВМ.
Результаты вычислений записывать с точностью до третьей значащей цифры.
10. Графики следует строить на миллиметровой (или клеточной) бумаге. При построении графиков значения аргументов принято откладывать по горизонтальной оси, а значения функции – по вертикальной. Ось абсцисс должна быть примерно равна оси ординат. Вдоль координатных осей наносить масштабные шкалы, деления которых долж-ны быть равномерными от нуля. Числовые значения подписывать против делений шкалы не очень часто, причем они должны быть кратными десяти или дольными от десяти.
11. Если контрольное задание при проверке не зачтено преподавателем, то все исправления должны быть сделаны студентами в той же тетради после подписи рецензента. Не разрешается вновь переделывать всю работу и делать исправления ошибок в первоначальном, проверенном рецензентом, тексте. Исправленную работу студент должен выслать на новую проверку вместе с ранее проверенным текстом и рецензией на него.
12. Контрольные работы по курсу включают 50 вариантов. Вариант определяется двумя последними цифрами шифра студенческого билета. Если две последние цифры шифра более 50, то для определения варианта необходимо вычесть 50. Если предпоследняя цифра шифра – 0, то студент должен выполнить вариант, определяемый последней цифрой своего шифра.
13. Устанавливается следующий объем контрольных работ в зависимости от специальности, по которой обучается студент-заочник:
– для специальностей 170600, 210200, 070200 на 4 курсе контрольная работа № 1 включает задачи 1, 2, 3; контрольная работа № 2 – задачи 5 и 6; контрольная работа № 3 – задачи 7 и 8;
9
– для технологических специальностей на 3 курсе контрольная работа № 1 включает задачи 1, 2, 3; контрольная работа № 2 – задачи 4, 7 и 8.
14. Электрические схемы, соответствующие каждому варианту, выбирать из приложения.
Примеры расчета каждой задачи смотреть в части 2 «Примеры расчета».
10
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
Задача 1
Для электрической схемы, изображенной на рис. 1.1–1.501, по заданным в табл. 1 сопротивлениям и ЭДС: 1) составить систему уравнений, необходимых для определения токов по первому и второму законам Кирхгофа; 2) найти все токи, пользуясь методом контурных токов. Для проверки правильности решения составить баланс мощностей.
Задача 2
Для электрической схемы, изображенной на рис. 2.1–2.10, по заданным в табл. 2 параметрам цепи определить токи во всех ветвях. Составить баланс активных и реактивных мощностей, а также определить активную мощность, показываемую ваттметром. Для проверки правильности решения построить векторную диаграмму токов на комплексной плоскости.
Задача 3
Для электрической схемы, изображенной на рис. 3.1–3.17, по за- данным в табл. 3 параметрам цепи определить линейные и фазные токи, ток в нейтральном проводе (для 4-проводной схемы), активную и реактивную мощность каждой фазы и всей цепи.
1 Здесь и далее при нумерации рисунков использована двойная нумерация: первая цифра соответствует номеру задачи, к которой относится рисунок, вторая –порядковому номеру рисунка.
Для определения параметров катушки использован метод амперметра, вольтметра и ваттметра ( рис. 4.1).
Амперметр: класс точности Ка, предел измерения Ika. Вольтметр: класс точности Кv, предел измерений Ukv.Ваттметр: класс точности Кw, пределы измерения по напряжению Ukw
и по току Ikw. Показания приборов I, U, P. Данные для расчета приведены в табл. 4.
Определить: расчетные значения активного сопротивления R, полного
сопротивления Z и коэффициента мощности сos катушки без учета влияния сопротивлений приборов;
погрешности косвенного измерения сопротивления R, Z и сos ; действительные значения R, Z и сos
Таблица 4
Данные для расчетаВари- Амперметр Вольтметр Ваттметр
Произвести расчет основных характеристик однофазного трансформатора на максимальный кпд при коэффициенте нагрузки Кнг = 0,7, при заданной конфигурации магнитопровода и типе электротехни- ческой стали. Первичное напряжение U1, частота f = 50 Гц. Кривые намагничивания стали, приведены на рисунке, а величина мощности удельных потерь в табл. 5.1.
Коэффициент заполнения пакета стали Кс = 0,2, удельный вес стали yст = 7,8 103
кг/м3 .Допустимая величина тока холостого хода I10 = (0,05 – 0,1) I1н. Эта
величина определяется выбором рабочей точки на кривой намагничивания стали вблизи точки перегиба.
Определить:1) номинальные токи в обмотках трансформатора;2) ток холостого хода;3) напряженность магнитного поля в сердечнике;4) коэффициент трансформации и число витков вторичной обмотки
трансформатора;5) активное сечение магнитопровода и площадь поперечного сечения;6) объем и массу стали сердечника и мощность потерь в стали;7) номинальные потери в меди обмоток, с учетом того, что расчет
ведется на максимальный кпд трансформатора при коэффициенте загрузки Кнг = 0,7.
Построить кривые внешней характеристики U2 = f(Kнг) и зависимости кпд от коэффициента нагрузки = f(Kнг).
Варианты заданий приведены в табл. 5.2.Таблица 5.2
Рассчитать однофазную мостовую схему выпрямителя по следующим исходным данным (рис. 6.1):
Среднее значение выпрямленного напряжения U0, среднее значение выпрямленного тока I0, действующее значение напряжения питающей сети U1, относительное отклонение напряжения сети в сторону повышения и понижения Umax и Umin, частота тока сети f.
Значения исходных данных для различных вариантов приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Вариант U0, В
I0, А
U1, В
Umax Umin F, Гц
1 10 10 220 0,2 0,2 50
2 15 10 100 0,1 0,2 400
3 12 5 220 0,3 0,2 50
4 5 0,5 220 0,1 0,1 50
5 12 15 36 0,3 0,3 400
6 20 20 27 0,2 0,1 50
7 15 10 220 0,1 0,2 400
8 10 1,5 100 0,2 0,2 50
9 15 2,0 220 0,1 0,1 50Продолжение табл. 6.1
22
Вариант U0, В
I0, А
U1, В
Umax Umin F, Гц
10 5 3,0 220 0,2 0,2 50
11 20 10 100 0,3 0,3 400
12 15 5,0 220 0,2 0,2 50
13 10 10 100 0,2 0,2 50
14 30 5,0 220 0,1 0,1 400
15 15 10 100 0,3 0,3 50
16 20 10 220 0,1 0,2 50
17 5 5 220 0,1 0,1 50
18 10 1,0 100 0,2 0,3 400
19 20 15 220 0,1 0,1 50
20 12 0,5 36 0,2 0,2 50
21 15 3,0 220 0,1 0,1 400
22 20 5,0 100 0,3 0,3 50
23 12 10 220 0,2 0,2 50
24 15 5,0 100 0,3 0,3 400
25 20 10 220 0,1 0,1 50
26 10 0,5 27 0,3 0,3 400
27 20 5,0 220 0,2 0,2 50
28 15 10 220 0,1 0,1 50
29 20 10 100 0,3 0,3 400
30 10 0,5 220 0,2 0,2 50
31 15 1,5 100 0,3 0,3 400
32 12 4,0 50 0,1 0,1 50
33 36 10 220 0,2 0,2 400
34 5 5 220 0,3 0,3 50
35 15 3,0 220 0,1 0,3 50
36 20 5,0 100 0,3 0,2 50
37 10 0,5 220 0,1 0,1 400
38 12 3,0 220 0,3 0,3 50
39 15 10 36 0,2 0,1 50
40 20 15 220 0,1 0,3 400
41 15 5,0 100 0,3 0,3 50Окончание табл. 6.2
23
Вариант U0, В
I0, А
U1, В
Umax Umin F, Гц
42 20 10 220 0,1 0,2 50
43 12 0,5 27 0,3 0,3 400
44 15 10 220 0,1 0,1 50
45 24 3,0 220 0,3 0,3 50
46 12 5,0 100 0,1 0,1 50
47 15 10 220 0,3 0,3 400
48 20 15 220 0,2 0,3 50
49 5 1,0 220 0,3 0,3 50
50 10 0,5 100 0,1 0,1 50
Задача 7
Определить мощность, необходимую для привода механизма, работающего в продолжительном режиме с переменной нагрузкой; выбрать двигатель (АД) по каталогу. Произвести проверку выбранного двигателя по перегрузочной способности.
Исходные данные в соответствии с заданным вариантом приведены в табл. 7.1.
Задача посвящена вопросу снижения уровня реактивной мощности в электрических сетях (повышение коэффициента мощности).
К трехфазной линии с линейным напряжением UЛ подключены два трехфазных двигателя с короткозамкнутым ротором, параметры которых и коэффициент загрузки Кнг приведены в табл. 8.1. Для компенсации реактивной мощности Q данной группы двигателей подключается батарея статических конденсаторов С (рис. 8.1).
Определить:1. Величину реактивной мощности каждого АД для данной группы
приемников (Кнг < 1).2. Величину емкости С батареи конденсаторов, включенных в
одну фазу, при условии полной компенсации реактивной мощности для заданной системы загрузки двигателей.
Лабораторные занятия играют важную роль в приобретении практических навыков испытаний электрических машин, исследования электрических схем, измерительных приборов, электронной аппаратуры.
При проведении лабораторных занятий студент обязан детально ознакомиться с испытуемыми машинами, приборами и аппаратами и сделать соответствующие записи в своей тетради.
Обработка лабораторных наблюдений и составление отчетов является основой инженерной деятельности по испытанию различных установок, а также экспериментальной научно-исследовательской работы.
К выполнению лабораторных работ студент-заочник допускается при наличии всех зачтенных контрольных работ.
Перед выполнением лабораторных работ студентам необходимо ознакомиться с правилами по технике безопасности при работе с электроустановками.
При выполнении лабораторных работ на кафедре электротехники студентам будут предоставлены методические руководства по всем перечисленным здесь лабораторным работам.
28
Если лабораторные работы выполняются студентом в другом высшем учебном заведении (по месту жительства), их содержание должно соответствовать определенным темам курса и перечень работ должен быть согласован с кафедрой электротехники СПб ГУНиПТ.
Установлены следующие темы лабораторных работ:1. Исследование электрической цепи переменного однофазного тока с
параллельным и последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений.
2. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников звездой и треугольником.
3. Исследование полупроводниковых выпрямителей и усилителей.4. Испытание однофазного трансформатора.5. Испытание трехфазного асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором.6. Исследование способов повышения коэффициента мощности в
сетях переменного тока.7. Автоматический пуск и управление электрическими двигателями.