Контрольная работа по дисциплине «Электротехника и электроника» для специальности 21.02.01 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 21.02.02 «Бурение нефтяных и газовых скважин» для студентов заочного отделения (стр. 2 )

Вдоль вектора тока откладываем векторы падений напряжения на активных сопротивлениях :

Из конца вектора откладываем в сторону опережения вектора тока на 90 вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении длиной Из конца вектора откладываем в сторону отставания от вектора на 90 вектор падения напряжения на конденсаторе длиной. Геометрическая сумма векторов ,, равна полному напряжению U, приложенному к цепи.

К задаче 3

Катушка с активным сопротивлением и индуктивным

соединена параллельно с конденсатором, емкостное сопротивление которого (рисунок 4а). Определите: 1) токи в ветвях и в неразветвленной части цепи; 2) активные и реактивные мощности ветвей и всей цепи; 3) полную мощность цепи; 4) углы сдвига фаз между током и напряжением в каждой ветви и во всей цепи. Начертите в масштабе векторную диаграмму цепи. К цепи приложено напряжение U=100 В.

( рисунок 4)

Решение:

1.  Определяем токи в ветвях:

2.  Углы сдвига фаз в ветвях находим по синусам углов во избежание потери знака угла :

Так как

=0,6;

3.  активные и реактивные составляющие токов в ветвях:

4.  Определяем ток в неразветвленной части цепи:

I=

5.  Определяем коэффициент мощности всей цепи:

6.  Определяем активные и реактивные мощности ветвей и всей цепи:

=800-1000=-200 ВАр;

Обратите внимание, что реактивная мощность ветви с емкостью отрицательная, так как

7.  Определяем полную мощность цепи:

Ток в неразветвленной части цепи можно определить значительно проще, без разложения токов на составляющие, зная полную мощность цепи и напряжение:

I=S/U=633/100= 6,33 A

8.  Для построения векторной диаграммы задаемся масштабом по току:

в 1 см – 2,5 A и масштабом по напряжению: в 1 см – 25 В. Построение начинаем с вектора напряжения U (рисунок 4б). Под углом к нему (в сторону опережения ) – вектор тока . Геометрическая сумма этих токов равна току в неразветвленной цепи. На диаграмме показаны также проекции векторов токов на вектор напряжения (активная составляющая ) и вектор, перпендикулярный ему (реактивные составляющие и ). При отсутствии конденсатора, реактивная мощность первой ветви не компенсировалась бы, и ток в цепи увеличился бы до I==10A.

К задаче 4.

Трехфазный асинхронный двигатель работает от сети напряжением 660 В при соединении обмоток статора звездой. При номинальной нагрузке он потребляет из сети мощность Р1 = 16,7 кВт при коэффициенте мощности cosφ = 0,87. Частота вращения nном = 1470 об/мин. Требуется определить КПД двигателя, если магнитные потери Pм = 265 Вт, а механические потери Рмех = 123 Вт. Активное сопротивление фазы обмотки статора r1.20 = 0,8 Ом, а класс нагревостойкости изоляции двигателя F (рабочая температура Qраб = 115°С)

Решение. Ток в фазе обмотки статора.

I1ном=Р1103/m1U1cosφ, = 16,7 · 103/3∙380∙0,87 = 16,8 А.

где U1 = 660/=380 В.

Сопротивление фазы обмотки статора, пересчитанное на рабочую температуру Qраб = 115°С

r1 = r120 [(1 + α(Qраб -20)] =0,8[1 + 0,004(115-20)] = 1,1 Ом. Электрические потери в обмотке статора.

Рэ1 = m1I21номr1=3 · 16,82 · 1,1=931Вт.

Электромагнитная мощность двигателя.

Рэм = Р1 - (Рм + Рэ1) = 16700 - (265 + 931) = 15504 Вт.

Номинальное скольжение Sном = (n1 - nком)/n1 = (1500 - 1470)/1500 = 0,02. Электрические потери в обмотке ротора.

РЭ2 = SномРэм = 0,02 · 15504 = 310 Вт.

Добавочные потери.

Pдоб = 0,005Р1= 0,005∙16700 = 83 Вт.

Суммарные потери.

∑P = Рм+ Рэ1 + Рэ2 + Рмех + Рдоб= 265 + 931 + 310 + 123 + 83=1712 Вт.

КПД двигателя в номинальном режиме.

nном = 1 - ∑P /Р1 = 1 - 1712/16700 = 0,898, или 89,8 %.

Р2=Р1-∑P=16700-1712=14988Вт

К задаче 5

5.1 Для транзистора, включенного по схеме с общими с эмиттером, определите коэффициент усиления h21э, по его входной характеристике (рисунок 52) и выходным характеристикам (рисунок 53), если Uбэ=0,4 В; Uкэ=25В. Подсчитайте также коэффициент передачи по току h216 и мощность Рк на коллекторе.

Решение:
1. По входной характеристике определяем при Uбэ= 0,4 В ток базы: Iб= 500 мкА.
2. По выходным характеристикам для Uкэ= 25 В и Iб= 500 мкА определяем ток коллектора: Iк = 36 мА
3. На выходных характеристиках строим отрезок АВ, из которого находим:

∆ Iк = АВ = Iк1- Iк2 = 36 - 28= 8 мА;
∆ Iб = АВ = Iб1- Iб2 = 500 - 400 = 100мкА = 0,1 мА

4. Определяем коэффициент усиления:

h21э = ∆ Iк / ∆ Iб = 8/0.1 = 80

5. Определяем коэффициент передачи по току:

h21б = h21э /( h21э+1) = 80/(80+1) = 0.98

6. Определяем мощность на коллекторе:

Pк=Uкэ Iк = 25∙36 = 900мВт = 0,9 Вт

5.2 Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, найдите ток базы Iб, ток коллектора Iк и напряжения на коллекторе Uкэ, если напряжение Uбэ = 0,3 В; напряжение питания Ек = 20 В; сопротивление нагрузки в цепи коллектора Rк = 0,8 кОм.
Входная и выходные характеристики транзистора приведены на рисунках 54 и 55.
Перед решением в этой задачи приведем некоторые пояснения. Для коллекторной цепи усилительного каскада в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно написать уравнение:

Ек = Uкэ +Iк Rк,

т. е сумма напряжений на резисторе Rк и коллекторного напряжение Uкэ всегда равна Ек – ЭДС источника питания.
Расчет такой нелинейной цепи, т. е определение Iк и Uкэ для различных значений токов базы Iб и сопротивления резистора Rк можно произвести графически. Для этого на семействе выходных характеристик необходимо провести из точки Ек на оси абсцисс вольтамперную характеристику резистора Rк, удовлетворяющую уравнению:

Uкэ = Ек- Iк Rк

Эту характеристику удобно строить по двум точкам: Uкэ = Ек при Iк = 0 на оси абсцисс и
Iк= Ек/ Rк при Uкэ = 0 на оси ординат.
Построенную таким образом вольтамперную характеристику коллекторного резистора Rк называют линией нагрузки. Точки ее пересечения с коллекторными выходными характеристиками дают графическое решение уравнения для данного резистора Rк и различных значений тока базы Iб.

Решение:
1. Откладываем на оси абсцисс точку Uкэ = Ек = 20 В, а на оси ординат – точку, соответствующую Iк= Ек/ Rк = 20/800 = 0,025 А= 25 мА. Здесь Rк = 0,8 кОм =800 Ом.
2.Соединяем эти точки прямой и получаем линию нагрузки.
3. Находим на входной характеристике для Uбэ = 0,3 В ток базы Iб = 250 мкА
4. Находим на выходных характеристиках точку А при пересечении линии нагрузки
с характеристикой, соответствующей Iб = 250 мкА
5. Определяем для точки А ток коллектора Iк = 17 мА и напряжение Uкэ= 7 В