2208

Задачи по электротехнике и электронике

Контрольная

Энергетика

Структурные схемы электронного усилителя электронного генератора. Составление схемы двухполупериодного выпрямителя. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором.

Русский

2014-09-21

218.93 KB

268 чел.

СОДЕРЖАНИЕ

ЗадаЧА 1 3

Задача 2 5

Задача 3 7

Задача 4 8

Задача 5 10

Задача 6 12

Список литературы 16

ЗадаЧА 1

Цепь постоянного тока содержит резисторы, соединенные смешанно. Схема цепи с указанием резисторов приведена на рис.1. Всюду индекс тока или напряжения совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток или на котором действует это напряжение. Например, через резистор R3 проходит ток I3 и на нем действует напряжение U3.

Дано:

I2 = 3,75 А, R1 = 2 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 12 Ом, R4 = 3 Ом, R5 = 6 Ом.

Определить I5, мощность, потребляемую всей цепью, и расход электрической энергии цепью за 8 часов работы.

Рис.1.

Решение.

Преобразуем схему к эквивалентному виду (рис.2).

Сопротивления R2 || R3 соединены параллельно:

Напряжение на элементе R3:

U2 = I2 R2 = 3,75*4 = 15 В.

На элементе R2 такое же напряжение:

U3 = U2 = 15 В.

Ток в ветви 2 равен:

I3 = U3 / R3 = 15 / 12 = 1,25 А.

По первому закону Кирхгофа:

I4 =  I3 + I2 = 1,25 + 3,75 = 5 А.

Напряжение на элементе R4:

U4 = I4 R4 = 5*3 = 15 В.

Напряжение между точками C и D:

UCD = U4 + U2 = 15 + 15 = 30 В.

Сопротивления R23 + R4 соединены последовательно:

R234 = R23 + R4 = 3 + 3 = 6 Ом.

Напряжение в ветви 5:

UCD = U5 = I4 R234 = 5*6 = 30 В.

Ток в ветви 5 равен:

I5 = U5 / R5 = 30 / 6 = 5 А.

По первому закону Кирхгофа:

I1 = I4 + I5 = 5 + 5 = 10 А.

Напряжение на элементе 1:

U1 = R1 I1 = 2*10 = 20 В.

Напряжение на зажимах А и В:

UAB = U1 + U5 = 20 + 30 = 50 В.

Мощность, потребляемая всей цепью:

P = UAB I1 = 50 · 10 = 500 Вт.

Расход электрической энергии цепью за 8 часов работы:

W8ч. = Р · t = 500 · 8 = 4000 Вт·ч = 4 кВт·ч.

Задача 2

Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, ёмкости), включенные последовательно. Схема цепи приведена на соответствующем рис.2.

Начертить схему цепи и определить следующие величины, относящиеся к данной цепи, если они не заданы в таблице:

  1. Полное сопротивление Z;
  2. Напряжение U, приложенное к цепи;
  3. Ток I;
  4. Угол сдвига φ (по величине и знаку);
  5. Активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи.

Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить характер изменения (увеличится, уменьшится, останется без изменений) тока, активной, реактивной мощности при увеличении частоты тока в 2 раза. Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным.

Рис.2

Дано: R1 = 3 Ом; XC1 = 2 Ом; XC2 = 2 Ом.

Ток в цепи:

I = 4 А.

Полное сопротивление цепи

Напряжение источника:

U = I·Z = 4·5 = 20 В.

Полная мощность:

S = U I = 20*4 = 80 ВА.

Активная и реактивная мощность цепи:

Р = I2 R1 = 42 · 3 = 48 Вт;

Q = P tgφ = 48 · (-1,33) = 64 Вар,

где  tgφ = (– XС1 XC2) / R1 = (-2-2) / 3 = -1,33  → φ = -53о.

Построим векторную диаграмму (mU = 0,25 В/мм) (рис.3):

UR1 = I R1 = 4*3 = 12 В.

UС1 = I ХС1 = 4*2 = 8 В.

UС2 = I XC2 = 4*2 = 8 В.

Рис.3

При увеличении частоты питающей сети f  в 2 раза уменьшатся значения емкостных сопротивлений в 2 раза, т.к. XC = 1 / (wC) = 1 / (2πfC). При неизменном напряжении ток при этом увеличится, активная, реактивная и полная мощности – увеличатся (см. формулы).

Задача 3

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором установлен для привода ленточного конвейера. Двигатель потребляет активную мощность Р1 = 20,4 кВт. Номинальное напряжение сети Uном. Номинальный ток Iном = 38,8 А. Полезная мощность на валу Рном2, суммарные потери мощности ΣР; КПД ηном = 0,85; коэффициент мощности cosφном = 0,8; частота вращения магнитного поля ротора nном2 = 730 об/мин; номинальное скольжение S = 2,67%, номинальный момент Мном; частота тока в сети f1 = 50 Гц.

Решение.

Определяем полезную мощность:

Определим потери мощности:

кВт.

Определим напряжение:

Определим момент:

Н*м.

Определим частоту n1:

n1 = n2 / (1 – SН) = 730 / (1 – 0,0267) = 750 об/мин.

Определим частоту тока в роторе f2:

f2 = f1 SH = 50 · 0,0267 = 1,335 Гц.

Как изменится при увеличении нагрузки на валу двигателя частота вращения ротора n2?

Частота вращения ротора будет изменяться при изменении нагрузки на валу. Отсюда появилось название двигателя – асинхронный (несинхронный). При увеличении нагрузки на валу двигатель должен развивать больший вращающий момент, а это происходит при снижении частоты вращения ротора.

Задача 4

К трехфазному трансформатору с номинальной мощностью Sном = 160 кВА и номинальными напряжениями первичной Uном1 = 6 кВ и вторичной Uном2 = 0,4 кВ обмоток присоединена активная нагрузка Р2 = 140кВт при коэффициенте мощности cosφ2 = 1. Потери в трансформаторе: Рст = 0,51 кВт; Рон = 3,1кВт.

Определить:

1) номинальные токи в обмотках Iном1 и Iном2;

2) коэффициент нагрузки трансформатора КН 

3) токи в обмотках I1 и I2 при фактической нагрузке;

3) суммарные потери мощности ΣР при номинальной нагрузке;

4) КПД при фактической нагрузке.

Решение.

1) Полная мощность трехфазного трансформатора определяется соотношением

Поэтому отсюда можно найти токи при номинальной нагрузке:

А.

А.

2) Полная мощность нагрузки:

кВА.

Коэффициент нагрузки трансформатора КН:

.

3) Аналогично п.1 можно найти токи при фактической нагрузке:

А.

А.

4) Суммарные потери мощности при номинальной нагрузке складываются из потерь в магнитопроводе (постоянных) и потерь в обмотках, зависящие от тока нагрузки, т.е. Рх и Рк. Эти величины определяются каталожными данными трансформатора мощностью 100 кВА (по условию они даны). Таким образом,

Рх = 0,51 кВт;   Рк = 3,1 кВт.

ΣР = Рх + Рк = 0,51 + 3,1 = 3,61 кВт.

5) КПД трансформатора при фактической нагрузке:

,

где β = КН – коэффициент нагрузки трансформатора.

  или    η = 98,3%.

Задача 5

Составить схему двухполупериодного выпрямителя, используя стандартные диоды типа Д242Б. Параметры диода: Iдоп = 5 А; Uобр = 100 В.

Мощность потребителя Pd = 180 Вт при напряжении питания Ud = 30 В.

Определяем ток потребителя:

Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящую часть периода для двухполупериодной схемы:

Для двухполупериодной схемы диоды должны удовлетворять по параметрам условию по допустимому прямому току Iдоп и обратному напряжению Uобр:

                 Оба условия выполняются.

Схема выпрямителя на диодах типа Д242Б представлена на рис.2.

Двухполупериодное выпрямление в схеме достигается выполнением трансформатора с двумя вторичными обмотками. Обмотки соединены последовательно и имеют общую нулевую (среднюю) точку. Свободные концы вторичных обмоток трансформатора присоединены к анодам вентилей Д1 и Д2, а связанные между собой катоды вентилей образуют положительный полюс выпрямителя. Отрицательным полюсом выпрямителя является общая (нулевая) точка соединения вторичных обмоток. Таким образом трансформатор служит в этой схеме как для согласования величины питающего напряжения и напряжения на нагрузке, так и для создания средней (нулевой) точки. Очевидно, что напряжения на выводах вторичных обмотках трансформатора u1 и u2 (или ЭДС е1 и е2) одинаковы по величине и сдвинуты относительно нулевой точки на 180°, т.е. находятся в противофазе.

Рис.2 Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя

Рис.3 Временные диаграммы однофазного выпрямителя с нулевым выводом при активной нагрузке

В каждый момент времени проводит ток тот диод, потенциал анода которого положителен. Поэтому на интервале 0 – π открыт диод Д1 и к сопротивлению нагрузки Rн (Rd) приложено фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора ud = u2-1. Диод Д2 в интервале 0 – π закрыт, так как к нему приложено отрицательное напряжение. В конце интервала напряжения и токи в схеме равны нулю. На следующем интервале работы схемы π - 2π напряжения на первичной и вторичной обмотках изменяют свою полярность на обратную, поэтому диод Д2 будет открыт, а диод Д1 – закрыт. Далее процессы в схеме выпрямления повторяются. Кривая выпрямленного напряжения ud состоит из однополярных полуволн фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Форма тока нагрузки при чисто активной нагрузке повторяет форму напряжения. Диоды Д1 и Д2 проводят ток поочередно в течение полупериода.

Задача 6

Начертите структурные схемы электронного усилителя электронного генератора, дайте им характеристику.

Электронный усилитель – приспособление для увеличивания силы или амплитуды сигнала. Он делает это путем принятия силу от источник питания (электронного генератора) и контролирует выход для того чтобы сопрягать форму входного сигнала, но с более большой амплитудой. В этом аспекте усилитель может быть рассмотрен как модуляция выхода источника питания.

Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями

В большинстве усилителей кроме прямых присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики.

Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного сигнала.

Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.

Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

УНЧ с обратной связью. Типичная схема

По схемному построению усилители могут быть одно- и многокаскадными. Число каскадов определяется требованиями, предъявляемыми к усилителям. Структурная схема усилителя (рис.) состоит из входного и выходного устройств, предварительного и мощного усилителей, нагрузки и источника электропитания.

Рис. Структурная схема усилителя

Входное устройство Вх.У служит для передачи сигнала от источника ИС во входную цепь первого усилительного элемента, обеспечивая согласование сопротивлений и уровней сигнала, симметрирование цепей, разделение цепей постоянной составляющей источника сигнала и входной цепи усилительного элемента. Входное устрой-ство в виде симметрирующего трансформатора (рис. а) превращает несимметричную входную цепь усилителя в симметричную, а в виде резистора с разделительным конденсатором (рис. б) обеспечивает разделение постоянной составляющей тока или напряжения в выходной цепи источника сигнала и во входной цепи усилительного элемента. Резистор с регулируемым сопротивлением, (рис. в) осуществляет регулировку уровня подводимого сигнала.

Предварительный усилитель ПУ, одно- или многокаскадный (см. рис. а-в), обеспечивает усиление напряжения, тока или мощности сигнала до значения, необходимого для нормальной работы мощного усилителя.

Усилители служат для  изменения масштаба измеряемой величины, согласования входа прибора с объектом измерения, а также  отдельных узлов прибора между собой.

Устройство усилителя и приемы его проектирования зависят от диапазона частот усиливаемого сигнала. По  этому признаку различают усилители постоянного тока и усилители переменного тока.

Усилители постоянного тока (УПТ)- это усилители полоса пропускания которых не ограничена снизу.

По принципу действия УПТ подразделяются на:

- УПТ с преобразованием спектра сигнала (рисунок);

- УПТ без преобразования.

Структурная схема УПТ с преобразованием спектра

Условные обозначения:

М – модулятор;

УМС – усилитель модулированного сигнала;

ДМ – демодулятор;

ИОН – источник опорного напряжения;

Ф – фильтр;

ОС – цепь обратной связи.

  

Фильтр служит для подавления гармоник несущей частоты на выходе демодулятора (ФНЧ).

Преимущество усилителей с преобразованием спектра перед усилителями без преобразования – меньшее значение дрейфа нулевого уровня.

Недостаток – принципиальное ограничение полосы пропускания усилителя сверху.

Операционный усилитель (ОУ) – усилитель электрических сигналов, изготовленный в виде интегральной микросхемы с непосредственными связями (УПТ) и предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми  сигналами при работе в цепях с ООС.

По способу включения операционные усилители подразделяются на инвертирующие и неинвертирующие.

В инвертирующем усилителе используется параллельная обратная связь, а в неинвертирующем  последовательная обратная связь по напряжению.

Усилитель называется инвертирующим, так как выходное напряжение  противофазно (инверсно) по отношению к входному.

Схемы включения  ОУ

Условные обозначения:

а - инвертирующий усилитель;

б - неинвертирующий усилитель.

Список литературы

  1. Данилов Н.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. «В.Ш.», 1989г.
  2. Попов B.C., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. «В.Ш.», 1977г.
  3. Гусев Н.Г., Березин Т.Ф., Масленников В.В. Задачи по общей электротехника с основами электроники. М., «В.Ш.», 1983г.
  4. Основы промышленной электроники (под ред. В.Г. Герасимова). М., «В.Ш.», 1986г.
  5. Стрыгин В.В., Царев Л.С. Основы вычислительной и микропроцессорной техники программирования. М., «В.Ш.», 1989г.
  6. Киричева М.М. Основы вычислительной техники. М., «Недра», 1983г.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81122. «Півник і двоє мишенят» (Українська народна казка) 51 KB
  Мета: учити учнів глибоко відчувати казку, її добрих героїв, засуджувати хитрість, ледарство, боротися з ними у повсякденному житті; розвивати вміння читати за особами, переказувати; виховувати бажання допомагати іншим, рости працелюбними. Обладнання: ілюстрації до казки, мультфільм «Колосок».
81123. У царстві рослин 44.5 KB
  Мета: ознайомити учнів із розмаїттям рослин; формувати поняття дерева кущі трав’янисті рослини; вчити визначати плоди дерев; розвивати у дітей активне спостереження; виховувати любов до природи бажання охороняти і примножувати її красу.
81124. Погода в рідному краї в різні пори року. Предбачення погоди за народними прикметами 51.5 KB
  Мета: продовжувати формувати поняття Твій рідний край; сформувати поняття про погоду в рідному краї; ознайомити учнів із процесом утворення вітру; збагатити уявлення дітей про опади; наголосити на значенні прогнозу погоди для людини; розвивати пізнавальний інтерес, спостережливість...
81125. Лялька мотанка «Дзвіночок» 39 KB
  Обладнання: Шматки тканини круглої форми і різного розміру (одна менше другої), резинки для скручування, газета,шматок тканини білого кольору прямокутної форми, шматок тканини трикутної форми різного кольору. Ляльки для демонстрації: обрядові – 3 штуки, інші – 4 штуки.
81126. Шов «вперед голку», його призначення, прийоми виконання. Оброблення швом серветки 43 KB
  Мета: навчити виконувати шов вперед голку та оздоблювати ним виріб з тканини розвивати увагу мислення виховувати естетичні смаки культуру праці любов до матері націлювати шанобливе ставлення до професії вишивальниці та швачки. Чи хочете ви так навчитись шити і вишивати?
81127. Українська хата. Обереги 73 KB
  Мета: навчити розрізняти давню українську хату від будинків сьогодення; розширити і поглибити знання дітей про особливості українського інтерєру значення оберегів; розвивати мовленнєві уміння збагачувати словниковий запас засвоїти назви предметів українського побуту...
81128. Безопасное поведение дома. Пользование бытовой техникой. Причины возникновения пожаров, аварий. Осторожное отношение к лекарствам 61 KB
  Цель: обобщить и систематизировать знания детей о поведении в чрезвычайных ситуациях; научить учащихся действовать в экстремальных ситуациях; работать с памятками безопасного обращения с огнем, электроприборами, лекарствами, газом, поведения в ситуации «Один дома»...
81129. Человеческие добродетели. Добро начинается с тебя 43 KB
  Цель: продолжить знакомить учащихся с человеческими добродетелями; учить характеризовать действия и явления как проявление добра и зла; раскрыть моральное содержание доброты; воспитывать чувство доброты сопереживания щедрости.
81130. Зима щедра святами 49 KB
  Бесіда Які свята ми святкуємо взимку Якого свята чекаєте з нетерпінням Чому Вірш учень 1 Хоч рік Новий іще не близько Хоч холодно надворі й слизько Та до нас вже скоро Миколай прийде до школиІ принесе усім гостинці Та подарунки у торбинці. Бесіда Яке свято приходить у кожен дім разом з ялинкою?