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

225 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

35837. Реализация переключательных функций на логических элементах 794.5 KB
  В нашем примере нужен элемент ИЛИ с двумя входами 2 элемента И с двумя входами каждый рисунок 1. Рисунок 1. 3 Конъюнкции образованные одной переменной отсутствуют поэтому данное выражение является исходным для реализации схемы рисунок 2. Рисунок 2 – Реализация ПФ 3.
35838. Эконометрика 771.13 KB
  Модель парной регрессии. Условия нормальной линейной регрессии ГауссаМаркова. Задачу определения парной регрессии можно сформулировать так: по наблюденным значениям одной переменной X нужно оценить или предсказать ожидаемое значение другой переменнойY. В модели линейной регрессии теоретически предполагается существование между переменными X и Y связи след вида: Простейшая регрессионная модель: y = βx U 1 y зависимая объясняемая переменная результирующий признак; х независимая объясняющая переменная...
35839. Менеджмент 783 KB
  Классическая школа организации управления – Школа научного менеджмента – самая первая по времени возникновения школа в теории организации. Теоретики этой школы впервые постулировали что объект управления в организации – человек и только им можно управлять. Рассматривая организацию как единый организм Файоль определил что для любой деловой организации характерно наличие шести видов деятельности или шести функций: техническая деятельность производство: техника технология инженеры коммерческая деятельность закупка сбыт и обмен...
35840. Линейное программирование. Задачи линейного программирования 769.1 KB
  Симплексный метод решения задачи линейного программирования ЛП Симплексный метод СМ – алгебраический метод позволяющий решить задачу ЛП с помощью итераций. Идея СМ – начиная с некоторого исходного опорного решения начальной точки с учетом ограничений осуществляется последовательно направленное перемещение по опорным решениям задачи к оптимальному к точке глобального оптимума угловая точка такая что при перемещении в любую другую точку допустимой области решений значение ЦФ не убывает для задач на mx и не возрастает – на min....
35841. Методы расчета линейных электрических цепей постоянного тока 682 KB
  После нахождения контурных токов токи которые протекают в совместных ветвях находят как разности соответствующих контурных токов Метод узловых потенциалов Ток в любой ветви схемы можно найти по закону Ома для участка цепи содержащей ЭДС. Ток в данной цепи не изменяется если ветвь b включает в себя 2 разные и противоположно направленные ЭДС Ток протекающий через данную цепь можно представить как сумму двух токов где I’ – ток вызванный ЭДС E1 и всеми источниками ЭДС и тока активного двухполюсника; I’’ – ток вызванный одной ЭДС E2 Можно...
35842. Акушерство и общая медицинская теория 586.08 KB
  Особенности вскармливания недоношенных детей в неонатальном периоде и грудном возрасте. Искусственные смеси в питании недоношенных детей. Предупреждение холодового стресса в группе маловесных детей имеет для них жизненное значение. Принципы первичного туалета недоношенного аналогичны таковым у доношенных детей за исключением купания: купать можно только здоровых недоношенных родившихся с массой более 2000 г.
35843. Математические методы анализа экономики 565 KB
  Этот метод называют также методом последовательного улучшения решения плана. Решить задачу методом больших штрафов РЕШЕНИЕ: Для построения первого опорного плана систему неравенств приведем к системе уравнений путем введения дополнительных переменных переход к канонической форме. Из уравнений выражаем искусственную переменную: которую подставим в целевую функцию: Или Базисные переменные –х4 х6 Свободные переменные х1 х2 х3 х5 Полагая что свободные переменные равны 0 получим первый опорный план: X1 = 0008010 Базисное...
35844. Функция полезности: определения свойства 538.06 KB
  Самая распространенная – функция КоббаДугласа: g = fLK = 0 Одна из задач фирмы заключается в определении количества продукции и в расчете необходимых для ее выпуска затрат с учетом технологической связи между ними и заданными ценами на затраты и продукцию. Модель фирмы в условиях совершенной конкуренции. Неоклассическая теория фирмы построена на предположении что цель фирмы заключается в максимизации прибыли путем выбора вида затрат при заданной ПФ и заданных ценах на продукцию и затраты. Модель фирмы в условиях олигополии.