Указания по выполнению тестовых заданий

Тест среди различных методов проверки знаний позволяет более объективно выявить уровень усвоения, он позволяет наиболее полно охватить проверкой учебный материал, определить причину недостатков в знаниях обучающихся.

 

Цель тестирования: контроль качества усвоения основных вопросов по дисциплине «Электротехника и электроника».

 

Задачи тестирования:

· Обеспечить усвоение основных понятий и законов электрической цепи

· Объяснить получение расчётных эквивалентных схем для электрических цепей различных электротехнических устройств, раскрыть назначение отдельных элементов электрических цепей

· Развить умение проводить анализ электрической цепи, выбирать наиболее рациональный метод расчёта, отличать простую электрическую цепь от сложной, понимать причины возникновения переходных процессов в электрических цепях, применять методы, законы для расчёта параметров электрических цепей, измерять их и обрабатывать результаты измерений, предвидеть результаты своих действий, представлять реальные диапазоны изменения характеристик электрической цепи

· Способствовать воспитанию ответственного и компетентного отношения к труду, воспитывать аккуратность и дисциплинированность.

 

Инструкция к тестовым заданиям:

Вашему вниманию представляется тестовые задания для проведения тестирования по дисциплине «Электротехника и электроника».

Тест состоит из 20 заданий. Время тестирования 40 мин.

Вы должны выполнить предложенные тестовые задания и внести ответы в таблицу, только один ответ является верным.

Критерии оценки работы

Оценка	Число баллов, необходимое для получения оценки
«3» (удовлетворительно)	8 – 11 баллов
«4» (хорошо)	12 – 15 баллов
«5» (отлично)	16 – 20 баллов

Контрольная работа №1

Задача№1

Изучить типовую задачу

Цепь содержит пять конденсаторов, соединенных смешено. Схема цепи указана ниже, величины конденсаторов сведены в таблицу и выражены числом или математическим выражением, которое необходимо выполнить.

Определить энергию электрического поля на участке А – Б для всех вариантов. Проанализировать результаты, отметить достоинства и недостатки.

Решение:

1. При последовательном соединении на участке С1 - С2:

1/С₁₂ = 1/С₁ + 1/С₂ = 1/3 +1/4 = (3+4)/3*4 = 7/12

С₁₂ ~ 1,7 мкф

2. При последовательном соединении на участке С4 – С5:

1/С₄₅ = 1/С₄ + 1/С₅ = 1/6 +1/5 = (6+5)/6*5 =11/30

С₄₅ ~ 3 мкф

3. При параллельном соединении на участке А – Б:

С_АБ = С₁₂ + С3 + С₄₅ = 1,7 + 3 +5 = 9,7 мкф

 

4. Энергия электрического поля на участке А – Б:

W_Э = С_АБ* U_АБ²/ 2= 9,7*40²/2 = 7760 Дж

Ответ: W_Э = 7760 Дж.

Решить и оформить задачу по вариантам

Заполнить таблицу в соответствии с результатами расчетов. Построить график зависимости. Подтвердить анализ математическими доказательствами.

Вариант	С1	С2	С3	С4	С5	UАБ	WЭ
Типовая задача	3мкф	4мкф	5мкф	6мкф	5мкф	40В	?
Вариант 1	5мкф	2 С1	2 С2	10мкф	С2-2 мкф	40В	?
Вариант 2	6мкф	1/2 С1	1/3С1	9мкф	С2+2мкф	50В	?
Вариант 3	7мкф	2 С1	С1	8мкф	С2-4 мкф	60В	?
Вариант 4	8мкф	1/2 С1	С1	7мкф	С2+4мкф	70В	?
Вариант 5	9мкф	2 С1	1/3С1	6мкф	С2-5 мкф	80В	?
Вариант 6	10мкф	1/2 С1	1/5С1	5мкф	С2+5мкф	90В	?
Вариант 7	5мкф	2 С1	2 С2	10мкф	С2-2 мкф	40В	?
Вариант 8	6мкф	1/2 С1	1/3С1	9мкф	С2+2мкф	50В	?
Вариант 9	7мкф	2 С1	С1	8мкф	С2-4 мкф	60В	?
Вариант 10	8мкф	1/2 С1	С1	7мкф	С2+4мкф	70В	?

Задача №2

Изучить типовую задачу

Для магнитной цепи, приведенной на рисунке, заданы размеры цепи в сантиметрах, материал сердечника, число витков обмоток и магнитный поток Ф = 1,5*10^-3Вб. Вертикальные стержни 1, 2 изготовлены из литой стали, горизонтальные ярма 3, 4 – из чугуна. Обе обмотки соединены последовательно и встречно. Определить силу тока в обмотках, абсолютную магнитную проницаемость на участке, где расположена обмотка W1, потокосцепление и индуктивность этой обмотки.

 

 

Решение

1. Из чертежа определяем сечение сердечника на каждом участке и длину средней магнитной линии:

S1 = S2 = 4*5 = 20 см2 = 20*10-4 м2;

S3 =S4 = 6*5 = 30 см2 = 30*10-4 м2;

Lср1 = Lср2 = 26 см = 0, 26 м (пренебрегая 10);

Lср3 = Lср4 = 22+4/2+4/2+6/2+6/2 = 32 см = 0, 32 м.

 

2. Магнитная индукция на каждом участке:

B1= B2= B0*= Φ/ S1= 1,5*10-3 /20*10-4 =0,75Тл;

B3= B4= Φ/ S2= 1,5*10-3/30*10-4 =0,5Тл;

 

3. По таблице, зная магнитную индукцию, определяем напряженность магнитного поля на ферромагнитных участках:

H1=H2=632 А/м; Н3=Н4=2200 А/м

Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре:

Н₀=0,8*10⁶*В₀=0,8*10⁶*0,75=0,6*10⁶ А/м.

4. Закон полного тока для магнитной цепи, учитывая встречное включение обмоток,

IW₁- IW₂ = H₁L_cp1 + H₂L_cp2 + H₃L_cp3 + H₄L_cp4 + H₀L₀, или

I*1000-I*400=632*0, 26+632*0,26+2200*0,32+2200*0,32+0,6*10⁶*0,05*10^-2;

Откуда сила тока в обмотках I =10,9 A.

5. Абсолютная магнитная проницаемость на 1 участке:

µ_a1=B₁/H₁=0,75/632=0,0012Гн/м.

6. Магнитная проницаемость на 1 участке:

µ₁₌ µ_a1/ µ₀=0,0012/4π*10^-7=956.

7. Потокосцепление первой обмотки:

Ψ₁=Φ W₁=1,5*10^-3*1000=1,5Вб.

8. Индуктивность первой обмотки:

L₁= Ψ/I=1,5/10,9=0,138Гн

Решить задачу по вариантам

Вариант
W1, вит
W2, вит
Задание: рассчитать силу тока в обмотках, абсолютную магнитную проницаемость на участке, где расположена обмотка W1, потокосцепление и индуктивность этой обмотки, если материал сердечника - Электромеханическая сталь марки Э42.

Индукция (В)	Напряженность магнитного поля, А/м
Тл	Гс	Электромеханическая сталь марки	Литая сталь	Чугун
Э11	Э42
0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8				- -	- - -

Задача №3

Изучить типовую задачу

Измерения не дают возможности получить абсолютно точные результаты. Ошибки (погрешности), возникающие при измерениях, объясняются несовершенством методов измерения, измерительных приборов, условиями опыта. Для исключения случайных ошибок и повышения степени точности необходимо производить всегда несколько измерений (минимум три), а затем найти среднее арифметическое.

 

1. Среднее значение измеряемой величины равно отношению суммы всех измеряемых величин к числу этих измерений.

 

2. Абсолютная погрешность равна разности между средним значением измеряемой величины и самой измеряемой величины.

 

 

3. Среднее значение абсолютной погрешности равно отношению суммы модулей абсолютных погрешностей к числу измерений.

 

4. Относительная погрешность измеряемой величины равна отношению среднего значения абсолютной погрешности к среднему значению измеряемой величины, выраженная в процентах.

 

 

5. Истинное значение измеряемой величины, записывают в следующем виде:

 

ε = … %

Необходимо измерить ток силой 4мА. Имеются два миллиамперметра: первый – 6-го класса точности (1,0%) с верхним измерением 20 мА, второй – 8-го класса точности (2.5%)с верхним пределом 5мА. Определить, какой прибор измерит ток с меньшей абсолютной и относительной погрешностью.

 

1. Действительную относительную погрешность обоих приборов определяем:

Ƴ_Д1 = Ƴ_Пр1 * I_Н1 / I =1,0% *20 мА/4мА = 5%;

Ƴ_Д2 = Ƴ_Пр2 * I_Н2 / I =2,5% *5 мА/4мА = 3,125%.

 

Хотя класс точности второго прибора ниже, но стрелка прибора при измерении будет находится в 4-й четверти шкалы, в то время как стрелка первого прибора будет находится в 1-й четверти шкалы, хотя класс точности выше.

 

 

2.Определяем абсолютную погрешность измерения первым и вторым прибором:

 

∆₁₌Ƴ_д1*I/100%=5%*4мА/100%=0,2мА;

∆₂₌Ƴ_д2*I/100%=3,125%*4мА/100%=0,125 мА.

 

Ответ:второй миллиамперметр измерит силу тока 4 мА с меньшей абсолютной и относительной погрешностями.

Решить задачу по вариантам

Вариант
I, мА
ƳД1, %	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
ƳД2, %	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
∆1, мА	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
∆2, мА	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?

 

Контрольная работа №2

Задача №1

Изучить типовую задачу

Цепь постоянного тока содержит шесть резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи и величины указаны на рисунке.

Определить эквивалентные сопротивления цепи относительно вводов АВ и ток в каждом резисторе. Пояснить, с помощью логических рассуждений, характер изменения электрической величины, если один из резисторов замкнуть накоротко или выключить из схемы. Если, логические рассуждения не позволяют сделать заключения о характере изменения данной величины, можно выполнить расчёт в измененной схеме и дать ответ на вопрос. Напряжение на вводах АВ(UАВ) принимаем неизвестным.

I₃=2 А; R₁=8 Ом; R₂=6 Ом; R₃=10 Ом; R₄=6 Ом; R₅=5 Ом; R₆=10 Ом.

Резистор R₃ замыкается накоротко. Рассмотреть изменения тока I₁.

Решение:

1. Находим эквивалентное сопротивление цепи:

Эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов R5 и R6:

Эквивалентное сопротивление участка CD:

Находим эквивалентное сопротивление цепи относительно зажимов АВ:

2. Рассчитываем токи и напряжения на элементах цепи:

- закон Ома

где Ii,Ui,Ri -соответственно ток, напряжение и сопротивление i-го элемента.

 

U – напряжение, приложенное к этому участку.

Находим:

UCD=U₂=U₃=U₄=U₅₆=I₃*R₃=2*10=20 В

По закону Ома получаем:

(резисторы включены последовательно)

 

Применяя первый закон Кирхгофа, находим ток I1:

 

3. Рассмотрим изменение тока I₁ при замыкании резистора R₃:

При замыкании резистора R3 уменьшается сопротивление участка CD, соответственно уменьшается эквивалентное сопротивление всей цепи по сравнению с исходной схемой.

При неизменном напряжении UAB это приведет, в соответствии с законом Ома (I=U/R) к увеличению тока I₁.

 

Решить задачу по вариантам

 

Вариант	R1	R2	R3	R4	R5	R6
	0.5ом	2 R1	6.5ом	2 ом	R2	2 R3
	1.5ом	3 R1	5.5ом	3 ом	R2	3 R3
	2.5ом	4 R1	4.5ом	4 ом	R2	4 R3
	3.5ом	5 R1	3.5ом	5 ом	R2	5 R3
	4.5ом	6 R1	2.5ом	6 ом	R2	6 R3
	5.5ом	7 R1	1.5ом	7 ом	R2	7 R3
	6.5ом	8 R1	0.5ом	8 ом	R2	8 R3
	0.5ом	2 R1	6.5ом	2 ом	R2	2 R3
	1.5ом	3 R1	5.5ом	3 ом	R2	3 R3
	2.5ом	4 R1	4.5ом	4 ом	R2	4 R3

Задача №2

Изучить типовую задачу

Производственное помещение машиностроительного завода освещается лампами накаливания. Лампы включены звездой с нулевым проводом в трехфазную четырехпроводную сеть в соответствии со схемой. Линейное напряжение сети U_ном. В фазы А, В, С включены соответственно n_A, n_B, n_C ламп мощностью каждая Р_л. Определить линейные токи в проводниках линии и начертить в масштабе векторную диаграмму напряжений и токов, из которой графически найти ток в нулевом проводе. Вычислить мощность, потребляемую каждой фазой и всей цепью.

Дано:

U_ном = 380 В; n_A = 20 шт.; n_B = 30 шт.; n_C = 25 шт.; Р_л = 500 Вт.

 

А

В

С

N

nA

nB

nC

 

 

Решение:

1. Находим фазные мощности:

2. Мощность всей цепи

3. Находим линейные токи.

При соединении «звездой» линейные и фазные токи равны между собой, а линейное и фазное напряжения соотносятся как

Таким образом, линейные токи можно вычислить по формуле

где Uл = Uном = 380 В

 

Находим:

 

 

3. Строим векторную диаграмму из которой находим ток в нулевом проводе как сумму векторов линейных токов:

Согласно построенной диаграмме ток в нулевом проводе равен I_N» 19,4 А.

 

UA

UB

UC

IA

IB

IC

IB

IC

IN

U — 27,5 В/см I — 20 А/см

Решить задачу по вариантам

Варианты
U ном, В
nA, шт
nB, шт
nC, шт
Рл, Вт
РА, РВ, РС	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
IА, IВ, IС	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?

Задача№3

Изучить типовую задачу

Обратное номинальное напряжение U_обр.н определяет класс тиристора и выражается числом U_обр.н /100. Для каждого класса тиристора предусматривается следующая шкала обратных номинальных напряжений:

Класс …0,5		1,5		2,5		3,5
Uобр.н В…50
Класс
Uобр.н В

Силовой трансформатор выбирают по расчетным значениям токов I₁,I_2,напряжения U₂ и типовой мощности Р_тр.

Технические данные некоторых тиристоров приведены в таблице

Тип тиристора	Номинальный ток, А	Номинальное обратное амплитудное напряжение,В	Прямое падение напряжения(амплитудное значение),В
Т25		100-1400	>>1,9
Т50		100-1400	До 1,75
Т100		100-1400	>>1,94
Т160		100-1400	>>1,74
Т3-160		600-2200	>>1,95
Т151-100		300-1600	>>1,85
Т161-125		300-1600	>>1,75
Т161-160		300-1600	>>1,76
Т171-200		300-1600	>>1,75
Т171-250		300-1600	>>1,75
Т171-320		300-1600	>>1,6
ТВ2-320		100-1400	>>1,83

 

Расчетное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора U_2Ф определяют по формуле U₂ =k_иk_сk_аk_тU_d. Коэффициент k_и характеризующий соотношение напряжений U_2Ф/ U_d в реальном выпрямителе, приведен в таблице. Коэффициент запаса k_с=1,05/1,1 учитывает возможное снижение напряжения сети. Коэффициент k_а=1,05/1,1 учитывает неполное открывание тиристоров. Коэффициент k_т=1,05 учитывает падение напряжения в обмотках трансформатора и в тиристорах. Расчетные значения тока вторичной обмотки определяют по формуле I_2p=k_ik_iI_d.

 

 

Схема выпрямления	kи	ki	k3	kи.обр
При активной нагрузке	При индуктивной нагрузки
Однополупериодная	1,32	0,707	0,707	1,77	3,72
Однофазная с нулевым выводом	1,11	0,79	0,707	1,34	3,14
Однофазная мостовая	1,11	1,11		1,11	1,57
Трехфазная с нулевым выводом	0,855	0,578	0,578	1,35	2,25
Трехфазная мостовая	0,427	0,815	0,815	1,065	1,065

 

Выбрать тиристорный преобразователь для питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока П-91; Р_н = 14 кВт, I_н = 81А, U_н = 220В,

U _вн = 110В, I _вн = 10А. Выпрямитель выбран по однофазной схеме с нулевым выводом и питается от сети переменного тока U_с = 220В.

 

Решение:

1. Среднее значение тока тиристора

I_т = 0,5 I _вн = 0,5*10 = 5 А

 

2. Максимальное обратное напряжение на тиристоре

U_{обр max} =3,14 U _вн =3,14*110= 345В

 

3. По таблице выбираем тиристор Т25: I_н = 25А; U_н = 600В

 

4. Расчетная мощность силового трансформатора

Р_тр =k_sk_и*k_ak_jU_dI_d*10^-3=1,34*1,11*1,1*110*10*10^-3=1,98 кВ*А

 

5. Напряжение вторичной обмотки

U₂ =k_иk_сk_аk_тU_d=1,11*1,1*1,1*1,05*110=155 B

Решить задачу по вариантам

Варианты
Двигатель постоянного тока	2ПН	2ПФ	2ПБ	2ПО	2ПН	2ПФ	2ПБ	2ПО	2ПН	2ПФ
Iт, А	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
Uобр max, В	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
Тип тиристора	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
Ртр, кВ*А	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
U2,В	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?