Экзаменационные вопросы по дисциплине

“Электротехника и электроника”

1. Расчет электротехнических цепей методом эквивалентных преобразований.

Основными законами, определяющими расчет электрической цепи, являются законы Кирхгофа.

На основе законов Кирхгофа разработан ряд практических методов расчета электрических цепей постоянного тока, Существенно упрощая вычисления, а в некоторых случаях и снизить трудоемкость расчета, возможно с помощью эквивалентных преобразований схемы.

Преобразуют параллельные и последовательные соединения элементов, соединение «звезда» в эквивалентный „треугольник“ и наоборот. Осуществляют замену источника тока эквивалентным источником ЭДС. Методом эквивалентных преобразований теоретически можно рассчитать любую цепь, и при этом использовать простые вычислительные средства. Или же определить ток в какой-либо одной ветви, без расчета токов других участков цепи.

2. Расчет цепей методом пропорциональных величин.

Согласно методу пропорциональных величин, в самой удаленной от источника ЭДС ветви схемы (исходной ветви) произвольно задаемся некоторым током, например током в 1 А. Далее, продвигаясь к входным зажимам, находим токи в ветвях и напряжения на различных участках схемы. В результате расчета получим значение напряжения U_mn схемы и токов в ветвях, если бы в исходной ветви протекал ток в 1 А.

Так как найденное значение напряжения U_mn в общем случае не равно ЭДС источника, то следует во всех ветвях изменить токи, умножив их на коэффициент, равный отношению ЭДС источника к найденному значению напряжения в начале схемы.

Метод пропорциональных величин, если рассматривать его обособленно от других методов, применим для расчета цепей, состоящих только из последовательно и параллельно соединенных сопротивлений и при наличии в схеме одного источника.

3. Расчет цепей методом контурных токов.

В методе контурных токов за неизвестные величины принимаются расчетные (контурные) токи, которые якобы протекают в каждом из независимых контуров. Таким образом, количество неизвестных токов и уравнений в системе равно числу независимых контуров цепи.

Расчет токов ветвей по методу контурных токов выполняют в следующем порядке:

1) Вычерчиваем принципиальную схему цепи и обозначаем все элементы.

2) Определяем все независимые контуры.

3) Произвольно задаемся направлением протекания контурных токов в каждом из независимых контуров (по часовой стрелке или против). Обозначаем эти токи.

4) По второму закону Кирхгофа, относительно контурных токов, составляем уравнения для всех независимых контуров

5) Решаем любым методом полученную систему относительно контурных токов и определяем их.

6) Произвольно задаемся направлением реальных токов всех ветвей и обозначаем их.

7) Переходим от контурных токов к реальным, считая, что реальный ток ветви равен алгебраической сумме контурных токов, протекающих по данной ветви.

4. Расчет магнитных цепей. Прямая задача.

5. Расчет магнитных цепей. Обратная задача.

6. Устройство и принцип действия однофазных силовых трансформаторов.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Рассмотрим устройство однофазного трансформатора изображённого на рис.4.1.

Tрансформатор состоит из ферромагнитного сердечника, в который встраиваются две катушки с изолированными обмотками, содержащими некое количество витков.

Обмотка включенная в сеть источника электрической энергии, называется первичной; обмотка связанная с приёмником, называется вторичной. Если вторичное напряжение больше первичного, то трансформатор называется повышающим; если же вторичное напряжение меньше первичного, то трансформатор называется понижающим.

7. Работа и конструкция трехфазного трансформатора.

Энергию трехфазного переменного тока можно преобразовать тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу (групповой трехфазный трансформатор), или одним трехфазным трансформатором.

Трехфазный трехстержневой трансформатор (рис.1.12.) имеет три стержня, на которых расположены три первичных и три вторичных обмотки. У трехстержневого трансформатора меньше размеры и масса по сравнению с групповым. Недостатком трехстержневого трансформатора является то, что магнитное сопротивление для м.д.с. крайних фаз больше, чем для средней фазы, поэтому намагничивающие токи образуют несимметричную систему.

При холостом ходе, несмотря на симметричное питающее напряжение, токи в фазах не будут одинаковыми: в крайних фазах они будут больше, чем в средней фазе. За ток холостого хода в трехфазном трансформаторе следует принимать среднее арифметическое значение токов трех фаз. Однако несимметрия токов холостого хода не имеет большого значения, так как даже при незначительной нагрузке она сглаживается.

8. Измерительные трансформаторы.

В сетях переменного тока для отделения измерительных приборов в целях безопасности от проводов высокого напряжения, а также для расширения пределов измерения приборов применяются измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Для обеспечения высокой точности измерений трансформаторы напряжения (тока) не должны менять свой коэффициент трансформации и иметь постоянный угол в 180омежду векторами первичного и вторичного напряжения (тока).

Трансформаторы тока служат для преобразования тока большой величины в ток малой величины.

Отношение первичного тока ко вторичному, равное приближенно обратному отношению витков обмоток, называется коэффициентом трансформации тока. Номинальный коэффициент трансформации указывается на паспорте трансформатора в виде дроби, в числителе которой указывается номинальный первичный ток, а в знаменателе – номинальный вторичный ток.

9. Соединение «звездой». Схема электроснабжения жилого дома.

10. Соединение «треугольником». Схема электроснабжения стройплощадки.

11. Генераторы постоянного тока.

В зависимости от способа создания магнитного поля генераторы постоянного тока делятся на три группы:

1) генераторы с постоянными магнитами, или магнитоэлектрические;

2) генераторы с независимым возбуждением;

3) генераторы с самовозбуждением. Магнитоэлектрические генераторы состоят из одного или нескольких постоянных магнитов, в поле которых вращается якорь с обмоткой. Ввиду очень малой вырабатываемой мощности генераторы этого типа для промышленных целей не применяются.

У генератора с независимым возбуждением обмотки полюсов питаются от постороннего, независимого от генератора, источника постоянного напряжения (генератора постоянного тока, выпрямителя и др.).

Питание обмотки возбуждения полюсов генератора с самовозбуждением осуществляется со щеток якоря самой машины

Самовозбуждение машины может произойти лишь в том случае, если ток, протекающий по обмотке полюсов, будет создавать магнитное поле, усиливающее поле остаточного магнетизма,

12. Устройство и принцип работы синхронных генераторов.

Синхронный генератор – машина (механизм) переменного тока, которая преобразовывает определенный тип энергии в электроэнергию. К таким устройствам относят электростатические машины, гальванические элементы, солнечные батареи, термобатареи и т. п.-

Устройство синхронного генератора: Ротор, или индуктор (подвижный, вращающийся), в который входит обмотка возбуждения. Якорь, или статор (недвижимый), в который включается обмотка. Обмотка агрегата. Переключатель катушки статора. Выпрямитель. Несколько кабелей. Структура электрического компаундирования. Сварочный аппарат. Катушка ротора. Регулируемый поставщик постоянного электротока

Принцип работы :Работа синхронного генератора осуществляется по принципу электромагнитной индукции. Во время холостого движения якорная (статорная) катушка разомкнута, поэтому магнитное поле агрегата формируется одной обмоткой ротора. Когда ротор крутится от проводного мотора, у него присутствует постоянная частота, роторное магнитное поле перемещается через проводники обмоток фаз статора и осуществляет наводку повторяющихся переменных токов – электродвижущую силу (ЭДС)

13. Конструкция и действие трехфазного асинхронного двигателя.

Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 °. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока.

Принцип действия

На обмотку статора подаётся переменное трехфазное напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает трехфазная система токов. В таких обмотках создаётся вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, пересекая проводники обмотки ротора, индуктирует в них электродвижущую силу, под действием которой в обмотке ротора протекает ток, который искажает магнитное поле статора, увеличивая его энергию, что ведет к возникновению электромагнитной силы, под действием которой ротор начинает вращаться

14. Полупроводниковые выпрямители.

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителей заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности напряжения, приложенного ко входу выпрямителя

Однофазный однополупериодный выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения. Период сигнала на выходе однополупериодного выпрямителя равен периоду входного сигнала.

Схема двухфазного двухполупериодного выпрямителя представляет собой два параллельно соединенных однофазных выпрямителя, которые питаются от двух половин вторичной обмотки трансформатора. В результате создаются два противофазных питающих выпрямителя напряжения. Двухфазный двухполупериодный выпрямитель характеризуется хорошим использованием трансформатора. Период сигнала на выходе двухполупериодного выпрямителя в два раза меньше, чем у однополупериодного.

Наиболее широкое практическое распространение получил однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель.Форма напряжений на входе и выходе мостового выпрямителя, а также среднее значение выходного напряжения такие же, как и для двухфазного полупериодного выпрямителя.

15. Усилительные устройства.

УУ называется устройство, позволяющее получить в нагрузке усиленный по мощности входной сигнал. Усиление по мощности возможно только при использовании внешнего источника энергии, т.е. с помощью слабого сигнала управляют мощностью местного источника электропитания.

Усилительные устройства состоят из отдельных каскадов, представляющих элементарные ячейки. Каждый отдельный каскад электронного усилителя может быть построен с использованием электронных ламп, полевых или биполярных транзисторов.

При построении усилительного каскада составляют входную и выходную цепи. Входная цепь содержит источник сигнала, элемент связи и элементы для подачи напряжения смещения на управляющий электрод.

Выходная цепь содержит основной источник питания, за счет которого происходит усиление сигнала, и нагрузочное сопротивление

16. Изготовление интегральных микросхем.

Интегра́льная микросхе́ма — электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус.

При изготовлении микросхем используется фотопроцесс, при этом схему формируют на подложке,

В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают ширину полосы фотоповторителя и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле. Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости c рядом других производственных возможностей: чистотой получаемого кремния, характеристиками инжекторов, методами вытравливания и напыления.

В 70-х годах ширина полосы составляла 2-8 мкм, в 80-х была улучшена до 0,5-2 мкм. Некоторые экспериментальные образцы рентгеновского диапазона обеспечивали 0,18 мкм.

В начале 90-х процессоры изготавливали по технологии 0,5-0,6 мкм. Потом их уровень поднялся до 0,25-0,35 мкм. Следующие процессоры уже делали по технологии 0,18 мкм.

Новые процессоры (сперва это был Core 2 Duo) делают по новой УФ-технологии 0,065 мкм.

17. Микропроцессорные устройства.

Микропроцессорные устройства (МПУ) используются практически во всех областях деятельности человека, имеют самые разнообразные назначения и выполняют различные функции. При всем многообразии функций общими для МПУ являются управление устройствами ввода, обработки и преобразования информации, управления устройствами вывода и исполнительными устройствами.

Первый микропроцессор, выпущенный фирмой INTEL появился в 1971 году который положил начало компьютеризации

Универсальные микропроцессоры используются для построения вычислительных машин.

Микроконтроллеры используются для управления малогабаритными и дешёвыми устройствами связи они раньше назывались однокристальными микроЭВМ

Сигнальные процессоры используются для решения задач, которые традиционно решала аналоговая схемотехника.

18. Погрешности измерений.

Погрешность- отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины, вследствие: 1) непостоянства параметров элементов измерительного прибора; 2) несовершенства измерительного прибора; 3) влиянием внешних факторов (магн. и электр. поля, температура, и т.д.).

Абсолютная погрешность измерения – разница между показанием прибора A_D и действительным значением измеряемой величины А_{П .} Измеряется по формуле: ΔА ₌ А_П - A_D

Относительная погрешность служит для оценки точности произведенного измерения

Допустимое значение основной погрешности электроизмерительного прибора служить основанием для определения его класса точности. Так, электроизмерительные приборы по степени точности подразделяется на 8 классов: 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Цифра, обозначающая класс точности указывает на наибольшее значение основной погрешности прибора в процентах. Важными харак-ми прибора также является чувствительность и надежность –

19. Методы измерения электрических величин (тока, напряжения, мощности).

Измерение силы тока .При помощи амперметра замеряют силу тока. Включают амперметр в цепь последовательно с электроприемниками. Он имеет электрическое сопротивление, значительно меньше сопротивления цепи, в которую его включают, от этого он существенно не изменяет силу тока в этой цепи. Одним и тем же амперметром магнитоэлектрической системы, возможно, замерять силу тока в различных пределах, если к нему подключить шунт. Шунт – проводник, имеющий очень малое сопротивление.

Измерение напряжения.При помощи вольтметраизмеряют напряжение. Включают вольтметр в цепь параллельно тому участку цепи, на котором производят замер напряжение. Вольтметр имеет электрическое сопротивление, сравнительно больше сопротивления цепи, в которую его включают, от этого он приметно не изменяет напряжения в цепи. Добавочные резисторы используют для расширения пределов измерения данным вольтметром. Добавочный резистор – это проводник, обладающий значительным сопротивлением и намотанный в виде катушки. Измерение мощности электрического тока.При помощи ваттметраизмеряют мощность электрического тока. Один из выводов токовой обмотки должен быть присоединен к одному из выводов обмотки напряжения. Такие выводы присоединены к зажимам прибора. Мощность в цепях переменного тока, можно замерить также косвенным методом: при помощи амперметра и вольтметра.

20. Измерение неэлектрических величин в строительстве.

Широкое распространение измерения неэлектрических величии (температуры, угловых и линейных размеров, механических усилий и напряжений, деформаций, вибраций, химического состава и т.д.) электрическими методами обусловлено теми преимуществами, которыми они обладают по сравнению с другими методами
Обычно такие приборы состоят из датчика и измерительного устройства. В датчиках происходит преобразование неэлектрической величины в один из параметров электрической цепи (U, I, R и т.д.). Измерительное устройство - это один из электрических приборов, рассмотренных выше.
Не имея возможности остановиться на каждом преобразователе, ограничимся лишь их кратким перечислением:

1.Реостатные преобразователи. Работают на изменении сопротивления реостата, движок которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины.

2.Проволочные преобразователи (тензосопротивления). Их работа основана на изменении сопротивления проволоки при ее деформации.

3.Термопреобразователи (терморезисторы, термосопротивления). В них изменяется сопротивление датчика под воздействием температуры.

4.Индуктивные преобразователи. В них при изменении положения разъемных частей магнитопровода (например, под действием силы, давления, линейного перемещения) меняется индуктивность катушки.

5.Емкостные преобразователи. Могут быть использованы в качестве датчиков перемещения, влажности, химсостава воздуха и др.

21. Приборы для измерения электрических и неэлектрических величин.

Для измерения электрических величин применяются специальные электроизмерительные приборы. Электроизмерительные приборы нашли себе широкое применение для рациональной эксплуатации, контроля и защиты электрических установок в различных отраслях народного хозяйства.

Одним из условий, предъявляемых к прибору, является быстрое успокоение его подвижной части, достигнутое путем устройства успокоителей, использующих механическое сопротивление среды (воздух, масло) или магнитоиндукционное торможение.

Электроизмерительные приборы различают по следующим признакам: 1)по роду измеряемой величины;

2) по роду тока;

3) по степени точности;

4) по принципу действия;

5) по способу получения отсчета;

6) по характеру применения.

По роду тока приборы делятся на приборы постоянного тока, приборы переменного тока и приборы постоянного и переменного тока.

По принципу действия приборы подразделяются на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические (ферродинамические), индукционные, тепловые, вибрационные, термоэлектрические, детекторные и др.

22. Категории электроприемников в строительстве по степени надежности электроснабжения.

по степени надёжности электроснабжения все ЭП делят на 4 категории.

ЭП особой категории должны иметь 3 независимых источника питания при автоматическом выключении резерва

ЭП I категории –, должны иметь 2 независимых источника питания. Перерыв в их работе возможен на время автоматического ввода резерва (например, подвижной электростанции). К таким ЭП на СП относятся: насосные станции водоотлива и водопонижения, ус-ва электрообогрева ЭП II категории. Оно может иметь один или два источника питания в зависимости от значения данной стройки. На СП к таким ЭП относятся: компрессоры, бетоносмесители, насосы, земснаряды, подъёмно-транспортные механизмы, сварочные ус-ва, экскаваторы и т.д.

ЭП III категории –вспомогательные ЭП – допускается перерыв в электроснабжении на время ремонта источника энергии, но не более чем на сутки. Они имеют как правило один источник питания: механические мастерские, передвижные котельные, значительная часть ручного инструмента

23. Схемы внешнего электроснабжения.

Схемы этого типа подразделяются на две категории

- схемы со связью с одним источником питания;

- однолучевые;

В свою очередь однолучевые схемы делятся на два типа –

- на схемы с раздельной и параллельной работой питающих кабелей, то есть когда электрообеспечение между тяговыми подстанциями происходит с помощью одного кабеля;

- схемы с одиночной связью;

Так как схемы однолучевого типа запитываются от одного кабеля, то при повреждении кабеля тяговая подстанция выйдет из строя. Схема радиального типа экономична по своей сути, так как не имеет на стороне высокого напряжения выключателей. Радиальную однолучевую схему часто применяют для предприятий городского электротранспорта благодаря чему значительно сокращается длина вылетных линий и сокращается количество используемых материалов.

Параллельная схема имеет секционированное питание от тяговых подстанций, то есть напряжение получает из двух разных секций

При повреждении какого-либо элемента одной из секций или полный выход ее из строя, с помощью коммутационных аппаратов, питание, автоматически, будет идти от второй рабочей секции

Существует более надежная схемы внешнего электроснабжения. Это схема с раздельной работой вводов. В этом случае, электроснабжение обеспечивается двумя понижающими подстанциями. При повреждении оборудования полном и выходе из строя первой подстанции, вторая продолжает подавать напряжение и электрообеспечение не прекращается.

Одиночная связь позволяет вести бесперебойный рабочий процесс, так как электропитание тяговой подстанции происходит от двух, не зависящих друг от друга, источников.

24. Организация внутреннего электроснабжения объекта строительства.

Внутреннее электроснабжение-совокупность мероприятий по обеспечению, распределение энергии на пути от источника ко всем подключенным внутри приборам
Внутреннее электросн. осуществляется вводно-распределительными устройствами (ВРУ) по внутренним электрическим сетям, имеет аппаратуру и приборы защиты, управления, коммутации и учёта расхода электроэнергии. ВРУ размещают в месте ввода в здание питающих линий преимущественно напряжением 380/220В.
Перед началом готовится техническое задание, где указан список техники и электроприборов, которые будут установлены в доме, а также места, где будет располагаться техника, осветительные приборы, розеточные группы, выключатели и прочее. Места размещения электроточек согласовываются с заказчиком.
На следующем этапе проводится подготовка рабочего проекта, согласно которому в дальнейшем будут проведены необходимые электромонтажные работы. Проект состоит из двух частей, расчетной и графической. Точность расчетов чрезвычайно важна, поскольку внутренняя электросеть должна выдерживать планируемую нагрузку и иметь запас прочности. Для разработки проекта электросн. необходимо обращаться к специалистам высокого уровня.
Одним из основных требований при проектировании системы электроснабжения (электрики) является обеспечение наличия постоянного электропитания.

25. Электроснабжение строящегося объекта.

Электросн. стр-ва, как правило, осуществляют от действующих сетей энергетических систем, от рядом расположенных предприятий с использованием запроектированных постоянных сооруж.й энергетического хозяйства (трансформаторных подстанций, линий электропередачи). Временные источники электроснабжения (передвижные электростанции или энергопоезда) могут использоваться в начальный период стр-ва.

Проектирование временного электросн. включает:1) выбор источника электроэнергии;2) определение мощности трансформатора;3) разработка схемы в сети временного электросн.

Согласно заданию вблизи стр-ва головного сооружения проходит линия электропередачи (высокого напряжения), поэтому источником электроэнергии может служить именно эта линия. Для использования электроэнергии от ЛЭП необходимо иметь трансформаторную подстанцию, мощность которой должна соответствовать потребностям стр-ва.

Электрификация стройплощадки является первоочередной задачей, так как будущему домовладельцу на этапе возведения потребуется использовать оборудование и различные инструменты, которые в подавляющем большинстве нуждаются в электропитании. Не стоит также забывать об освещении участка и помещений строящегося дома, особенно зимой и в осенне-весенний период, когда световой день сравнительно короткий, и часто бывает пасмурно. Не будет лишним электричество для организации быта рабочих.