Задача 2 - msk.edu.ua

Государственное высшее учебное заведение
«Мариупольский строительный колледж»
Цикловая комиссия природно- математических дисциплин
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
и содержание
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
по учебной дисциплине
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
( для студентов заочной формы обучения)
направление подготовки 6.060101 Строительство
специальность
5.06010101 «Строительство и эксплуатация зданий и
сооружений»
отделение
Строительно-технологическое
2014
2
Методические указания и содержание контрольной работы по учебной дисциплине «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ» для студентов заочной
формы обучения по направлению подготовки 6.060101 «Строительство», специальности 5.06010101 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»
«____» ___________ 2014 год – 18 с.
Разработчик: Корюков С.В. – преподаватель электротехники, специалист.
Методические указания утверждены на заседании цикловой комиссии природно- математических дисциплин
Протокол № ___ от «____» _____________ 2014 года
Глава цикловой комиссии природно- математических дисциплин
______________ В.Ф.НЕСТЕРОВ
___ . ___ . ___
© Корюков С.В., 2014 год
© ДВНЗ «МБК», 2014 год
3
Содержание
1. Общие сведения…………………………………………………………….
4
2. Задача на контрольную работу………………………………………........... 5
3. Методические рекомендации по выполнению контрольной работы…….. 10
4. Список рекомендованной литературы……………………………………….. 17
Приложение. Оформление титульного листа контрольной работы………...... 18
4
1. Общие сведения
Контрольная работа выполняется в соответствии с номером варианта, который определяет преподаватель.
Контрольная работа включает 4 задач, из которых 3 практические и 1
теоретическое. Оцениваются уровень владения студента теоретическими знаниями, полнота и правильность ответов на теоретические вопросы и выполнение практических задач; уровень умений использовать теоретические знания во
время решения задач разного типа; уровень владения практическими умениями
и навыками; творческий подход к выполнению задач.
Контрольная работа выполняется в отдельной тетради в клеточку или на
стандартных листах формата А4, с одной стороны листа. Условия задач переписывать надо полностью, установить поля не меньше 20 мм (в тетради – поле
по правую сторону 25-30 мм для замечаний преподавателя), в конце тетради
(брошюры) – оставить 1 чистый лист для рецензии. В случае выполнения в тетради формулы и расчеты писать чернилами (пастой), а чертеж и схемы выполнять простым карандашом. На графиках и векторных диаграммах указывать
масштаб. Решение задач обязательно вести в Международной системе единиц
СИ.
Страницы нумеровать в правом верхнем углу, для возможности обращения на них преподавателя.
После получения работы с оценкой и замечаниями преподавателя надо
исправить подчеркнутые ошибки, выполнить все его указания и повторить недостаточно усвоенный материал.
Если контрольная работа получила неудовлетворительную оценку (работа не зачтена), то студент выполняет ее снова по старому или новому варианту
в зависимости от указаний преподавателя и отправляет на повторную проверку.
В случае возникновения трудностей при выполнении контрольной работы
студент имеет право обратиться в колледж (или по электронной почте преподавателю) для получения письменной или устной консультации.
5
2. Задание на контрольную работу
Задача 1
Для электрической цепи постоянного тока (рис. 2.1) определить эквивалентное сопротивление потребителя R ( R AB ), ток нагрузки I , напряжение на
зажимах потребителя U AB , мощность потребителя PAB и мощность источника
питания PИ , составить баланс мощностей, построить внешнюю характеристику
источника питания. Исходные данные - положение выключателей S1  S 5 , ЭДС
источника E , внутреннее сопротивление источника R0 , сопротивления резисторов R1  R4 для соответствующих вариантов приведены в таблице 2.1.
Мал. 2.1.
6
№
вариан- R1 , Ом
та
0
25
1
5,5
2
4
3
15,8
4
5
5
3
6
10
7
1
8
4
9
8,8
10
8
11
2,9
12
20
13
3
14
3
15
12,4
16
2
17
6
18
10
19
4
20
4
21
14
22
4
23
3
24
5
25
2
26
4
27
7
28
8
29
7,5
30
10
Таблица 2.1.
R2 , Ом
R3 , Ом
R4 , Ом
E, В
R0 ,
Ом
15
7
17,76
10
0,9
3
8
5
12,5
4
4
5
16
4
3
20
6
4
6
10
15
10
4
3
8
4
19
4
3
5
34
6
4,5
7,7
7
3
12
15
5
2,5
8
4
7,9
30
10
12
5
6
10
12
8
5
12
3
12
7,5
4
9
6
4
12,5
15
4
8
10,06
8,8
5,9
3
8
14
10
0,8
3
4
16
3
5
7,4
2
2
4
10
10
2
8
3
8
15
10
1
11
4
34
12,6
12,6
9
24
6
12,6
10,5
9,2
12,6
9
5
24
21
9,3
7,8
12,6
3,3
21
20,4
24
24
14,7
12,6
12,6
15
15
19,5
14,2
16,8
12,6
24
0,3
0,05
0,12
0,1
0,05
0,2
0,5
0,04
0,05
0,1
0,1
0,05
1
0,1
0,05
0,1
0,05
0,25
0,05
0,125
0,5
0,35
0,2
0,2
0,5
0,44
0,25
0,05
0,1
0,05
1
Замкнутый
выключатель
S1
нет
S1
S2
S3
S4
S5
нет
S1
S2
S3
S4
S5
нет
S1
S2
S3
S4
S5
нет
S1
S2
S3
S4
S5
нет
S1
S2
S3
S4
S5
7
Задача 2
Для неразветвленной цепи, которая представляет собой последовательно
соединенные катушку индуктивностью L , резистор сопротивлением R и конденсатор емкостью C , подключенной к источнику энергии переменного синусоидального тока напряжением U и частотой f , определить ток I , напряжения
на всех элементах, коэффициент мощности cos и угол  сдвига фаз между
током и напряжением на концах цепи, построить векторную диаграмму.
Рис. 2.2. Цепь переменного тока
№ варианта
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
U,В
220
220
220
220
220
127
127
127
127
127
110
110
110
110
110
100
100
100
100
100
80
80
80
80
80
75
f , Гц
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
L , Гн
0,07
0,075
0,07
0,065
0,06
0,11
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,02
0,03
0,04
0,04
0,05
0,07
0,08
0,09
0,1
0,11
0,12
R , Ом
25
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
6
5
4
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
C , мкФ
200
160
170
180
150
90
90
100
150
180
190
180
200
270
400
300
220
190
150
130
110
94
85
80
68
66
8
26
27
28
29
30
Таблица 2.2.
75
75
75
75
70
60
60
60
60
60
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
14
15
16
20
25
60
55
50
50
50
9
Задача 3
В симметричной трёхфазной цепи, соединенной треугольником (или
звездой, см. таблицу 2.3), линейное напряжение равно U л , линейный ток I л ,
фазное напряжение U ф , фазный ток I ф , активная мощность P , реактивная
мощность Q , полная мощность S , коэффициент мощности cos . По заданным
величинам найти неизвестные, отмеченные в таблице знаками вопроса.
№
соединение
варифаз
анта
0
звезда
1
треугольник
2
звезда
3
треугольник
4
звезда
5
треугольник
6
звезда
7
треугольник
8
звезда
9
треугольник
10
звезда
11
треугольник
12
звезда
13
треугольник
14
звезда
15
треугольник
16
звезда
17
треугольник
18
звезда
19
треугольник
20
звезда
21
треугольник
22
звезда
23
треугольник
24
звезда
25
треугольник
26
звезда
27
треугольник
28
звезда
29
треугольник
30
звезда
Таблица 2.3
Uл ,
В
400
?
400
233
398
?
?
?
?
230
?
229
390
?
?
227
?
226
?
225
386
224
?
?
384
222
?
?
?
220
380
Iл , А
10
15
12
14,5
11,5
14
?
13,5
?
?
10
?
?
12
9
?
?
11
8
?
7,5
10
?
9,5
?
9
6
8,5
?
8
5
Uф
,
В
?
?
?
?
?
?
228
?
227
?
?
?
?
?
?
?
224
?
?
?
?
?
222
?
?
?
?
?
220
?
?
Iф
,А
?
?
?
?
?
?
11
?
?
?
?
?
?
?
?
?
8,5
?
?
?
?
?
7
?
?
?
?
?
5,5
?
?
P,
Вт
6000
5000
6000
5000
?
4900
5800
4800
5700
4700
?
4600
?
4500
5400
4400
?
?
5200
4000
?
?
4600
3500
4200
3250
3600
3000
?
?
?
Q,
вар
S,
ВА
cos
?
3000
?
?
5300
2760
?
?
4340
?
?
1850
?
?
?
?
?
950
1300
860
?
?
?
1100
1024
?
?
?
?
1200
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
6800
?
6400
4730
6000
4500
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
0,88
?
0,9
0,82
?
0,86
?
?
?
0,92
?
?
?
0,95
0,96
?
?
?
?
0,9
0,92
0,88
?
0,85
10
Задание 4
Номер вопроса соответствует номеру варианта.
1. Электрические измерения, классификация электрических измерительных
приборов.
2. Электрические измерительные приборы магнитоэлектрической системы,
их преимущества и недостатки.
3. Электрические измерительные приборы электромагнитной системы, их
преимущества и недостатки.
4. Электрические измерительные приборы электродинамической системы.
Измерение электрической мощности.
5. Трансформаторы, их устройство и работа. Коэффициент трансформации.
6. Потери в трансформаторах, их КПД.
7. Виды трансформаторов. Автотрансформаторы. Измерительные и сварочные трансформаторы.
8. Генераторы постоянного тока, схемы включения и характеристики.
9. Двигатели постоянного тока, схемы включения и характеристики.
10. Устройство и работа асинхронного двигателя. Пуск асинхронных двигателей.
11.Однофазные асинхронные двигатели.
12. Устройство и работа синхронного генератора.
13. Устройство и работа синхронного двигателя.
14. Электропривод и его виды. Режимы работы двигателей. Выбор двигателя
для электропривода.
15. Источники электрической энергии, ее передача и распределение.
16. Категории потребителей электрической энергии. Схемы электрических
сетей.
17. Расчеты электрических нагрузок в электрических сетях. Городские электрические сети.
18. Трансформаторные подстанции. Расчеты мощности и выбор трансформаторов для питания строительных площадок.
19. Классификация электрических сетей. Особенности воздушных, кабельных линий и электропроводок.
20. Устройство электрических сетей на строительных площадках.
21. Расчеты сечений проводов и кабелей по допустимому нагреванию.
22. Расчеты сечений проводов и кабелей по допустимой потере напряжения.
23. Виды электрической сварки. Сварочное электрооборудование.
24. Электрооборудование для дуговой сварки на постоянном токе.
25. Сварочные аппараты переменного тока. Особенности сварочных трансформаторов.
26. Установки электроконтактной сварки.
27. Электропрогревание бетона.
28. Электрооттаивание грунта.
11
29. Обустройство электрического освещения на строительных площадках.
Освещение строительных площадок прожекторами и расчеты количества
прожекторов по методу удельной мощности.
30. Правила техники электробезопасности в строительстве. Защитное заземление и зануление.
12
3. Методические рекомендации по выполнению контрольной работы
3.1. Рекомендации по выполнению задания 1
Для электрической цепи постоянного тока определить эквивалентное сопротивление потребителя R ( R AB ), ток нагрузки, напряжение на зажимах потребителя U AB , мощность потребителя PAB и мощность источника питания PИ ,
составить баланс мощностей, построить внешнюю характеристику источника
питания. Исходные данные - положение выключателей S1  S 4 , ЭДС источника
E , внутреннее сопротивление источника R0 , сопротивления резисторов R1  R4
для соответствующих вариантов приведены в таблице.
Мал. 3.1.1.
Решение. Задача по теме № 2 «Электрические цепи постоянного тока».
Рассмотрим методику решения задачи на примере таких начальных данных:
№
варианта
0
R1 , Ом
R2 , Ом
R3 , Ом
R4 , Ом
E, В
R0 ,
Ом
25
15
6
4
12,6
0,3
Замкнутый
выключатель
S1
С учетом того, что в нашем случае выключатель S1 замкнут, схема цепи
имеет вид, представленный на рис. 3.1.2.
Эквивалентное сопротивление потребителя
13
RAB 
R2  ( R3  R4 ) 15  (6  4)

 6 Ом.
R2  ( R3  R4 ) 15  (6  4)
Рис. 3.1.2.
Ток нагрузки, в соответствии с законом Ома для полного (запертого) круга,
I
E
12,6

 2 А.
RAB  R0 6  0,3
Напряжение на зажимах потребителя в соответствии с законом Ома для
участка цепи,
U AB  I  RAB  2  6  12 В.
Мощность потребителя
PAB  I  U AB  2  12  24 Вт.
Мощность источника питания
PИ  I  E  2  12,6  25,2 Вт.
Потери в источнике (мощность, которая теряется в источнике питания на
его внутреннем сопротивлении)
PИ  I 2 R0  22  0,3  1,2 Вт.
14
Проверяем баланс мощностей (мощность, которая производится в источнике электрической энергии, должна равняться мощности, которая расходуется
в цепи):
PИ  PAB  PИ ;
25,2=24+1,2;
25,2=25,2.
Внешняя характеристика источника питания представляет собой зависимость напряжения на зажимах источника от тока нагрузки U  f ( I ) . При I  0
напряжение достигает максимального значения - напряжения холостого хода
U XX    12,6 В, то есть ЭДС. Максимального значения ток достигает при ко 12,6

 42 А.
ротком замыкании I КЗ 
R0 0,3
Ответ. RAB  6 Ом, I  2 А, U AB  12 В, PAB  24 Вт, PИ  25,2 Вт.
15
3.2. Рекомендации по выполнению задания 2
Неразветвленная цепь представляет собой последовательно соединенные
катушку индуктивностью L , резистор сопротивлением R и конденсатор емкостью C (рис. 3.2.1).
Рис. 3.2.1. Цепь переменного тока
Цепь подключена к источнику энергии переменного тока напряжением U
и частотой f . Надо определить ток I , напряжения на всех элементах, коэффициент мощности cos и угол сдвига фаз  между током в цепи и напряжением
на ее концах, а также построить векторную диаграмму.
№ варианта
0
U,В
220
f , Гц
50
L , Гн
0,07
R , Ом
25
C , мкФ
200
Предположим, цепь подключена к напряжения U =220 В; частота тока f
= 50 Гц; параметры идеальных элементов L =0,07 Гн; R =25 Ом; C =200 мкФ.
Решение. Задание по теме № 4 «Электрические круги однофазного переменного тока».
1. Индуктивное сопротивление идеальной катушки X L  2 fL = 2    50  0,07
1
=21,99
Ом.
Емкостное
сопротивление
конденсатора
=
XC 
2 fC
1
= 15,92 Ом.
2    50  200  106
Реактивное сопротивление X  X L  X C = 21,99 - 15,92 = 6,08 Ом.
X L  X C . Итак, реактивное сопротивление круга имеет индуктивный характер,
то есть вектор тока будет отставать от вектора напряжения.
Полное сопротивление цепи Z  R 2  ( X L  X C )2 = 252  6,082 =25,73 Ом.
U 220
2. Действующее значение силы тока в цепи I  =
=8,55 А.
Z 25,73
3. Напряжение на катушке U L  I  X L = 8,55  21,99  188 В.
Напряжение на активном сопротивлении U R  I  R = 8,55  25  214 В.
Напряжение на конденсаторе U C  I  X C = 8,55 15,92  136 В.
16
4. Строим векторную диаграмму. Начинаем с выбора удобного масштаба для
тока и напряжения. Задаемся масштабом по току: в 1 см – 0,5 А, по напряжению – в 1 см – 20 В. Построение векторной диаграммы (рис. 3.2.3) начинаем с
вектора тока.
Рис. 3.2.3. Векторная диаграмма тока и напряжений
Вектор тока I в масштабе токов откладываем в полярной системе координат по оси   0 (то есть по горизонтальной оси) из начала координат. Вектор напряжения U R на активном сопротивлении R в масштабе напряжений откладываем в направлении вектора тока, потому что угол сдвига фаз между
напряжением и током в резистивном элементе равняется нулю.
В связи с тем, что ток в индуктивном элементе отстает от напряжения на
90°, вектор напряжения U L в масштабе напряжений откладываем от конца вектора U R под углом +90° к вектору тока. Ток в емкостном элементе опережает
напряжение на 90°, поэтому вектор напряжения U C в масштабе напряжений
откладываем из конца вектора U L под углом -90° к вектору тока. Вектор
напряжения, приложенного ко всей цепи, является геометрической суммой векторов U R , U L и U C ( U  U R  U L  U C ), поэтому на векторной диаграмме вектор напряжения U , приложенного к цепи, определяется вектором, направленным из начала координат в конец вектора U C .
5. Находим угол сдвига фаз между током и полным напряжением  и коэффициент мощности
cos . Как видно из векторной диаграммы,
17
U R IR R
откуда
находим

 ,
U IZ Z
  arccos(cos  )  arccos0,9716 13,68  .
cos 
cos 
25
 0,9716 ,
25,73
Ответ. Действующее значение тока I  8 , 5 5A , напряжение на катушке U L
 188 В, напряжение на активном сопротивлении U R  214 В, напряжение на
конденсаторе U C  136 В, угол сдвига фаз между током и напряжением на концах цепи   13,68 , коэффициент мощности cos  0,9716 .
3.3. Рекомендации по выполнению задания 3
№
варианта
0
соединение фаз
Uл ,
звезда
400
В
Iл , А
10
Uф
В
?
,
Iф
,А
?
P,
Вт
6000
Q,
вар
S,
ВА
cos
?
?
?
Рассмотрим вариант решения задачи в случае соединения симметричной
трёхфазной цепи звездой, где заданы линейное напряжение U л =400 В, линейный ток I л =10 А, активная мощность P =6000 Вт. Надо найти фазное напряжение U ф , фазный ток I ф , коэффициент мощности cos , реактивную Q и полную S мощности.
Мал. 3.3.1. Соединение
трёхфазной цепи звездой
Мал. 3.3.2. Соединение
трёхфазной цепи треугольником
Решение. Задание по теме 5 «Электрические цепи трёхфазного переменного тока».
В симметричной «звезде» фазные и линейные тока и напряжения связаны соотношениями I Л  IФ ; U Л  3U Ф .
Независимо от способа соединения трёхфазной цепи (звездой или треугольником):
 активная мощность симметричной цепи P  3U Л I Л cos  ,

реактивная мощность Q  3U Л I Л sin  ,
18

полная мощность S  P 2  Q 2  3U Л I Л .
Коэффициент мощности симметричной трёхфазной нагрузки представляP
ет собой соотношение активной и полной мощностей: cos   .
S
1. Находим фазное напряжение U ф . В симметричной «звезде» U Л  3U Ф , тоUЛ
400
; UФ 
 230 В.
1,732
3
2. Находим фазный ток I ф . В симметричной звезде I Л  IФ , отсюда IФ  I Л  10
А.
3. Находим коэффициент мощности cos . Как известно, активная мощность в
P
P  3U Л I Л cos  ,
трёхфазной
цепи
откуда
;
cos  
3U Л I Л
6000
cos 
 0,87 .
1,732  400 10
4. Находим реактивную мощность Q  3U Л I Л sin  . Учитывая, что
гда UФ 
sin   1  cos2  ,
имеем
Q  3U Л I Л 1  cos 2  ;
Q  1,732  400  10  1  0,872  3464 вар.
5. Находим полную мощность S  P 2  Q 2  3U Л I Л ; S  1,732  400  10  6928
B  A.
Ответ. Фазное напряжение U Ф  230 В; фазный ток IФ  10 А; коэффициент мощности cos  0,87 ; реактивная мощность Q  3464 вар; полная мощность S  6928 B  A .
В случае соединения нагрузки треугольником задача решается аналогично, учитывая, что при соединении треугольником U Л  U Ф ; I Л  3IФ .
19
4. Рекомендованная литература
Базовая
1. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники:
Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. техникумов. - М.: Высш. шк., 2005. 752 с.
2. Зайцев В.Е. Электротехника. Электроснабжение, электротехнология и электрооборудование строительных площадок: учеб. пособие для студ. сред. проф.
образования/ В.Е.Зайцев, Т.А.Нестерова. - 5-е изд., стер. - М.: Издательский
центр «Академия», 2008. - 128 с.
3. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники: учеб. пособие. - 15-е
изд., стереотипное – Ростова н/Д: Феникс, 2013. - 407 с.
4. Електротехніка в будівництві: підручник / А. Є. Ачкасов, В. А. Лушкін, В. М.
Охріменко та ін.; за ред. В. М. Охріменка; Харк. нац. акад. міськ. госп-ва. - Х.:
ХНАМГ, 2010. - 384 с.
Вспомогательная
1. Общая электротехника с основами электроники. Учебник для техникумов/
В.А.Гаврилюк,
Б.С.Гершунский,
А.В.Ковальчук,
Ю.А.Куницкий,
А.Г.Шаповаленко – Киев: Высшая школа. Головное изд-во. 1980. - 480 с., ил.
2. Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника: Учеб. для учащ. неэлектротехн.
спец. техникумов. - 2-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 1990. - 352 с., ил.
3. Шнейберг Я.А. История выдающихся открытий и изобретений. Электротехника, электроэнергетика, радиоэлектроника. М.: Изд. дом МЭИ, 2009. - 118 с.,
ил.
4. Нудлер Г.И., Тульчин И.К. Электротехника и электрооборудование сданный:
Учебник для строит. спец. техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.
шк., 1984. - 368 с., ил.
Информационные ресурсы
http://msk.edu.ua/s-k/eb_zs.htm
20
Приложение
Образец титульного листа.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ
«МАРИУПОЛЬСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»
Специальность: 5.06010101
«Строительство и эксплуатация
зданий и сооружений»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по учебной дисциплине: «Электротехника в строительстве»
Вариант № ___
Выполнил:
студент группы ЗС-42 А.В.Попов
Проверил:
преподаватель ___________ С.В.Корюков
Мариуполь, 2014 г.