ответы на билеты электротехника. БИЛЕТЫ_ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. Электротехника. Основные понятия и определения электрический ток, потенциал, напряжение, мощность

• Название: Электротехника. Основные понятия и определения электрический ток, потенциал, напряжение, мощность
• Анкор: ответы на билеты электротехника
• Дата: 07.06.2022
• Размер: 309.5 Kb.
• Имя файла: БИЛЕТЫ_ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.doc
• Тип: Документы; #574842

1. 
   Электротехника. Основные понятия и определения: электрический ток, потенциал, напряжение, мощность.
   

Электрический ток- является направленным, строго упорядоченным движением заряженных частиц. Согласно академической формулировке, электрическим током определяется скорость изменения заряда по мере течения определенного периода времени.

Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Это движущая сила для электрического заряда

Мощность — это физическая величина, которая показывает какая работа была совершена электрическим током за единицу времени.

2. 
   Электрическая цепь. Топологические понятия теории цепей. Классификация электрических цепей
   

Основными топологическими понятиями теории электрических цепей являются «ветвь», «узел», «контур», «двухполюсник» и «четырехполюсник»

Ветвь — это участок электрической цепи с одним значением тока всех элементов.

Узел — это место соединения трех и более ветвей.

Контур- замкнутый путь, проходящий через несколько ветвей и узлов разветвленной электрической цепи.

Двухполюсник — это часть электрической цепи с двумя выделенными полюсами.

Четырехполюсником— это часть электрической цепи, имеющую две пары полюсов, которые называются входными и выходными.

Цепи подразделяют на:

а) простые, разветвленные и сложные; Цепь, состоящая из 2-х и более ветвей,

называется разветвленной, Сложная- содержащая несколько источников и которую нельзя свернуть до простой цепи последовательного или параллельного соединения. Простая- одним источником при последовательном, параллельном и смешанном соединении приемников.

б) Постоянного и переменного тока; Постоянного тока- электрические цепи, в которых получение, передача и преобразование электрической энергии происходит при постоянных во времени токах и напряжениях. Переменная цепь- это такая цепь, в которой источники ЭДС или источники тока вырабатывают изменяющийся во времени ток, причем эти ЭДС или токи могут быть однополярными, или двухполярными

в) с линейными и нелинейными элементами; Электрическая цепь, состоящую из линейных элементов, называют линейной. Если в электрическую цепь входит хотя бы один нелинейный элемент, ее называют нелинейной цепью. Нелинейными называются элементы, параметры которых зависят от величины и (или) направления связанных с этими элементами переменных (напряжения, тока, магнитного потока, заряда, температуры, светового потока и др.).

3. 
   Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока.
   

Закон Ома: Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи, т.

Закон Киргофа: Первый закон Кирхгофа: в любом узле цепи алгебраическая сумма токов равна нулю, при этом втекающие и вытекающие токи имеют противоположные знаки. Второй закон Кирхгофа: в любом замкнутом контуре токов алгебраическая сумма произведений тока на сопротивление равна сумме сторонних ЭДС, приложенных к этому контуру.

4. 
   Параметры и формы представления переменного тока.
   

Период — время, в течение которого система, совершающая колебания, проходит через все промежуточные состояния и нале снова возвращается к исходному.

Частота- число полных периодов изменения э. д. с, напряжения или тока в 1 с называется частотой,

Фаза — состояние, стадия периодическою процесса.

Амплитуда— наибольшее значение величины, совершающей гармонические колебания (например, максимальное значение силы тока в переменном токе, отклонение колеблющегося маятника от положения равновесия), наибольшее отклонение колеблющейся величины от некоторого значения, условно принятого за начальное нулевое.

Формы представления переменного тока:

Формы представления:

- Графическая зависимость (y – изменяющаяся, x – время)

- Векторное (проекции) – векторная диаграмма.

- С использованием комплексных чисел.

5. 
   Активное сопротивление в цепи переменного тока.
   

Сопротивление, включенное в цепь переменного тока, в котором происходит превращение электрической энергии в полезную работу или в тепловую энергию.

В цепи переменного тока с актив­ным сопротивлением по мере изменения по величине и направлению напряжения одновременно пропорционально меняются величина и Направление тока. Это значит, что ток и напряжение совпадают по фазе.

6. 
   Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока.
   

Индуктивная катушка как элемент схемы замещения реальной цепи синусои­дального тока дает возможность учитывать при расчете явление самоиндук­ции и явление накопления энергии в ее магнитном поле. Пусть в цепь перемен­ного тока включена катушка с бесконечно малым сопро­тивлением провода = 0. Непрерывное во времени изменение тока вызывает появ­ление в витках катушки ЭДС самоиндукции. В соответствии с правилом Ленца эта ЭДС противодействует изменению тока.

7. 
   Цепь синусоидального тока с емкостным сопротивлением.
   

Индуктивная катушка как элемент схемы замещения реальной цепи синусоидального тока дает возможность учитывать при расчете явление самоиндукции и явление накопления энергии в ее магнитном поле. Пусть в цепь переменного тока включена катушка с бесконечно малым сопротивлением провода = 0. Непрерывное во времени изменение тока вызывает появление в витках катушки ЭДС самоиндукции. В соответствии с правилом Ленца эта ЭДС противодействует изменению тока.

8. 
   Последовательное соединение R-, L-, C-элементов цепи. Резонанс напряжений.
   

Напряжение на активном сопротивлении совпадает по фазе с током, поэтому вектор UR мы направляем по вектору I. К его концу пристраиваем вектор UL и направляем его вверх, так как напряжение на индуктивности опережает ток на 90°. Напряжение UС находится в противофазе с UL, т. е. отстает от тока на тот же угол 90°, поэтому вектор UС, пристроенный к концу вектора UL, направлен вниз. Векторная сумма UR, UL и UС дает вектор приложеного напряжения U.

Резонанс напряжений (последовательный резонанс) — резонанс, происходящий в последовательном колебательном контуре при его подключении к источнику напряжения, частота которого совпадает с собственной частотой контура.

9. 
   Параллельное соединение R-, L-, C-элементов цепи. Резонанс токов.
   

Режим, при котором сдвиг фаз между напряжением и током равен нулю в цепи с двумя узлами называется резонансом токов. В этом режиме реактивные токи в ветвях равны по величине.

10. 
    Мощность цепи переменного тока.
    

Мощность переменного тока определяется соотношением величины тока со временем, которая производит работу за определенное время.

11. 
    Трёхфазные цепи переменного тока. Получение трёхфазной ЭДС.
    

Трехфазная система электрических цепей представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником энергии. Каждая из цепей, входящих в трехфазную цепь, принято называть фазой. В данном случае не следует путать понятие фазы в многофазной системе с понятием начальной фазы синусоидальной величины.

В зависимости от числа фаз цепи бывают однофазные, двухфазные, трехфазные, шестифазные и т. д. Трехфазные цепи более экономичны чем однофазные.

Трехфазная цепь включает в себя источник (генератор) трехфазной ЭДС, проводники, потребители (приемники) трехфазной электрической энергии.

12. 
    Соединение фаз источника и приёмника звездой. Симметричный и несимметричный режимы работы.
    

При соединении фаз звездой концы всех трёх фаз соединяются, образуя нейтральную точку N(n) (рис. 3.3). К началам фаз подключаются провода, соединяющие источник с приёмником. Эти провода называются линейными, а трехфазная цепь - трёхпроводной. Если нейтральная точка N источника соединена с нейтральной точкой п приёмника, то тогда образуется четырёхпроводная трёхфазная цепь, которая позволяет получить две системы симметричных напряжений. Провод, соединяющий нейтральные точки N и п, называется нейтральным проводом.

Симметричным режимом трехфазной цепи называют режим, при котором трехфазные системы токов и напряжений в этой цепи одновременно симметричны. Для реализации такого режима необходимо, чтобы сопротивления всех фаз были одинаковы.

Частными случаями несимметричных режимов являются аварийные режимы в трехфазных цепях: обрывы нейтрального и линейных проводов, КЗ в фазах. Аварийными, пожароопасными являются КЗ фаз нагрузки таких соединений.

13. 
    Аварийные режимы работы при соединении потребителей звездой.
    

Для соединения трехфазной цепи в звезду возможны следующие аварийные режимы работы:

1) обрыв фазы

2) обрыв нулевого провода

3) короткое замыкание фазы при обрыве нуля

4) обрыв фазы и нуля

14. 
    Соединение фаз источника и приёмника треугольником. Симметричный и несимметричный режимы работы.
    

При соединении фаз треугольником конец первой фазы соединяется с началом второй фазы , конец второй фазы - с началом третьей фазы , конец третьей фазы - с началом первой фазы. К точкам соединения подключаются линейные провода.

При соединении фаз треугольником фазное напряжение (напряжение между началом и концом фазы) равно линейному (напряжение между началами фаз).

При соединении треугольником линейный ток больше фазного в л/з раз. Следует иметь в виду, что это соотношение справедливо только при симметричной нагрузке. Схему «треугольник» применяют для соединения приёмников в тех случаях, когда их номинальное напряжение равно линейному напряжению источника.

15. 
    Аварийные режимы работы при соединении потребителей треугольником.
    

1) обрыв фазы;


2) обрыв линейного провода.

16. 
    Мощность трёхфазной системы.
    

Активной мощностью трехфазной системы называется сумма активных мощностей всех фаз приемника.

Реактивной мощностью трехфазной системы называется сумма реактивных мощностей всех фаз источника энергии, равная сумме реактивных мощностей всех фаз приемника.

Полная мощность расчитывается исходя из значений активной и реактивной мощности

17. 
    Катушка с ферромагнитным сердечником в цепи переменного тока. Схема замещения катушки с ферромагнитным сердечником.
    

При подключении катушки с ферромагнитным сердечником в цепь переменного тока (рис. 231, а) протекающий по ней ток определяется потоком, который необходимо создать, чтобы индуцируемая в катушке э. д. с. eL была равна и противоположна по фазе приложенному к ней напряжению. Этот ток называют намагничивающим. Он зависит от числа витков катушки, магнитного сопротивления ее магнитопровода (т. е. от площади поперечного сечения, длины и материала магнитопровода), напряжения и частоты его изменения. При увеличении поданного на катушку напряжения u возрастает поток Ф, сердечник ее насыщается, что вызывает резкое увеличение намагничивающего тока. Следовательно, такая катушка представляет собой нелинейное индуктивное сопротивление XL, значение которого зависит от приложенного к ней напряжения.

18. 
    Принцип действия катушки с ферромагнитным сердечником.
    

Для катушки с ферромагнитным сердечником характерными являются два режима работы:1) напряжение на зажимах обмотки синусоидально, а ток в обмотке несинусоидален. 2) ток в обмотке синусоидален, а напряжение на зажимах несинусоидально

19. 
    Энергетический баланс катушки с магнитопроводом.
    

20. 
    Трансформатор. Назначение. Устройство и принцип действия.
    

Назначение: трансформатор предназначен для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Увеличение напряжения осуществляется с помощью повышающих трансформаторов, уменьшение – понижающих.

Устройство: обычно устройство состоит из магнитного сердечника и двух обмоток – первичной и вторичной.

Принцип действия: заключается в явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку подается переменный ток, который образует в магнитопроводе переменный магнитный поток. Это происходит за счет его замыкания на магнитопроводе и образования сцепления между обмотками, индуцируя ЭДС.

21. 
    Классификация трансформаторов. Коэффициент трансформации.
    

По конструкции силовые трансформаторы делят на два основных типа — масляные и сухие.

Коэффициент трансформации трансформатора — это величина, выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи (напряжения, силы тока, сопротивления и т. д.).

22. 
    Схема замещения трансформатора.
    

23. 
    Режимы работы трансформатора (холостой ход и короткое замыкание).
    

Холостой ход: вторичная обмотка трансформатора разомкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением гораздо большим сопротивления номинальной нагрузки обмотки трансформатора;

К первичной обмотке приложено напряжение U_1хх= U_1ном;

Ток вторичной обмотки I₂≈0.

Короткое замыкание: Вторичная обмотка замкнута накоротко или к ней подключена нагрузка сопротивлением гораздо меньшим внутреннего сопротивления трансформатора;

К первичной обмотке приложена такая величина напряжения U1, что ток первичной обмотки равен её номинальному току I 1= I 1ном.

Напряжение вторичной обмотки U2=0.

Режим короткого замыкания является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов, в тоже время являясь аварийным для других трансформаторов.

В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Эти потери разделяются на электрические и магнитные:

24. 
    Потери и КПД трансформатора.
    

1. 
   Электрические потери обусловлены нагревом обмоток трансформатора при прохождении по ним электрического тока. Их мощность Рэ равна сумме потерь в первичной обмотке Рэ1 и во вторичной обмотке Рэ2:
   

Рэ = Рэ1+Рэ2.

Электрические потери называют переменными, т. к. их величина зависит от нагрузки трансформатора. Уменьшение электрических потерь достигается соответствующим выбором площади сечения проводов обмоток трансформатора (снижение электрических потерь в проводах).

2. 
   Магнитные потери происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора. Причина этих потерь - систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Их мощность Рм равна сумме потерь от гистерезиса Рг и от вихревых токов Рв. т.
   

Рм = Рг+Рв. т.

С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора изготовляют из электротехнической стали (снижение потерь от перемагничивания) и делают его шихтованным в виде пакетов из тонких пластин, изолированных с двух сторон (снижение потерь от вихревых токов).

КПД: Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки Р2 (полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки Р1 (подводимая мощность):

Ƞ = Р2/Р1=Р2/(Р2+Рэ+Рм).

Благодаря отсутствию в трансформаторе вращающихся и трущихся деталей потери энергии в нём по сравнению с вращающимися машинами малы, а КПД высок и достигает в трансформаторах большой мощности. В трансформаторах малой мощности КПД достигает. Максимальное значение КПД трансформатор имеет при такой нагрузке, когда электрические потери Рэ равны магнитным потерям Рм. При проектировании трансформаторов стремятся, чтобы максимальное значение КПД достигалось при нагрузке (50÷75)% номинальной; это соответствует наиболее вероятной средней нагрузке работающего трансформатора, называемой экономической.

25. 
    Электрические машины. Классификация. Режимы работы.
    

• по роду тока — машины постоянного и переменного тока;

• по общему назначению — генераторы, двигатели и преобразователи;

• по исполнению — открытые, закрытые, защищенные, герметические и т.д.;

• по конструктивным типам — горизонтальные, вертикальные, наклонные;

• по применению и т.д.

Режим работы электрической машины — это установленный порядок чередования периодов, характеризуемых величиной и продолжительностью нагрузки, отключений, торможения, пуска и реверса во время ее работы.

26. 
    Устройство асинхронного двигателя.
    

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: неподвижного статора и вращающегося ротора. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку. При этом обмотка статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка ротора — вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.

27. 
    Получение вращающегося магнитного поля.
    

Такое поле можно получить, например, при вращении постоянного магнита вокруг оси, перпендикулярной линиям индукции, или внутри системы трех катушек, плоскости которых повернуты на угол 120° и которые питаются токами, смещенными во времени на 1/3 периода.

28. 
    Принцип действия асинхронного двигателя. Понятие скольжения.
    

Принцип действия асинхронного двигателя заключается в том, что ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле так, чтобы поля статора и ротора стали взаимно неподвижными.

Скольжение-относительная разность скоростей вращения ротора и изменения переменного магнитного потока, создаваемого обмотками статора двигателя переменного тока. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

29. 
    Рабочие характеристики асинхронного двигателя.
    

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимости скольжения. S, числа оборотов ротора n2, развиваемого момента М, потребляемого тока I1, расходуемой мощности Р1, коэффициента мощности соs j и к. п. д. η от полезной мощности Р2 на валу машины.

30. 
    Энергетическая диаграмма, потери и КПД асинхронного двигателя.
    

КПД современных асинхронных двигателей при номинальной нагрузке для машин мощностью свыше 100 кВт составляет 0,92 − 0,96, (большие значения относятся к машинам большей мощности). Так же, как в трансформаторе, потери мощности асинхронного двигателя следует разделить на потери постоянные и переменные (или потери холостого хода и короткого замыкания).

Потери в асинхронном двигателе. Потери делятся на потери в статоре и в роторе. Потери в статоре состоят из электрических потерь в обмотке Р э1 и потерь в стали Р ст, а потери в роторе — из электрических Р э2 и механических Р мех плюс добавочные потери на трение и вентиляцию Р доб.

31. 
    Электромагнитный момент. Механическая характеристика асинхронного двигателя.
    

Момент, возникающий на валу электродвигателя при протекании по его обмоткам электрического тока. В литературе встречаются синонимы этого термина: вращающий момент двигателя или крутящий момент электродвигателя.

Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения двигателя от вращающего момента на валу. Она позволяет анализировать поведение двигателя при изменении его механической нагрузки.

32. 
    Способы пуска асинхронного двигателя.
    

Наиболее простым способом пуска двигателя с короткозамкнутым ротором является включение обмотки его статора непосредственно в сеть, на номинальное напряжение обмотки статора. Такой пуск называется прямым. Прямой пуск возможен, когда сеть достаточно мощна и пусковые токи не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети, не более 10–15 %.

Пуск АД с короткозамкнутым ротором переключением обмотки статора со «звезды» на «треугольник»

Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, работающего при соединении обмоток статора «треугольником», можно применить пуск переключением обмотки статора со «звезды» на «треугольник». В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в «звезду». При этом фазное напряжение на статоре снижается в раз. Во столько же раз уменьшается и ток в фазах обмотках двигателя.

После того, как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, переключатель быстро переводят в положение «треугольник», и фазные обмотки двигателя оказываются под номинальным напряжением. Возникший при этом бросок тока является незначительным.

4. Автотрансформаторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

При автотрансформаторном пуске момент и ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором уменьшаются в одинаковое число раз. После достижения ротором двигателя определенной частоты вращения выключатель отключается, и двигатель получает питание через часть обмотки автотрансформатора, который в этом случае работает как реактор. Затем включается следующий выключатель, в результате чего двигатель получает полное напряжение.

5. Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при изменении частоты питающей сети.

Этот способ позволяет плавно изменять угловую частоту вращения ротора в наиболее широком диапазоне и, следовательно, позволяет уменьшить пусковые токи. Для его осуществления требуется, чтобы асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором получал питание от отдельного источника. В качестве такого источника могут быть использованы электромеханические или статические преобразователи частоты. В связи с развитием полупроводниковой техники в настоящее время наиболее предпочтительными являются полупроводниковые статические преобразователи.

способы регулирования скорости асинхронного двигателя: изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

33. 
    Способы регулирования скорости асинхронного двигателя.
    

Изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

34. 
    Полупроводниковые приборы. Их классификация.
    

Полупроводниковыми приборами называют электропреобразовательные приборы, принцип действия которых основан на явлениях, происходящих в самом полупроводнике или на границе контакта двух полупроводников с различными типами проводимости.

Классификация: полевые/биполярные транзисторы, теристоры, полупр. микросхемы, комби. полупр. приборы, диоды, фотоэлектрические приборы, резисторы.

35. 
    Полупроводниковые диоды. Назначение, принцип действия, применение. Вольтамперная характеристика диода.
    

Это прибор с p-n переходом и двумя выводами для включения в электрическую цепь.

Основная его функция — это проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном.

Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

36. 
    Однофазный однополупериодный выпрямитель.
    

Это устройство, преобразующее электрическую энергию переменного тока в постоянный. Основой выпрямителя являются полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, транзисторы. В зависимости от используемых полупроводников выпрямитель может быть неуправляемым и управляемым.

37. 
    Однофазный двухполупериодный выпрямитель.
    

Двухполупериодный выпрямитель — устройство или контур, проводящий ток в течение обеих половин цикла переменного тока.

Двухполупериодный выпрямитель состоит из трансформатора с центральным отводом вторичной обмотки, двух диодов и сопротивления нагрузки. Схема двухполупериодного выпрямителя.

38. 
    Трёхфазный выпрямитель.
    

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат.

Принцип работы трехфазного выпрямителя

Принцип работы любого преобразователя синусоидального напряжения основан на выпрямительных свойствах особого полупроводникового элемента -кремниевого диода. При протекании через него переменного тока положительная полуволна свободно «проходит» через рабочий электронный переход, смещенный в прямом направлении. При воздействии отрицательной полуволны электроны встречают препятствие в виде потенциального барьера, так что ток через переход течь не может.

39. 
    Сглаживающие фильтры.
    

Устройство для сглаживания пульсаций после выпрямления переменного тока. Простейшим сглаживающим фильтром является электролитический конденсатор большой ёмкости, включённый параллельно нагрузке.

40. 
    Транзисторы. Назначение, принцип действия, применение.
    

Назначение: его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным. В частности, его можно использовать как управляемую «заслонку»: отсутствием сигнала на «воротах» блокировать течение тока, подачей — разрешать.
Принцип действия: подключение к зажимам одноименного напряжения к эмиттеру и базе (p подсоединяется к «+», а n – к «-») приводит к появлению тока между эмиттером и базой. В базе образуются носители зарядов.

Применение: в качестве активных (усилительных) элементов в усилительных и переключательных каскадах. Реле и тиристоры имеют больший коэффициент усиления по мощности, чем транзисторы, но работают только в ключевом (переключательном) режиме.