Комерциалды емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Электротехниканың теориялық негіздері кафедрасы

  

 

 

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОНИКА НЕГІЗДЕРІ 1

5В073100 – «Қоршаған ортаны қорғау және өмір тіршілік қауіпсіздігі» мамандығының студенттеріне арналған әдістемелік нұсқау және есептеу-графикалық жұмыстарына тапсырмалар

 

 
 
 
 
 
Алматы 2011

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР:  Амиров Ж.К., Смагулова Г.К. Электротехника және электроника негіздері 1. 5В073100 – «Қоршаған ортаны қорғау және өмір тіршілік қауіпсіздігі» мамандығының студенттеріне арналған әдістемелік нұсқау және есептеу-графикалық жұмыстарына тапсырмалар. – Алматы: АЭжБУ, 2011.- 18 б.

 

Есептеу-графикалық жұмысқа тапсырмамен, әдістемелік нұсқау  ЕГЖ-ні безендіруден және тапсырмалардан, сұлбалардан, сонымен қатар электр тізбегінің параметрлерінен,  жұмысты орындау талаптарынан тұрады. ЕГЖ-ға тапсырмамен әдістемелік нұсқау Электротехника және электроника негіздері 1 типтік оқу бағдарламасына сәйкес келеді.

Без.5, кесте 8, әдеби. көрсеткіші.-9 атау, сұлба 10, сурет 5.

  

Пікір беруші: техн. ғыл. д-р., профессор Дюсебаев М.К.

  

«Алматы энергетика және байланыс университеті»  КЕАҚ 2011ж жоспар бойынша басылып шығарылады.

  

 

Ó «Алматы энергетика және байланыс университеті», КЕАҚ 2011ж.

 

1 Тапсырманы орындауға әдістемелік нұсқау       

 

«Электротехника» пәнінің негізгі сабақ түрінің бірі ол есептеу-графикалық тапсырмаларын орындау болып табылады.

   Студенттің орындау жұмысының нұсқауының нөмірі сынақ кітапшасының соңғы екі санымен және студенттің тегінің басқы әріпімен анықталады.

ЕГЖ тапсырамаларын орындауға келесі талаптар қойылады:

-    Негізгі шығарылу жолдары нақты және түсінікті болуы керек.

-    Суреттерді, сызбаларды, сұлбаларды сонымен қатар есептің берілген шарттарын мәтіннің дәл ортасына келтіру маңызды емес. Олар бөлек парақта, ұқыпты және масштабта оқуда ыңғайлы болу керек.

-    Калькуляторды пайдалана отырып шығарылған есептелу нәтижесі нақты болу қажет.

-    Тапсырмада студенттің қолы қойылып, орындалған уақыты белгіленуі керек.

-     Сынақтан өтпеген тапсырма қайтадан қарастырылып пікір берушінің алдыңғы берген ескертпесі мен бірге қайта өткізілуі тиіс. Пікір берілген мәтінде қатені түзетуге болмайды. Егер жұмыс дұрыс орындалмаған жағдайда, немесе оның бір ғана бөлігі ғана орындалса, онда қайта қарастылыған түзетілген мәтінді дәптерге жазып, түзетілген қатені көрсетуі керек.

ЕГЖ қорғалады егер, есептелуде қате болмаса және қойылған талаптар толығымен орындалған жағдайда.

Бақылау тапсырмасына берілген жұмыста, студент өзінің оқыған пәнін қаншалықты дәрежеде меңгергенін тексеруге көмектеседі, сонымен қатар өз ойларын қысқа әрі толық жеткізуге бейімделеді.   Осы мақсаттағы жетістікреге жету үшін келесі ережелерді қолданған дұрыс:

- Тапсырманы шешу барысында, қандай физикалық заңдар немесе есептеу кезінде қандай есептік әдістерді қолдануға болады, осы заңдар мен әдістерге байланысты математикалық жазылуларды келтіру керек.

- Есептеуге қандай әріптік символдарды пайдалануға болатындығын әбден ойлану керек. Әр берілген әріптік символды сөзбен немесе сұлбадағы сәйкес келетін белгілеулермен түсіндіру керек.

Есепті шығару кезінде алынған тоқ бағыттарын және түйіннің аталуын, кедергіні т.б өзгертуге болмайды. Шарт бойынша берілген белгіленулерді өзгертуге болмайды. Есепті әртүрлі әдіспен шығару кезінде берілген шаманы бір ғана әріптік символмен белгілеу керек.

Есептеуде анықталатын әр шаманы алдымен жалпы түрде шығарып, содан кейін алынған соңғы теңдіктің орнына сан мәндерін қойып, соңғы жауабын  өлшем бірлігімен бірге жазу керек.  Жүйелі теңдеулерді шешу кезінде, анықталатын шаманы  қысқарту әдістерін пайдалана отырып шешкен  жөн (мысалы, анықтауыштың белгісін жалпы көбейткішке келтіру арқылы немесе орнына қою әдісімен). 

- Есептеудің аралық және соңғы қорытындылары жалпы мәтінде нақты көрсетілуі тиіс.

- Есептің шешімі, барлық келтірілген алгебралық түрлендірулермен арифметикалық есептеулермен жүктемеленбеуі тиіс.

- Электрлік сұлбадағы элементтер үшін, электротехникадағы оқулықтарда қолданылған белгілеулерді пайдалануға болады. 

 - Есепті шешуде әр бөлімге түсініктеме беру қажет.

- Қисықтарды тұрғызуда, оның масштабын таңдап алғанда координата өсінің 1 см-не  1*10±n немесе 2*10±n физикалық шаманың өлшем бірлігі сәйкес келетіндей таңдап алу керек, мұндағы n – бүтін сан. Өстің өзгеруін орындауда нөлден бастап бірқалыпты бір немесе әр екі сантиметр сайын  өзгертеді. Қисық турғызуда, координатадағы нүкетелердің сандық мәндерін келтірмейді. Барлық сызбалар толығымен және бөлек қисықтар, сонымен бірге олардың әрқайсының аттары болуы тиіс.

 

2  Тапсырма №1. Үшфазалы тізбекті есептеу

 

Синусоидалды фазалық э.қ.к. бар симметриялы үшфазалы генераторға симметриялы жүктеме жалғанған.

Нейтрал сымы бар электр сұлбасы үшін,  сол нейтрал сым үзілген кезде  есептеу керек:

-    А, В, С фазаларындағы токтардың лездік мәндерін;

-          Нейтрал сымдағы тоқтың лездік мәнін;

-         активті, реактивті және толық қуаттарды;

-            2.1-2.10 суреттерде электр сұлбалары көрсетілген.

Генератордың фазалық э.қ.к. максималды мәні   ЕАm  және тізбектің параметрлерінің мәні  2.1-2.3 кестелерде келтірілген. Генератордың фазалық э.қ.к. негізгі жиілігі  f=50 Гц.

 

  2.1 К е с т е

Оқуға түскен жылы

Сынақ кітапшасының соңғы саны

Тақ

сұлба №  

1

2.1

2

2.2

3

2.3

4

2.4

5

2.5

6

2.6

7

2.7

8

2.8

9

2.9

0

2.10

 Жұп

Сұлба №  

0

2.1

9

2. 2

8

2.3

7

2.4

6

2.5

5

2.6

4

2.7

3

2.8

2

2.9

1

2.10

R1, Ом

10

8

14

9

15

20

18

22

16

12

L1, мГн

50

40

60

30

20

90

95

85

65

80

R3, Ом

40

30

45

44

35

35

55

45

70

80

L3, мГн

35

100

80

50

60

75

35

70

75

40

C3, мкФ

60

60

70

25

40

35

60

40

95

50

 

 2.2 К е с т е

Оқуға түскен жылы

Сынақ кітапшасының соңғысының алдыңғы саны

Тақ

0

2

4

6

8

9

7

5

3

1

Жұп

8

7

5

3

1

0

2

4

6

9

R2, Ом

30

45

60

40

25

100

70

80

45

65

L2, мГн

40

65

90

80

30

85

85

50

70

60

C2, мкФ  

20

80

75

50

60

90

95

85

35

35

  

  2.3 К е с т е

Оқуға түскен жылы

Тегінің басқы әріпі

Тақ

А,КХ

Б,Л,Ц

В,М,Ч

Г,НШ

Д,О,Щ

Е,ПР

Ж,С,З

Т,Э,И

У,Ю

Ф,Я

Жұп

Б,ИЗ

Ж, Е

Д,Г,В

А, Ф

У,Т,С

Р,ПО

Н,М,Л

К,ЯЮ

Э,Щ,Ч

Ш,Ц,Х

EАm, В

380

120

220

360

270

110

127

200

100

260

 

                                             2.1 Сұлба

 

                                               2.2 Сұлба

 

                                                      2.3 Сұлба

                                             2.4 Сұлба

                                            2.5 Сұлба

                                                    2.6 Сұлба

                                                                                2.7 Сұлба

 

 

                                                         2.8 Сұлба

                                                              2.9 Сұлба

                                                       2.10 Сұлба

 

3 Тапсырма №2.  Қысқа тұйықталғын роторлы сипаттамалық

үшфазалы асинхронды қозғалтқышты есептеу    

 

Қысқа тұйықталған роторлы асинхронды қозғалтқыш желіден Uс сызықты кернеумен қоректенеді. (3.1–3.3) кестелерде қозғалтқыш парметрлерінің мәндері көрсетілген: Pн номиналды қуат, nн айналу жиілігі, hн пайдалы әсер коэффициенті, cos j1н номиналды жүктеме кезіндегі қуат коэффициенті, Ммах / Мн максимал моменттің ара қатынасы, Iп / Iн іске қосылу тоғының ара қатынасы. Статор орамасының номиналды фазалық кернеуі U1ф = 220 В.

 Талап етіледі:

1) үшфазалы желіге жалғанған асинхронды қозғалтқыштың сұлбасын салу;

2) статор орамасының жалғану әдісін анықтау; сонымен қатар  қозғалтқыштың фазалық және сызықтық тоқтарын; статор орамасының полюстер санын; номиналды сырғанау және номиналды момент; критикалық сырғанау; іске қосу тоғының мәндерін анықтау керек;

3) сырғанаудың  0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 мәндері кезіндегі қозғалтқыштың айналу моментінің мәнін анықтау;

4) асинхронды қозғалтқыштың n2(M) механикалық сипаттамасының сызбасын салу керек.

 

         3.1 К е с т е

Оқуға түскен жылы

Сынақ кітапшасының соңғы саны

Тақ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

 Жұп

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

 Uл, В

380

220

380

220

380

220

380

220

380

220

 Pн, кВт

15

25

20

30

25

35

45

55

40

45

 

         3.2 К е с т е

Оқуға түскен жылы

Сынақ кітапшасының соңғысының алдыңғы саны

Тақ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Жұп

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 nн, айн/мин

3000

1500

1000

750

950

1500

600

1000

1400

500

 

         3.3 К е с т е

Оқуға түскен жылы

Тегінің басқы әріпі

Тақ

АЛХ

БМЦ

ВНЧ

ГОЩ

ДПШ

ЕРЭ

ЖСЮ

ЗТЯ

ИУ

КФ

 

Жұп

ЕРЭ

АЛХ

ЖСЮ

БМЦ

ЗТЯ

ВНЧ

ИУ

ГОЩ

КФ

 

ДПШ

 cоs j1н

0.91

0.86

0.86

0.82

0.87

0.9

0.81

0.89

0.9

0.75

 Mмах / Mн

2. 5

3

2

2

2

2.3

1.9

2.3

2.5

1.8

 Iп / Iн

7. 5

7.5

6

6

5

6.5

6

6.5

7

6

 

4 Тапсырма №3. Операционды күшейткіштері бар сұлбаның

параметрлерін есептеу  

 

Инверторлы және инверторлы емес күшейткіштердің сұлбалары (4.1, 4.2 суреттер)  сондай-ақ кіріс сигналдары  u(t) = U0 және u(t)=UmSinwt берілген. 4.1 кестеде күшейткіш парметрлері берілген. Операционды күшейткіш қоректену кернеуі 15 В.

         Анықтау керек:

        - Күшейту коэффициентін.

        - Um амплитудалы кіріс синусоидалды сигналы бар.

        - U0 кернеуі бар кіріс тұрақты сигналы бар кезіндегі.

        - Күшейткіштердің кіріс және шығыс сигналдарының уақыттық диаграммаларын салу керек.

 

  4.1   Сурет                                                       4.2 Сурет                   

 

   4.1 К е с т е

Оқуға түскен жылы

Сынақ кітапшасының соңғы саны

Тақ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Жұп

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

 Um, В

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

 U0, В

0.3

0.8

1.2

1.8

2.2

2.7

3.2

3.8

4.2

4.8

R1,кОм

0.47

1

1.2

1.3

1.5

1.8

2

2.2

2.4

2.6

R2,кОм

12.5

12

10

8.2

7.2

6.9

6.2

5.9

5.6

5.1

 

 

5 Әдістемелік нұсқау

 

1 Үшфазалы электр тізбегіндегі симметриялы режімді есептеудің мысалы

Белгілі:  Uл=380 В  сызықты кернеу және жүктеменің фазалық толық комплексті кедергісі Zн=100ej30°, Ом.

Фазалық және сызықтық тоқтар мен кернеулерді есептеп, кернеулердің топографиялық ал тоқтардың векторлық сызбасын салу керек.

 

 

 

 

 

 

 

  

  5.1 Сурет

Жұлдызша жалғану кезінде, төмендегі көрсетілген фазалық және сызықтық тоқтар мен кернеулердің байланысы дұрыс

,

.

Әдетте, фазалық кернеу .

Фазалық кернеулердің комплексті әсерлік мәнін жазамыз

,  , .

Сызықтық кернеулердің комплексті әсерлік мәндері

,

,

.

Тізбек аймағы үшін Ом заңы бойынша жүктемедегі фазалық және сызықты тоқтарды есептейміз

.

Симметриялы режімде «B» және «C» фазасындағы тоқтар «A» фазасындағы тоқтан – 120° және +120° өзгеше болады, сәйкесінше

, .

Нөлдік сымдағы тоқ .

5.2 суретте симметриялы режімдегі үшфазалы тізбек үшін тоқтардың векторлық диаграммасы мен кернеулердің топографиялық диаграммасы  көрсетілген.

 

  5.2 Сурет

 

2 Асинхронды қозғалтқыштың статор орамасының жалғану әдісі желідегі сызықты кернеудің шамасымен анықталады. Желідегі кернеу 380 В кезінде орама сұлбада жұлдызша жалғанады, ал кернеу 220В кезінде сұлба бойынша үшбұрышша жалғанады.

Асинхронды қозғалтқышта пайдалы қуатты желіден тұтынатын активті қуатты түрлендіру арқылы алады, ал бұл қуаттың мәнін келесідей түрде жазуға болады

 

P1= 3 UФ Iф cоs j1,

мұндағы P1 – желіден қоректенетін қозғалтқыштың активті қуаты, Вт; UФ – фазалық кернеу, В; Iф – статор орамасының фазалық тоғы, А; cоs j1 – асинхронды қозғалтқыштың қуат коэффициенті.  

Осы теңдеуден қозғалтқыштың сызықты және фазалық тоқтарын анықтауға болды.

Асинхронды қозғалтқыштың активті қуаты пайдалы әсер коэффициентінің теңдеуінен анықталады

 .

 Мұндағы  h –асинхронды қозғалтқыштың пайдалы әсер коэфициенті, %; Р2 = Рн  – қозғалтқыштың пайдалы қуаты, Вт.

Асинхронды қозғалтқышпен жұмыс істеу кезінде ротордың айналу жиілігі статор өрісінің айналу жиілігінен аз болады, бұл сырғанаудың айырмашылығы арқылы бөлінеді 

,

 мұндағы S –  асинхронды қозғалтқыштың сырғанауы, о. е.; n2 – ротордың айналу жиілігі, айн/мин; n1 – статор өрісінің айналу жиілігі,  келесі теңдеу арқылы анықталады

,

мұндағы ¦ –қоректенетін кернеудің жиілігі, Гц; p – асинхронды қозғалтқыштың статор орамасының полюстер саны.

Асинхронды қозғалтқыштың білігіндегі механикалық энергияны электр энергияға түрлендіру кезінде, пайдалы момент туындайды

,

мұндағы М2 – қозғалтқыштың білігідегі пайдалы момент, Нм.

Асинхронды қозғалтқыштың айналу моменті сырғанауға тәуелді және де ол Клосса теңдеуімен анықталады

 

,   

мұндағы Ммах – максималды момент, Нм; Sкр – максималды моментке сәйкес келетін критикалық  сырғанау.  

Қозғалтқыштың Ммах максимал моментінің Мн номинал моментке қатынасы, максималды моменттің ара қатынасы деп аталады  

 

 .

Клосса теңдеуінен қозғалтқыштың номинал моментінің мәні бойынша және сырғанау арқылы критикалық сырғанауды анықтаймыз.

                                   .

Клосса теңдеуінің негізінде, сырғанаудың әртүрлі мәні кезінде айналу моментін анықтап, асинхронды қозғалтқыштың n2(M) механикалық сипаттамасын тұрғызуға болады.

 Мысал. Үшфазалы асинхронды қозғалтқыш желіден Uл = 220 сызықтық кернеумен қоректенеді. Қозғалтқыштың параметрлері берілген номиналды қуат Рн =1.5 кВт тең; айналу жиілігі nн = 1425 айн/мин, пайдалы әсер коэффициенті hн = 81.5 %; номиналды жүктеме кезіндегі қуат коэффициенті cоs j1н = 0.85; максималды моменттің ара қатынасы Mмах / Mн = 1.8; іске қосу тоғының ара қатынасы Iп / Iн = 6.5. Статор орамасындағы фазалық кернеу Uф = 220 В.

Анықтау керек: 1) статор орамасын пайдалану әдісі; 2)  қозғалтқыштың фазалық және сызықтық тоқтары; 3)  полюстер саны; 4) номиналды сырғанау және номиналды момент; 5) критикалық сырғанау; 6) іске қосылу тоғының мәні; 7)  сырғанаудың 0.03, 0.15, 0.25, 0.5, 0.75, 0.9. 1.0 кезіндегі айнал моментінің мәні; 8) асинхронды қозғалтқыштың n (M) механикалық сипаттамасының сызбасын салу.

 

Шешеуі. Желідегі сызықтық кернеу мен ораманың кернеуі тең болғандықтан, асинхронды қозғалтқыштың статор орамасы сұлбада үшбұрышты жалғануы керек, 

Желіден қоректенетін қозғалтқыштың активті қуаты төменгі теңдеуден анықталады 

 

.

 Асинхронды қозғалтқыштың статор орамасындағы фазалық тоқ

 

.

Орама үшбұрышты жалғанған кездегі, желіден қоректенетін қозғалтқыштың сызықтық тоғы келесі қатынаспен анықталады

 

.

Қозғалтқыштың айналу жиілігі 1425 айн/мин, өрістің айналу жиілігі 1500 айн/мин берілген кездегі, полюстер санын  төменгі теңдеуден анықтаймыз

 

.

 Қозғалтқыштың номиналды сырғанауы

 

.

Номиналды жүктеме кезіндегі қозғалтқыштың білігіндегі пайдалы моментті анықтау теңдеуі

 

 

Клосса теңдеуінен, номиналды жұмыс режімі үшін, критикалық сырғынауды анықтау

.

Берілген қатынас үшін максималды моментті анықтау

                            

Сырғанау S = 0.03 кезіндегі асинхронды қозғалтқыштың айналу моментін Клосса формуласына негізделе отырып анықтайды

.

Осы сырғанау кезіндегі ротордың айналу жиілігі

 

.

Басқа берілген сырғанау үшін, айналу моменті мен қозғалтқыштың айналуы қарапайым түрде анықталады, 5.1 кестеде есептеу қорытындысы келтірілген.

 

  5.1К е с т е - Қозғалтқыштың айналу жиілігі мен айналу моменті

 S,  o.e.

 0.03

 0.05

 0.15    

 0.165

 0.25

 0. 5

  0.75

  0.9

  1.0 

 n2, об/мин

 1455

 1425

 1275

 1252

 1125

 750

  375

  150

    0

 М,  Нм

  6.37

 10.05

 17.32

 18.1

 16.64

 10.77

  7.6

  6.42

 5.81

 

5.1 кестеде көрсетілген қорытынды бойынша, асинхронды қозғалтқыштың механикалық сипаттамасының n2 =¦(M) сызбасын саламыз (5.3 суретті қара). 

 

 

  5.3 Сурет - Қозғалтқыштың механикалық сипаттамасы

 

Қозғалтқышты іске қосу кезінде сызықтық және фазалық тоқтарды  номиналды тоққа  қатынасынан анықтаймыз

    .

         Қорытынды. Номиналды тоқ кезіндегі 3.28 А асинхронды қозғалтқыштың статор орамасы сұлбада жұлдызша жалғанған кезде іске қосылу режімінде сызықты тоқ 36.92 А дейін өседі, ал фазалық тоқ 21.32 А жетеді. 

 

5.3 кері байланыстағы инверторлы күшейткіштің коэффициенті тең болады

 

кері байланыстағы инверторлы  емес күшейткіштің коэффициенті тең болады

 

.       

  

Әдебиеттер тізімі

 

1. Электротехника и электроника: Учебник для вузов. В 3-х кн. Кн.3.

2. . Электрические измерения и основы электроники. /Под ред. проф. В. Г. Герасимова. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 432 с.

3. Сборник задач по электротехнике и основам электроники: Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов. Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: ВШ, 1987.

4. Касаткин А.С. Электротехника – М., 1969,1973,1983.

5. Электротехника./Под ред. Пантюшина. – М., 1976.

6. Мұхити И.М. Электротехника – А., 2005.

7. Бессонов Л.А. ТОЭ. Электрические цепи. – М., 2002.

8. Электротехника и электроника: Учебник для вузов. /Под ред. Б. И. Петленко. – М.: Академия, 2003. – 230 с

9. Данилов И.А., Иванов П.И. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. пособие – М.: ВШ, 2000. – 752 с. 

 

Мазмұны 

1 Тапсырманы орындауға әдістемелік нұсқау                                            3

2 Тапсырма№1. Үшфазалы тізбекті есептеу                                               5

3  Тапсырма№2. Қысқа тұйықталғын роторлы сипаттамалық

үшфазалы асинхронды қозғалтқышты есептеу                                          9

4  Тапсырма. №3 Операционды күшейткіштері бар сұлбаның

параметрлерін есептеу                                                                                  10

5 Әдістемелік нұсқау                                                                                    12

Әдебиеттер тізімі                                                                                          18

 

 

2011 ж. жиынтық жоспар, реті 100