Тема1. Электрическое поле. Расчет электрических цепей при последовательном, параллельном и смешанном соединении конденсаторов

Т.Н.ЛУКОЯНОВА

Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине

«Электротехника и электроника»

2016 г.

ВВЕДЕНИЕ

Подготовка в средней профессиональной школе специалистов технических специальностей, связанных с машиностроением в области электротехники и электроники, нацелена на то чтобы выпускники умели выбирать необходимые электротехнические, электронные и электроизмерительные устройства и могли их правильно эксплуатировать Задача средних специальных учебных заведений (ссузов) обеспечить все необходимые условия для овладения студентами профессионально значимыми компетенциями, развития конкретных личностных качеств будущего специалиста, определяющих его готовность к творческой профессиональной деятельности.

В этой связи при обучении дисциплине «Электротехника и электроника», в средних специальных учебных заведениях возникает необходимость дать студентам требуемые теоретические знания, выработать у них твердые практические навыки, в том числе исследовательского характера.

Настоящее учебное пособие предназначено для обучения студентов техникумом и колледжей дисциплине «Электротехника и электроника» по специальности «Технология машиностроения».

Содержание методических указаний соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования третьего поколения дисциплины «Электротехника и электроника».

Пример 1

Определите емкость батареи конденсаторов С1 = 2,8 мкФ, С2 = 0,3 мкФ, С3 = 0,5 мкФ, С4 = 2 мкФ, С5 = 6 мкФ, С6 = 3 мкФ, С7 = 5 мкФ, схема соединения которых дана на рис. 1.

С2
С1 С3 С5 С6
С5
С4 С7

Рис.1

Решение:

С234= С2+С3+С4; ;

С1 С234 С56
С5
С7

Рис.2

С567= С56 + С7;

С1 С234 С567
С5

Рис.3

Ответ: 1,2 мкФ.

Пример 2

Напряжение на зажимах цепи равно U = 100 В (Рис.4), емкости конденсаторов: С1 = 6 мкФ; С2 = 1,5 мкФ, С3 = С4 = 3 мкФ; С5 = 6 мкФ. Определите эквивалентную емкость батареи и напряжения на конденсаторах.

С1 С2 С3
С5
С4 С5

Рис.4

Решение:

1. С23 = ; 2. С45 = ;
3. С2345 = С23+С45; 4. ;
5. Q = Сэкв·U; 6. Q1= Q23 = Q;
7. Q23 = Q2 = Q3; 8. U1 = ;
9. U23 = U45= U – U1; 10. Q23= Q2 = Q3= С23·U23;
11. U2 = ; 12. U3 = ;
13. Q45 = С45U45; 14. Q45= Q4 =Q5;
15. U4 = ; 16. U5 = .

Ответ: 2 мкФ; 33,3 В; 44,5 В; 22,2 В; 44,5 В; 22,2 В.

Пример 3

К двум последовательно соединенным плоским конденсаторам с емкостями С1 = 4 мкФ и С2 = 12 мкФ подвели напряжение U, что вызвало появление на обкладках конденсаторов одинаковых зарядов Q = 0,003 Кл.

Изоляции и площади обкладок обоих конденсаторов, одинаковы, расстояние между обкладками первого конденсатора d1 = 3 мм. Определите напряжение на выводах обоих конденсаторов, общее напряжение, расстояние между обкладками второго конденсатора, емкость эквивалентного плоского конденсатора и расстояние между его обкладками, считая, площадь обкладок одинаковой у обоих конденсаторов.

Расчетные формулы:

U1 = ; U2 = ; U = U1+ U2; С = ;

С1 = ; С2 = ; ; d = d1+d2.

Ответ: 750 В; 250 В; 1000 В; 3 мкФ; 4 мм.

Пример 4

Определите напряжение на зажимах цепи и на каждом конденсаторе:

С1 = 2 мкФ; С2 = 3 мкФ; С3 = 6 мкФ. Заряд батареи конденсаторов Q = 200·10-6 Кл.

С1
С5
С2 С3

Ответ: 50 В; 33,3 В; 16,7 В.

Ответы

Тема 9

Пример 1

Ответ: 19745223 Гн-1.

Пример 2

Ответ: 6972 А

Пример 3

Ответ: w ≈ 2400 витков

Пример 4

Ответ: w ≈ 1776 витков

Пример 5

Ответ: ≈ 337 витков

Пример 6

Ответ: ≈ 437 витков

Список литературы

1. Полещук В.И. Задачник по электротехнике и электронике: учеб.пособие для студ. сред. проф.образования. – 4-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 224 с.

Т.Н.ЛУКОЯНОВА

Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине

«Электротехника и электроника»

2016 г.

ВВЕДЕНИЕ

Подготовка в средней профессиональной школе специалистов технических специальностей, связанных с машиностроением в области электротехники и электроники, нацелена на то чтобы выпускники умели выбирать необходимые электротехнические, электронные и электроизмерительные устройства и могли их правильно эксплуатировать Задача средних специальных учебных заведений (ссузов) обеспечить все необходимые условия для овладения студентами профессионально значимыми компетенциями, развития конкретных личностных качеств будущего специалиста, определяющих его готовность к творческой профессиональной деятельности.

В этой связи при обучении дисциплине «Электротехника и электроника», в средних специальных учебных заведениях возникает необходимость дать студентам требуемые теоретические знания, выработать у них твердые практические навыки, в том числе исследовательского характера.

Настоящее учебное пособие предназначено для обучения студентов техникумом и колледжей дисциплине «Электротехника и электроника» по специальности «Технология машиностроения».

Содержание методических указаний соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования третьего поколения дисциплины «Электротехника и электроника».

Тема1. Электрическое поле. Расчет электрических цепей при последовательном, параллельном и смешанном соединении конденсаторов

Устройство из двух изолированных друг от друга металлических проводников называют конденсатором. Простейший плоский конденсатор состоит из двух параллельно расположенных металлических пластин – обкладок, разделенных каким-либо диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с линейными размерами проводников. Если пластины конденсатора присоединены к источнику питания с постоянным напряжением U, то на них образуются равные по значению, но противоположные по знаку электрические заряды +Q и –Q. Отношение заряда одной из обкладок Q к приложенному напряжению называется емкостью: . Электрическое напряжение обозначается буквой U, единицей измерения служит вольт [В], единицей измерения емкости служит фарад [Ф], это емкость такого конденсатора, у которого при заряде каждой пластины в один кулон [Кл] напряжение между пластинами равно одному вольту.

Конденсаторы различаются формой электродов, типом диэлектрика (слюда, бумага, керамика) и емкостью. В электролитических конденсаторах диэлектриком служит тонкая пленка окиси алюминия с высокой диэлектрической проницаемостью. Такие конденсаторы имеют большую емкость при небольших размерах и применяются только в цепях постоянного тока. Каждый конденсатор характеризуется номинальной емкостью и напряжением, которое длительное время выдерживает его диэлектрик. Воздушные конденсаторы, состоящие из системы подвижных пластин и системы неподвижных пластин, применяются в качестве регулируемых небольших переменных емкостей.

Емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна проницаемости диэлектрика εа, площади пластин S и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами d: = , где εа - абсолютная диэлектрическая проницаемость; ε – диэлектрическая проницаемость среды показывающая, во сколько раз напряженность поля в вакууме больше, чем в диэлектрике; ε0 -электрическая постоянная [εо = = 8,85·10-12 ].

Для получения нужной емкости или при напряжении сети, превышающем номинальное напряжение, конденсаторы соединяются последовательно, или смешано. При последовательном соединении на электродах всех конденсаторов будут одинаковые заряды, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счет разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Обозначив заряд одного электрода через Q можно написать для двух последовательно

соединенных конденсаторов: U1 = и U2 = или: = + .

Эквивалентная емкость при последовательном соединении конденсаторов рассчитывается по формуле: . При параллельном соединении конденсаторов напряжения на всех конденсаторах одинаковы, а заряды в общем случае имеют разные значения. Заряд, полученный всеми параллельно соединенными конденсаторами равен сумме зарядов и соответственно эквивалентная емкость: С = С1+С2+..

Пример 1

Определите емкость батареи конденсаторов С1 = 2,8 мкФ, С2 = 0,3 мкФ, С3 = 0,5 мкФ, С4 = 2 мкФ, С5 = 6 мкФ, С6 = 3 мкФ, С7 = 5 мкФ, схема соединения которых дана на рис. 1.

С2
С1 С3 С5 С6
С5
С4 С7

Рис.1

Решение:

С234= С2+С3+С4; ;

С1 С234 С56
С5
С7

Рис.2

С567= С56 + С7;

С1 С234 С567
С5

Рис.3

Ответ: 1,2 мкФ.

Пример 2

Напряжение на зажимах цепи равно U = 100 В (Рис.4), емкости конденсаторов: С1 = 6 мкФ; С2 = 1,5 мкФ, С3 = С4 = 3 мкФ; С5 = 6 мкФ. Определите эквивалентную емкость батареи и напряжения на конденсаторах.

С1 С2 С3
С5
С4 С5

Рис.4

Решение:

1. С23 = ; 2. С45 = ;
3. С2345 = С23+С45; 4. ;
5. Q = Сэкв·U; 6. Q1= Q23 = Q;
7. Q23 = Q2 = Q3; 8. U1 = ;
9. U23 = U45= U – U1; 10. Q23= Q2 = Q3= С23·U23;
11. U2 = ; 12. U3 = ;
13. Q45 = С45U45; 14. Q45= Q4 =Q5;
15. U4 = ; 16. U5 = .

Ответ: 2 мкФ; 33,3 В; 44,5 В; 22,2 В; 44,5 В; 22,2 В.

Пример 3

К двум последовательно соединенным плоским конденсаторам с емкостями С1 = 4 мкФ и С2 = 12 мкФ подвели напряжение U, что вызвало появление на обкладках конденсаторов одинаковых зарядов Q = 0,003 Кл.

Изоляции и площади обкладок обоих конденсаторов, одинаковы, расстояние между обкладками первого конденсатора d1 = 3 мм. Определите напряжение на выводах обоих конденсаторов, общее напряжение, расстояние между обкладками второго конденсатора, емкость эквивалентного плоского конденсатора и расстояние между его обкладками, считая, площадь обкладок одинаковой у обоих конденсаторов.

Расчетные формулы:

U1 = ; U2 = ; U = U1+ U2; С = ;

С1 = ; С2 = ; ; d = d1+d2.

Ответ: 750 В; 250 В; 1000 В; 3 мкФ; 4 мм.

Пример 4

Определите напряжение на зажимах цепи и на каждом конденсаторе:

С1 = 2 мкФ; С2 = 3 мкФ; С3 = 6 мкФ. Заряд батареи конденсаторов Q = 200·10-6 Кл.

С1
С5
С2 С3

Ответ: 50 В; 33,3 В; 16,7 В.

refamdu.ostref.ru refaomp.ostref.ru referatuik.nugaspb.ru refalsk.ostref.ru Главная Страница