К экзамену Э

Для студентов энергомашиностроительного факультета.

Контрольные вопросы к экзамену по дисциплине

«Электротехника и электроника»

1. Электропривод. Определение, блок-схема. Достоинства и недостатки по сравнению с приводом на основе двигателя внутреннего сгорания. Уравнение движения электропривода. Приведение момента сопротивления и моментов инерции нагрузки к валу двигателя. Выражения t(Ω) и для времени переходного механического процесса.

2. Конструкции асинхронного двигателя (АД). Устройство статора. Устройство короткозамкнутого и фазного роторов. Значения w₂, k_об2.

3. Вращающееся магнитное поле обмотки статора АД. Доказательство вращения результирующей МДС обмотки статора аналитическим или графоаналитическим способом. Выражения для такой МДС и скорости ее вращения n₀. Обеспечение реверса вращения.

4. Принцип действия АД. Логическая последовательность явлений в АД. Применение правил правой и левой руки для определения направлений ЭДС и тока в обмотке ротора, вращающего момента. Скольжение s, его предельные значения.

5. Вывод выражений для ЭДС обмотки статора и ротора АД. Частота электромагнитных процессов в обмотке ротора f₂ и скорость вращения магнитного поля ротора. Уравнение баланса МДС обмоток статора и ротора. Принципиальные сходства и отличия АД и трансформатора.

6. Схемы замещения и уравнения электрического равновесия электрических цепей статора и ротора АД. Приведение обмотки ротора к обмотке статора. Единая схема замещения АД. Выражения для тока ротора и приведенного тока ротора.

7. Энергетическая диаграмма АД. Различные мощности и потери мощности. Выражения для КПД η. Условие максимума КПД и его обеспечение. Графики η(Р₂) и cosφ(P₂).

8. Вывод выражений для электромагнитного момента АД М_эм(r₁, r₂', x_k, s), исходя из энергетической диаграммы АД, и для М_эм(I₂, Ψ₂), учитывая баланс мощностей в роторе.

9. Исследование выражения для электромагнитного момента АД М_эм(s). Критическое скольжение s_кр и максимальный электромагнитный момент M_max. Формула Клосса М_эм(s) и выражение s_кр(s_н, M_max/M_н). Выражения для I₂(s), I₂' (s), М_эм(s), М_эм(I₂') для малых (рабочих) значений скольжения s.

10. Выражения, связывающие М₂ и М_эм, I₁ и I₂'. Механические и электромеханические характеристики АД: n(M_эм), n(I₂), n(M₂), n(I₁). Типичные значения для М_п/М_н, М_max/М_н, I_1х/I_1н, I_1п/I_1н, n/n₀.

11. Построение механической характеристики АД по каталожным данным. Определение координат характеристики для идеального холостого хода, номинального, критического режимов и пуска АД. Определение координат для любых значений скольжения.

12. Особенности работы АД при повышенном и пониженном напряжении питания. Формулы для Ф, s, n, I₂', I₁, график для Ф(I_1х), показывающие изменение соответствующих характеристик.

13. АД с улучшенными пусковыми свойствами. АД с фазным ротором: устройство, естественные и искусственные механические и электромеханические характеристики, выражения для и . АД с короткозамкнутой обмоткой ротора, имеющей повышенное сопротивление: особенности пускового и номинального режимов, применение.

14. Пуск АД. Способы и электрические схемы для пуска АД с короткозамкнутым ротором. Ступенчатый пуск АД с фазным ротором: схема электрической цепи ротора, искусственные и естественная механические характеристики, соответствующие разгону АД.

15. Регулирование скорости вращения вала АД. Три способа регулирования, вытекающие из полного выражения для скорости вращения. Схемы, естественная и искусственные механические характеристики, блок-схема преобразователя частоты. Оценка способов регулирования по шести критериям.

16. Тормозные режимы АД. Признак и виды таких режимов, условия для их возникновения. Уравнения баланса моментов, механические характеристики, значения скольжения. Электрическое торможение АД, в том числе динамическое торможение.

17. Достоинства и недостатки трехфазных АД различных типов, области их применения.

18. Однофазные АД без пусковой обмотки и с пусковой обмоткой. Устройство, электрические схемы, токи, магнитные потоки, принцип действия, механические характеристики. Достоинства и недостатки однофазных АД, область их применения.

19. Конструкция синхронного двигателя (СД). Устройство статора. Устройство ротора двух типов. Питание обмотки ротора. Двухступенчатый пуск СД.

20. Магнитный поток возбуждения СД. ЭДС, ток, магнитные потоки статора. Принцип действия СД. Угол θ_δ между магнитными потоками статора и ротора и зависимость его от нагрузки СД. Изображение этих потоков и угла θ_δ.

21. Уравнение электрического равновесия в электрической цепи обмотки статора СД, схема её замещения. Векторные диаграммы для случая < 0. Влияние тока возбуждения на углы φ и θ. Вывод выражений , . Угловая и механическая характеристики СД. Значения и M_max/M_н.

22. Энергетическая диаграмма СД. Различные мощности и потери мощности. Выражение для КПД . Условие максимума КПД и его обеспечение. Графики , .

23. Достоинства и недостатки СД, области их применения.

24. Конструкция двигателя постоянного тока (ДПТ). Назначение и исполнение всех элементов конструкции. Особенности схемы якорной обмотки и её внешние соединения.

25. Электрическая схема замещения якорной обмотки и щёточно-коллекторного узла (ЩКУ). Принцип действия ДПТ. Необходимость, сущность и результаты коммутации секций якорной обмотки с помощью ЩКУ. Применение правил правой и левой руки для определения направлений ЭДС и тока якоря, вращающего момента.

26. Реакция якоря и её влияние на работу ДПТ. Магнитный поток реакции якоря. Негативные явления в короткозамкнутых контурах при коммутации секций якорной обмотки. Три способа компенсации реакции якоря.

27. Вывод выражений для ЭДС и электромагнитного момента ДПТ. Выражения для числа проводников и тока в ветвях якорной обмотки. Формула Максвелла для ЭДС проводника, перемещаемого в магнитном поле, и формула Ампера для силы, действующей на проводник с током. Конечные выражения для и .

28. Электрические схемы ДПТ различных видов возбуждения. Аналитические и графические зависимости , для различных ДПТ, учитывающие значение I_max/I_н.

29. Уравнение электрического равновесия в электрической цепи якорной обмотки ДПТ. Аналитические и графические естественные электромеханические и механические характеристики n(I), n(M) шунтовых, сериесных и компаундных ДПТ, учитывающие значение I_max/I_н. Недопущение разноса ротора в сериесных ДПТ.

30. Пуск ДПТ. Прямой пуск. Ступенчатый пуск: схема электрической цепи ротора, искусственные и естественная механические характеристики, соответствующие разгону ДПТ. Пуск с изменяемым напряжением питания по схемам УВ – Д, Г – Д.

31. Регулирование скорости вращения вала ДПТ. Три способа регулирования, вытекающие из выражений для механических характеристик ДПТ. Схемы регулирования, естественные и искусственные механические характеристики шунтовых и сериесных ДПТ, учитывающие значения I_max/I_н. Оценка способов регулирования по шести критериям.

32. Тормозные режимы ДПТ. Признак и виды таких режимов, условия для их возникновения. Выражения для тока якоря. Уравнения баланса моментов, механические характеристики. Электрическое торможение ДПТ, в том числе динамическое торможение.

33. Энергетическая диаграмма ДПТ. Различные мощности и потери мощности. Выражение для КПД η. Условия максимума КПД и его обеспечение. График η(Р₂).

34. Достоинства и недостатки ДПТ различных типов, области их применения.

35. Шесть критериев оценки качества регулирования скорости вращения вала электродвигателей.

36. Выбор типа электродвигателя для электропривода в зависимости от условий применения.

37. Расчет мощности электродвигателя для длительного режима работы S1 (номинального или близкого к нему). Расчет мощности при М_с= const. Расчет мощности при М_с≠ const методом средних потерь и методом эквивалентного момента. Выбор электродвигателя по каталогу и проверка его работоспособности при пониженном напряжении питания.

38. Расчет мощности электродвигателя для кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы S2 и S3. Особенности теплового режима для S2 и S3. Вывод выражений для момента. Выражение для мощности электродвигателя. Выбор электродвигателя по каталогу и проверка его работоспособности при пониженном напряжении питания.

39. p-n переход. Устройство, принцип действия. Полупроводниковый диод. Устройство. ВАХ. Качественные и предельные характеристики.

40. Функциональная схема вторичного источника электропитания. Назначение всех частей схемы. Выпрямитель с одним диодом. Схема, принцип действия. Осциллограмма u_H(t), выражения для U_нср и пульсации q.

41. Однофазный мостовой выпрямитель. Схема, принцип действия. Осциллограмма u_н(t), выражения для U_нср и пульсации q.

42. Трехфазный мостовой выпрямитель. Схема, принцип действия. Осциллограмма u_н(t). Выражения для U_нср и пульсации q.

43. Индуктивный и емкостный фильтры выпрямленного напряжения. Схемы включения. Принцип действия. Выражения, поясняющие их работу, осциллограммы u_н(t). Графики U_нср(I_нср), q(I_нср) для выпрямителей и выпрямителей с фильтрами (q – пульсация u_н(t)).

44. Стабилитрон. ВАХ, качественные и предельные характеристики. Стабилизатор напряжения. Схема, принцип действия. Расчет режима работы графоаналитическим и аналитическим методами.

45. Тиристор. Устройство, схема включения, принцип действия. ВАХ, качественные и предельные характеристики. Способы включения и выключения.

46. Тиристорный мостовой выпрямитель с регулированием выпрямленного напряжения. Схема, принцип действия. Осциллограмма u_н(ω∙t). Регулировочная характеристика U_нср(α): выражение, график (α – угол включения тиристора).

47. Биполярный транзистор. Типы, изображения. Устройство, модель. Принцип действия (описание процессов и состояний для случаев и ). Соотношения между токами , , .