Задачи по дисциплине "Электроника"

1. Электронный усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению Ku = 40 dB.

Требуется определить, какова будет величина выходного напряжения Uвых, если напряжение входного сигнала равно Uвх. = 20 мВ.

Решение:

Т.к., по определению Ku(dB) = 20lg(Uвых./Uвх.), то:

Uвых. = 10^(Ku/20) * Uвх. = 10^(40/20) * 20 = 10² * 20 = 2000 мВ = 2 В.

Ответ: Входное напряжение Uвх. = 20 мВ будет усилено до величины Uвых.=2 В.

2. Электронный усилитель содержит 2 последовательно-включенных каскада., Коэффициенты усиления каскадов по напряжению соответственно равны: Ku₁=25dB, Ku₂=15dB.

Требуется определить коэффициент усиления всего усилителя Ku, выразив его в обычных и логарифмических (dB) единицах измерения.

Решение:

При последовательном соединении каскадов логарифмические коэффициенты суммируются, поэтому Ku(dB) = Ku₁(dB) + Ku₂(dB) = 25 +15 = 40 dB;

по определению - Ku(dB) = 20lg(Uвых./Uвх.), следовательно:

Ku = Uвых./Uвх. = 10^(Ku/20) = 10^(40/20) = 10² = 100.

Ответ: Усилитель обеспечивает усиление входного сигнала по напряжению на 40dB или в 100 раз.

3. Электронный усилитель содержит 2 последовательно-включенных каскада., Коэффициенты усиления каскадов по напряжению и току соответственно равны: Ku₁=10, Ki₁=10 и Ku₂=1, Ki₂=10

Требуется определить коэффициенты усиления всего усилителя Ku, Ki, выразив их в обычных и логарифмических (dB) единицах измерения.

Решение:

При последовательном соединении каскадов общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления каскадов.

Ku = Uвых./Uвх = Ku_{1 *} Ku₂ = 10 *1 = 10  200.

Ki = Iвых./Iвх = Ki_{1 *} Ki₂ = 10 *10 = 100

по определению:

Ku(dB) = 20lg(Uвых./Uвх.) = 20lg(10) = 20 dB.

Ki(dB) = 20lg(Iвых./Iвх.) = 20lg(100) = 40 dB.

Ответ: Усилитель обеспечивает усиление входного сигнала по напряжению в 10 раз или на 20dB, по njre в 100 раз или на 40dB.

4. Электронный усилитель мощности имеет, коэффициент усиления по напряжению Ku=10 и коэффициент усиления по току Ki=100.

Требуется определить коэффициент усиления по мощности Kp, выразив его в обычных и логарифмических (dB) единицах измерения.

Решение:

По определению Kp = Pвых./Pвх. = (Uвых.*Iвых.)/(Uвх.*Iвх.) = Ku*Ki= =10*100 = 1000.

Kp(dB) = 10lg(Pвых./Pвх.) = 10lg(Kp) = 10lg(1000) = 30 dB.

Ответ: Усилитель обеспечивает усиление входного сигнала по мощности в 1000 раз или на 30dB.

5. Электронный усилитель мощности имеет, коэффициент усиления по напряжению Ku=20dB и коэффициент усиления по току Ki=40dB.

Требуется определить коэффициент усиления по мощности Kp, выразив его в обычных и логарифмических (dB) единицах измерения.

Решение:

По определению Kp = Pвых./Pвх. = (Uвых.*Iвых.)/(Uвх.*Iвх.) = Ku*Ki,

при этом Ku(dB) = 20lg(Ku), Ki(dB) = 20lg(Ki), т.е.

Ku =10^(Ku/20) = 10^(20/20) = 10, Ki =10^(Ki/20) = 10^(40/20) = 100,

Kp = Pвых./Pвх. = (Uвых.*Iвых.)/(Uвх.*Iвх.) = Ku*Ki= =10*100 = 1000.

Kp(dB) = 10lg(Pвых./Pвх.) = 10lg(Kp) = 10lg(1000) = 30 dB.

Ответ: Усилитель обеспечивает усиление входного сигнала по мощности в 1000 раз или на 30dB.

6. Диодный мостовой выпрямитель питается от стандартной сети 220В/50Гц и нагружен на резистор сопротивлением 270 Ом.

Необходимо определить требования к основным параметрам диодов (Iпр.max и Uобр.max), используемым в данном выпрямителе.

Решение:

__

Uобр.max  Uсети ампл.= Uсети действ. * 2  220 * 1,41  311 В;

Iпр.max  (Uсети ампл. - 2Uпр.max диода) / Rн;

поскольку Uпр.max диода  1 В << Uсети ампл.,

Iпр.max  Uсети ампл / Rн = 311 / 270  1,15 А.

С учетом возможных колебаний сетевого напряжения, а так же округленности справочных данных электронных элементов, можно округлить искомые величины в сторону увеличения.

Ответ: В данном выпрямителе могут быть использованы диоды, паспортные данные, которых удовлетворяют следующим требованиям: Iпр.max  1,2 -:- 1,5 А, (расчетное - 1,15 А), Uобр.max  350 -:- 400 В (расчетное - 311 В).

7. Однофазный мостовой выпрямитель собран на диодах типа КД202В (Iпр.max=5A, Uобр.max=100B, Uпр.max=1.0B) питается переменным синусоидальным напряжением 36В/50Гц. Величина тока нагрузки выпрямителя Iн может меняться в диапазоне от Iнmin=1A до Iнmax=4A.

Требуется определить - какая мощность P_VD рассеивается на одном диоде выпрямителя в режиме минимальной и максимальной нагрузки.

Решение:

Мощность, рассеиваемая на диоде при протекании через него прямого постоянного тока равна P=Iпр*Uпр. В однофазном мостовом выпрямителе ток одновременно (в течение одного полупериода) протекает только через 2 из 4-х диодов - т.е. каждый диод "греется" только в течение каждого полупериода работы выпрямителя.

Поскольку величина токов нагрузки выпрямителя (а значит и токов диодов) сопоставима с Iн.max, можно принять Uпр.=Uпр.max. Таким образом:

P_VDmin = Iнmin*Uпр.max/2=1*1/2=0.5 Вт;

P_VDmax = Iнmax*Uпр.max/2=4*1/2=2.0 Вт;

Примеч._ следует проверить условие: Uоб.max=100 В > Uсети ампл.=Uсети деств.*2 =51 В. В данном случае условие выполняется.

Ответ: На каждом диоде выпрямителя рассеивается мощность от P_VDmin = 0.5 Вт (при Iнmin=1 A) до P_VDmax = 2 Вт (при Iнmax=4 А).

8 . В усилителе, схема которого приведена на рисунке использован ОУ типа К140УД8А, имеющий следующие основные параметры: Kuоу=50000, Rвх.оу=1 МОм, Rвых.оу=200 Ом. Uпит.=15В, Uвых.max=10В Сопротивления резисторов: R₁=12кОм, R₂=180кОм.

Требуется определить параметры схемы: коэффициент усиления по напряжению Ku, входное и выходное сопротивления Rвх. и Rвых.

Решение:

Приведена схема инвертирующего усилителя. Поэтому:

Ku = - R₂/R₁ = - 180/12 = - 15;

Rвх.= R₁ = 12кОм;

Rвых.=Rвых.оу/(1+Kuоу.*R₁/(R₁+R₂))=200/(1+50000*12/(12+180))0,064Ом.

Ответ: Усилитель имеет следующие параметры Ku=-15, Rвх.=12кОм, Rвых.=0,064Ом.

9 . В усилителе, схема которого приведена на рисунке использован ОУ типа К140УД8А (Kuоу=50000, Rвх.оу=1МОм, Rвых.оу=200 Ом, Uпит.=15В, Uвых.max=10В). Сопротивления резисторов: R₁=12кОм, R₂=180кОм.

Требуется определить максимальный уровень входного напряжения Uвх.max, которое будет усиливаться без искажений формы сигнала.

Решение:

Приведена схема инвертирующего усилителя. Поэтому:

Ku = - R₂/R₁ = - 180/12 = - 15;

максимальный уровень выходного сигнала Uвых.max=10В, отсюда - Uвх.max=Uвых.max/Ku=(10/15)  0,667В

Ответ: максимальный уровень входного сигнала, усиливаемого без искажений Uвх.max  0,667В.

При Uвх > 0.667B, в выходном сигнале возникнет искажение типа "насыщение".

1 0. В усилителе, схема которого приведена на рисунке использован ОУ типа К140УД8А, имеющий следующие основные параметры: Kuоу=50000, Rвх.оу=1 МОм, Rвых.оу=200 Ом. Uпит.=15В, Uвых.max=10В Сопротивления резисторов: R₁=12кОм, R₂=180кОм.

Требуется определить параметры схемы: коэффициент усиления по напряжению Ku, входное и выходное сопротивления Rвх. и Rвых.

Решение:

Приведена схема неинвертирующего усилителя. Поэтому:

Ku =(R₁+R₂)/R₁ = (12+180)/12 = 16;

Rвх.=Rвх.оу*Kuоу.*R₁/(R₁+R₂)=10⁶*5*10⁴*12/(12+180)=3,125*10⁹3,12ГОм;

Rвых.=Rвых.оу/(1+Kuоу.*R₁/(R₁+R₂))=200/(1+5*10⁴*12/(12+180))0,064Ом.

Ответ: Усилитель имеет следующие параметры Ku=16, Rвх.=3,12ГОм, Rвых.=0,064Ом.

1 1. В усилителе, схема которого приведена на рисунке использован ОУ типа К140УД8А (Kuоу=50000, Rвх.оу=1МОм, Rвых.оу=200 Ом, Uпит.=15В, Uвых.max=10В). Сопротивления резисторов: R₁=12кОм, R₂=180кОм.

Требуется определить максимальный уровень входного напряжения Uвх.max которое будет усиливаться без искажений формы сигнала.

Решение:

Приведена схема неинвертирующего усилителя. Поэтому:

Ku =(R₁+R₂)/R₁ = (12+180)/12 = 16;

максимальный уровень выходного сигнала Uвых.max=10В, отсюда - Uвх.max=Uвых.max/Ku=(10/16) = 0,625В

Ответ: максимальный уровень входного сигнала, усиливаемого без искажений Uвх.max = 0,625В.

При Uвх > 0.625B, в выходном сигнале возникнет искажение типа "насыщение".

1 2. Схема транзисторного каскада приведена на рисунке. Параметры схемы: Rб=120кОм, Rк=620 Ом, Еп=+12,6 В. Транзистор VT - кремниевый - =100.

Требуется определить постоянное напряжение Uк_.

Решение:

Приведена схема транзисторного каскада ОЭ с фиксацией тока базы. Т.к. транзистор кремниевый, то принимается Uбэ=0,6В. Тогда:

Iб_ = (Еп - Uбэ)/Rб = (12,6 - 0,6)/120 = 0,1мА.

Iк_ = *Iб = 100*0,1 = 10мА.

Uк_ = Еп - Iк_*Rк = 12,6 - 10*0,62 = 6,4 В.

Ответ: Постоянное напряжение Uк_=6,4 В.

Поскольку Uк_=6,4 В. Еп/2, то каскад находится в режиме "А".

1 3. В транзисторном ключе, выполненном по приведенной на рисунке схеме использован транзистор типа КТ630Е (=250, Iкmax=1A, Uкэmax=60В, Pmax=0.8Вт,Iбmax=200мА). Другие параметры схемы: Eп=12В, R=1кОм, Rк=100 Ом.

Требуется определить - какую номинальную (габаритную) мощность Р_Rкном должен иметь резистор Rк

Решение:

Максимальная мощность рассеивается на резисторе Rк при замкнутом состоянии ключа (транзистор VT- насыщен). При этом, ток коллектора Iк - максимален и равен:

Iк=Iкнас. Eп/Rк=12/100=0,12А,

Р_Rк= Iк2*Rк=0,122*100=1,44Вт;

Примеч. следует проверить условие: Iк < Iкmax и Еп < Uкэmax. В данном случае они выполняются.

Номинальная (габаритная) мощность принимает только стандартные значения и она должна быть не меньше реальной. Таким образом, выбираем:

Р_Rкном = 2 Вт

Примеч. следующие параметры являются избыточными для данной задачи: , Pmax, Iбmax, R.

Ответ: Резистор Rк должен иметь номинальную мощность 2 Вт (расчетную - 1,44 Вт).

1 4. Схема транзисторного каскада приведена на рисунке. Параметры схемы: Rб=20кОм, Rк=1 кОм, Еп=+20 В. Транзистор VT - кремниевый - =100.

Требуется определить постоянное напряжение на выходе Uвых_, если Uвх_= 2,6 В.

Решение:

Приведена схема транзисторного каскада ОЭ Т.к. транзистор кремниевый, то принимается Uбэ=0,6В. Тогда:

Еп = Uкэ_+ Iк*Rк = Uвых_ + Iб**Rк;

Iб = (Uвх_ - Uбэ)/Rб = (2,6-0,6)/20 = 0,1 мА;

Uвых_= Еп - Iб**Rк = 20 - 0,1*100*1 = 10 В.

Ответ: Постоянное напряжение Uвых_= Uк_ = 10 В.

Поскольку Uк_=10 В.= Еп/2, то каскад находится в режиме "А".

1 5. В транзисторном ключе, выполненном по приведенной на рисунке схеме использован транзистор типа КТ630Е (=240, Iкmax=1A, Uкэmax=60В, Pmax=0.8Вт,Iбmax=200мА). Другие параметры схемы: Eп=12В, R=10 кОм, Rк=100 Ом.

Требуется определить минимальный уровень входного напряжения Uвх.з.min, необходимого для замыкания ключа.

Решение:

Для замыкания транзисторного ключа (перевода транзистора VT- в состояние насыщения) необходимо обеспечить ток базы Iб  Iкнас/:

Iкнас. Eп/Rк=12/100=0,12А,

Iб з.min = Iк нас /  = 120/240 =0,5мА,

Уравнение цепи, по которой протекает ток:

Iб - Uвх = Iб*R + Uбэ.

Приняв Uбэ = 0,6 В и подставив Iб = Iбзам.min, получим:

Uвх.з.min = Iб з.min * R + Uбэ = 0.5*10 + 0.6 = 5,6 В

Примеч. следует проверить условия: Iб < Iбmax, Iк < Iкmax и Еп < Uкэmax. В данном случае они выполняются.

Ответ: Ключ замкнется при входном напряжении Uвх.  5,6 В.

16. Выходной каскад электронного усилителя мощности построен на кремниевых биполярных транзисторах по 2-х тактной схеме (режим "АВ"). Напряжение питания усилителя - однополярное Еп=+24 В. Сопротивление нагрузки равно Rн = 5 Ом.

Требуется определить максимальную мощность, отдаваемую в нагрузку Рн.max без искажений формы усиливаемого сигнала (синусоиды). Потери напряжения на открытом транзисторе принять равными Uкэmin=2 В.

Решение:

Максимальная амплитуда Uн.ампл.max ограничена половиной напряжения питания и потерями на выходных транзисторах: Uн.ампл.max=Еп/2-Uпот.=24/2 - 2 = 10 В.

Pн.max=(Uн.действ.max)²/Rн = (Uн.ампл.max)²/2Rн = 10²/2*5 = 10 Вт

Ответ: Усилитель может отдать в нагрузку до 10 Вт.

1 7. В транзисторном ключе, выполненном по приведенной на рисунке схеме использован транзистор типа КТ630Е (=240, Iкmax=1A, Uкэmax=60В, Pmax=0.8Вт,Iбmax=200мА). Другие параметры схемы: Eп=12В, Rк=100 Ом.

Требуется определить - какое номинальное сопротивление должен иметь резистор R, чтобы ключ замкнулся при подаче постоянного напряжения Uвх=+3,6В.

Решение:

Для замыкания транзисторного ключа (перевода транзистора VT- в состояние насыщения) необходимо обеспечить ток базы Iб  Iкнас/:

Iкнас. Eп/Rк=12/100=0,12А,

Iб з.min = Iкнас/ = 120/240 =0,5мА,

Уравнение цепи, по которой протекает ток Iб - Uвх = Iб*R + Uбэ. Приняв Uбэ = 0,6 В и подставив Iб = Iб з.min, получим:

R = (Uвх. - Uбэ)/ Iб з.min = (3,6 - 0,6)/0.5 = 6 кОм

Примеч. следует проверить условия: Iб < Iбmax, Iк < Iкmax и Еп < Uкэmax. В данном случае они выполняются.

Поскольку значение сопротивления 6 кОм не входит в стандартный ряд номиналов резисторов, принимаем ближайший (меньший) стандартный номинал - R=5,6кОм (ряд Е12).

Ответ: Номинальное сопротивление резистора R=5,6кОм. (расчетное - 6 кОм).

При сопротивлении R>6 кОм ключ (при указанных условиях) не замкнется.

18. Выходной каскад электронного усилителя мощности построен на кремниевых биполярных транзисторах по 2-х тактной схеме (режим "АВ"). Напряжение питания усилителя - 2-х полярное Еп=12 В. Сопротивление нагрузки равно Rн = 5 Ом.

Требуется определить максимальную мощность, отдаваемую в нагрузку Рн.max без искажений формы усиливаемого сигнала (синусоиды). Потери напряжения на открытом транзисторе принять равными Uкэmin=2 В.

Решение:Максимальная амплитуда Uн.ампл.max ограничена напряжением питания и потерями на выходных транзисторах:

Uн.ампл.max=Еп - Uпот.=12 - 2 = 10 В.

Pн.max=(Uн.действ.max)²/Rн = (Uн.ампл.max)²/2Rн = 10²/2*5 = 10 Вт

Ответ: Усилитель может отдать в нагрузку до 10 Вт.

19. Выходной каскад электронного усилителя мощности построен на кремниевых биполярных транзисторах по 2-х тактной схеме (режим "АВ"). Сопротивление нагрузки равно Rн=4 Ом.

Требуется определить напряжение питания усилителя Еп (однополярное), при котором максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку без искажений формы усиливаемого сигнала (синусоиды) равна Рн.max=20 Вт. Потери напряжения на открытом транзисторе принять равными Uкэmin = 2 В.

Решение: Максимальная амплитуда Uн.ампл.max ограничена половиной напряжения питания и потерями на выходных транзисторах:

Еп=2*(Uн.ампл.max+Uпот);

Pн.max=(Uн.действ.max)²/Rн = (Uн.ампл.max)²/2Rн

Отсюда: __________ ______

Еп = 2*(2Pн.maxRн + Uпот.) =2*( 2*20*4 + 2) = 29,3 В.

Ответ: Усилитель отдаст в нагрузку до 20 Вт, если будет запитан напряжением не меньшим Еп=29,3 В.

20. Выходной каскад электронного усилителя мощности построен на кремниевых биполярных транзисторах по 2-х тактной схеме (режим "АВ"). Сопротивление нагрузки равно Rн=4 Ом.

Требуется определить напряжение питания усилителя Еп (2-х полярное), при котором максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку без искажений формы усиливаемого сигнала (синусоиды) равна Рн.max=20 Вт. Потери напряжения на открытом транзисторе принять равными Uкэmin = 2 В.

Решение:

Максимальная амплитуда Uн.ампл.max ограничена величиной напряжения питания и потерями на выходных транзисторах:

Еп=Uн.ампл.max+Uпот;

Pн.max=(Uн.действ.max)²/Rн = (Uн.ампл.max)²/2Rн

Отсюда:_________ ______

Еп = 2Pн.maxRн + Uпот. = 2*20*4 + 2 = 14,65 В.

Ответ: Усилитель отдаст в нагрузку до 20 Вт, если будет запитан напряжением не меньшим Еп=14,7 В.

21. Выходной каскад электронного усилителя мощности построен на кремниевых биполярных транзисторах по 2-х тактной схеме (режим "АВ"). Напряжение питания усилителя - однополярное Еп=+24 В.

Требуется определить - каково должно быть сопротивление нагрузки Rн, при котором максимальная мощность, отдаваемая в нее без искажений формы усиливаемого сигнала (синусоиды) равна Рн.max=12,5 Вт. Потери напряжения на открытом транзисторе принять равными Uкэmin=2 В.

Решение:

Максимальная амплитуда Uн.ампл.max ограничена половиной напряжения питания и потерями на выходных транзисторах:

Uн.ампл.max=Еп/2-Uпот.=24/2 - 2 = 10 В.

Pн.max=(Uн.действ.max)²/Rн = (Uн.ампл.max)²/2Rн

Отсюда:

Rн=(Uн.ампл.max)²/2Pн.max = 10²/2*12,5 = 4 Ом.

Ответ: Усилитель может отдать в нагрузку до 12,5 Вт при сопротивлении нагрузки Rн.=4 Ом.

При увеличении сопротивления мощность будет снижаться, при увеличении - повышаться.

22. Выходной каскад электронного усилителя мощности построен на кремниевых биполярных транзисторах по 2-х тактной схеме (режим "АВ"). Напряжение питания усилителя - 2-х полярное Еп=12 В.

Требуется определить каково должно быть сопротивление нагрузки Rн, при котором максимальная мощность, отдаваемая в нее без искажений формы усиливаемого сигнала (синусоиды) равна Рн.max=12,5 Вт. Потери напряжения на открытом транзисторе принять равными Uкэmin=2 В.

Решение:

Максимальная амплитуда Uн.ампл.max ограничена напряжением питания и потерями на выходных транзисторах:

Uн.ампл.max=Еп-Uпот.=12 - 2 = 10 В.

Pн.max=(Uн.действ.max)²/Rн = (Uн.ампл.max)²/2Rн

Отсюда:

Rн=(Uн.ампл.max)²/2Pн.max = 10²/2*12,5 = 4 Ом.

Ответ: Усилитель может отдать в нагрузку до 12,5 Вт при сопротивлении нагрузки Rн.=4 Ом.

При увеличении сопротивления мощность будет снижаться, при увеличении - повышаться.

2 3. Схема транзисторного каскада приведена на рисунке. Параметры схемы: Rк=620 Ом, Еп=+12.6 В. Транзистор VT - кремниевый - =100.

Требуется выбрать номинальное сопротивление резистора Rб, чтобы постоянное напряжение коллектора составляло Uк_.= 6,4 В (каскад – в режиме "А")

Решение:

Приведена схема транзисторного каскада ОЭ с фиксацией тока базы. Т.к. транзистор кремниевый, то принимается Uбэ=0,6В. Тогда:

Iк_ = (Еп - Uк_) / Rк = (12.6 – 6.4)/0.62 = 10мА;

Iб_ = Iк_/ = 10/100 = 0,1мА.

Rб = (Еп - Uбэ)/Iб_ = (12,6 - 0,6)/0.1 = 120 кОм.

Значение сопротивления 120 кОм входит в стандартный ряд (Е12) номиналов резисторов.

Ответ: Номинал сопротивления резистора Rб=120 кОм. (расчетное - 120 кОм).

2 4. Схема транзисторного каскада приведена на рисунке. Параметры схемы: Rк=1 кОм, Еп=+20 В. Транзистор VT - кремниевый - =100.

Требуется выбрать номинальное сопротивление резистора Rб, при котором постоянное напряжение на выходе Uвых_=10 В, при Uвх_= 2,6 В.

Решение:

Приведена схема транзисторного каскада ОЭ Т.к. транзистор кремниевый, то принимается Uбэ=0,6В. Тогда:

Еп = Uкэ_+ Iк_*Rк = Uвых_ + Iк_*Rк;

Iк_= (Eп - Uвых_)/ Rк = (20 - 10)/ 1,0 = 10 мА;

Iб_ = Iк_/ = 10/100 = 0,1 мА;

Rб = (Uвх_- Uбэ)/Iб_ = (2,6 - 0,6)/0,1 = 20 кОм.

Поскольку значение сопротивления 20 кОм не входит в стандартный ряд номиналов резисторов, принимаем ближайший (меньший) стандартный номинал - Rб=18 кОм (ряд Е12).

Ответ: Номинальное сопротивление резистора Rб = 18 кОм (расчетное - 20кОм).

2 5. Схема транзисторного каскада приведена на рисунке. Параметры схемы: Rб=120 кОм, Еп=+12.6В. Транзистор VT - кремниевый - =100.

Требуется выбрать номинальное сопротивление резистора Rк, чтобы постоянное напряжение коллектора составляло Uк_.= 6,4 В (каскад – в режиме "А")

Решение:

Приведена схема транзисторного каскада ОЭ с фиксацией тока базы. Т.к. транзистор кремниевый, то принимается Uбэ=0,6В. Тогда:

Iк_ = (Еп - Uк_) / Rк ;

Iк_ = Iб_* = ((Еп - Uбэ) / Rб) * = ((12,6 – 0,6)/120)*100 = 10мА.

Rк = (Еп – Uк_)/Iк_ = (12,6 – 6,4)/10 = 0,62 кОм.

Значение сопротивления 620 Ом входит в стандартный ряд (Е12) номиналов резисторов.

Ответ: Номинальное сопротивление резистора Rк=620 Ом. (расчетное - 620 Ом).

26. Схема транзисторного каскада приведена на рисунке. Параметры схемы: Rб=20 кОм, Еп=+20 В. Транзистор VT - кремниевый - =100.

Требуется выбрать номинальное сопротивление резистора Rк, при котором постоянное напряжение на выходе Uвых_=10 В, при Uвх_= 2,6 В.

Решение:

Приведена схема транзисторного каскада ОЭ Т.к. транзистор кремниевый, то принимается Uбэ=0,6В. Тогда:

Еп = Uкэ_+ Iк_*Rк = Uвых_ + Iк_*Rк;

Iк_= (Eп - Uвых_)/ Rк = (20 - 10)/ 1,0 = 10 мА;

Iб_ = Iк_/ = 10/100 = 0,1 мА;

Rб = (Uвх_- Uбэ)/Iб_ = (2,6 - 0,6)/0,1 = 20 кОм.

Поскольку значение сопротивления 20 кОм не входит в стандартный ряд номиналов резисторов, принимаем ближайший (больший) стандартный номинал - Rб=22 кОм.

Ответ: Номинальное сопротивление резистора Rб = 22 кОм (расчетное - 20 кОм).

2 7. Усилительный каскад представленный на схеме работает в режиме "А".

Известны некоторые параметры схемы: Rэ=220 Ом, Uэ_=1,1В, Rк=1,0 кОм, Еп=+12 В. Транзистор VT - кремниевый - =100.

Требуется рассчитать токи, Iб_ ,Iк_ и напряжения Uб_, Uк_.

Решение:

Приведена схема транзисторного каскада ОЭ Т.к. транзистор кремниевый, то принимается Uбэ=0,6В. Тогда:

Uб_ Uэ_+ Uбэ = 1,1+0,6 = 1,7 В;

Iэ_ = Uэ_ / Rэ = 1,1/0,22 = 5 мА;

Iб_ = Iэ_/(+1) = 5/101  0,05 мА.

Iк_ = Iб_* = 5*100 = 5 мА.

Uк_ = Еп – Rк*Iк_ = 12 – 1.0*5 = 7.0 B.

Ответ: Iб_=0,05 мА, ,Iк_= 5мА, Uб_=1,7 В, Uк_=7,0 В.

2 8. Усилительный каскад представленный на схеме работает в режиме "А".

Известны некоторые параметры схемы: Rэ=220 Ом, Uэ_=1,1 В, Uк_=7,0 B, Еп=+12 В. Транзистор VT - кремниевый - =100.

Требуется рассчитать номинальное сопротивление резистора Rк и мощность, рассеиваемую на этом резисторе P_Rк.

Решение:

Приведена схема транзисторного каскада ОЭ

Iэ_ = Uэ_ / Rэ = 1,1/0,22 = 5 мА;

Iк_ = Iэ_*/(+1) = 5*100/101  5 мА.

Rк = (Еп – Uк_)/Iк_ = (12 – 7)/5 = 1.0 кОм;

Значение сопротивления 1,0 кОм входит в стандартный ряд номиналов резисторов.

P_Rк.= (Еп – Uк_)*Iк = (12-7)*5.0 = 25 мBт.

Ответ: Rк_= 1 кОм, P_Rк =25 мВт.

29. Схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке. Параметры стабилитрона: Uст = 7,5 В, Iст.min = 3 mA, Iст.max = 30 mA.

Сопротивление нагрузки Rн=750 Ом.

Питающее напряжение U= +12 B.

Требуется рассчитать номинальное сопротивление резистора R, обеспечивающего работу стабилизатора. Принять ток стабилитрона I_VD=10 мА.

Р ешение:

Условия нормальной работы стабилизатора:

Iст.min < I_VD < Iст.max

U = I_R*R + Uст;

I_R = I_VD +Iн

Iн= Uст/Rн = 7,5/0,75 = 10 мА;

при I_VD = 10 мА;

R = (U – Uст) / (I_VD +Iн) = (12 -7.5) / (10+10) = 0,225 кОм.

Поскольку значение сопротивления 225 Ом не входит в стандартный ряд номиналов резисторов, принимаем ближайший стандартный номинал - 220 Ом.

Ответ: Номинальное сопротивление резистора R = 220 Ом (расчетное - 225 Ом).

30.. Схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке. Параметры стабилитрона: Uст = 7,5 В, Iст.min = 3 mA, Iст.max = 30 mA. Сопротивления: Rн=750 Ом, R=150 Ом

Требуется рассчитать минимальное питающее напряжение Umin при котором стабилизатор сохранит работоспособность.

Р ешение:

Условия нормальной работы стабилизатора:

Iст.min < I_VD < Iст.max

U = I_R*R + Uст;

I_R = I_VD +Iн

Iн= Uст/Rн = 7,5/0,75 = 10 мА;

при U=Umin, ток через стабилитрон - I_VD = Iст.min = 3 мА;

Umin = (I_VD +Iн)*R + Uст = (3 + 10 )* 0.15 +7.5 = 9.45 B.

.Ответ: Стабилизатор сохранит работоспособность при снижении питающего напряжения до Umin = 9.45 B.

31.. Схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке. Параметры стабилитрона: Uст = 7,5 В, Iст.min = 3 mA, Iст.max = 30 mA. Сопротивления: Rн=750 Ом, R=150 Ом

Требуется рассчитать максимальное питающее напряжение Umax при котором стабилизатор сохранит работоспособность.

Р ешение:

Условия нормальной работы стабилизатора:

Iст.min < I_VD < Iст.max

U = I_R*R + Uст;

I_R = I_VD +Iн

Iн= Uст/Rн = 7,5/0,75 = 10 мА;

при U=Umax, ток через стабилитрон - I_VD = Iст.max = 30 мА;

Umin = (I_VD +Iн)*R + Uст = (30 + 10 )* 0.15 +7.5 = 13.5 B.

.Ответ: Стабилизатор сохранит работоспособность при повышении питающего напряжения до Umax = 13,5 B.

32. В суммирующем усилителе, схема которого приведена на рисунке использован ОУ типа К140УД8А, имеющий следующие основные параметры: Kuоу=50000, Rвх.оу=1МОм, Rвых.оу=200Ом, Uпит.=15В, Uвых.max=10В. Сопротивления резисторов: R₁₁=10кОм, R₁₂=20кОм, R₂=100кОм.

Требуется определить выходное напряжение Uвых., если Uвх.₁=+1,2 В, Uвх.₂= - 0,8 В.

Решение:

Данный усилитель производит суммирование и усиление входных напряжений согласно выражению:

Uвых = Ku₁ *Uвх.₁ + Ku₂ *Uвх._2,

где Ku₁ = - R₂/R₁₁ , Ku₂ = - R₂/R_12.

тогда:

Uвых = (- R₂/R₁₁ )*Uвх.₁ +(- R₂/R₁₂) *Uвх.₂ = (-100/10)*1,2 + (-100/20)*(-0,8) = - 8 В.

Примеч.Необходимо проверить условие - |Uвых.|  Uвых.max -в данном случае оно выполняется.

Ответ: Напряжение на выходе усилителя равно Uвых.= - 8 В.

3 3. В интеграторе, схема которого приведена на рисунке использован ОУ типа К140УД8А, имеющий следующие основные параметры: Kuоу=50000, Rвх.оу=1МОм, Rвых.оу=200Ом, Uпит.=15В, Uвых.max=10В. Сопротивления резисторов: R=10 кОм, емкость С=0,1мкФ.

Требуется определить уровень выходного напряжения Uвых.(t) в моменты времени t₁=2мс и t₂=5мс, если Uвх.(t) имеет вид, приведенный на графике.

Решение:

Основное уравнение, описывающее работу интегратора:

: t

Uвых (t)= - (1/RC) Uвх.(t) dt_,

0

С момента времени t₀=1мс уравнение интегратора будет иметь вид:

Uвых (t)= - (1/RC) *Uвх. *(t - t₀),

для заданных моментов времени уровень Uвых. составляет:

Uвых (t₁)= - (1/RC) *Uвх. *(t₁ - t₀) = (-1)*(2-1) = -1 В;

Uвых (t₂)= - (1/RC) *Uвх. *(t₂ - t₀) = (-1)*(5-1) = -4 В;

Ответ: Напряжение на выходе интегратора: Uвых.(2)= - 1В, Uвых.(5)= - 4В.

3 4. В интеграторе, схема которого приведена на рисунке использован ОУ типа К140УД8А, имеющий следующие основные параметры: Kuоу=50000, Rвх.оу=1МОм, Rвых.оу=200Ом, Uпит.=15В, Uвых.max=10В. Сопротивления резисторов: R=10 кОм, емкость С=0,1мкФ.

Т ребуется определить момент времени t, в который выходное напряжение Uвых.(t)= Uвых.max. (достигнет уровня насыщения), если Uвх.(t) имеет вид, приведенный на графике.

Решение:

Основное уравнение, описывающее работу интегратора:

: t

Uвых (t)= - (1/RC) Uвх.(t) dt_,

0

С момента времени t₀=1мс уравнение интегратора будет иметь вид:

Uвых (t)= - (1/RC) *Uвх. *(t - t₀),

отсюда::

t =(Uвых.max*RC / Uвх).+ t₀ = (10*10⁴*10^-7) +10^-3 = 11 мс;

Ответ: Напряжение на выходе интегратора достигнет уровня насыщения (Uвых.max = - 10 B) в момент времени t=11 мс..

1. Объект - скребковый навозоуборочный транспортер установлен в коровнике на 100 голов с привязным содержанием.

Исходные данные: длина транспортной цепи L_ц=170 м; масса одного погонного метра цепи m_ц=5 кг; коэффициент трения навоза о дно канала f_г.н.= 0,97; коэффициент трения цепи по деревянному настилу f_ц=0,5; скорость движения цепи =0,19 мс; расстояние между скребками транспортера l=0,46 м; усилие заклинивания, приходящееся на один скребок коэффициент полезного действия передачи =0,9; суточный выход навоза g=30 кг; число уборок навоза Z=2.

Требуется: Для транспортера ТСН-2.0 Б построить нагрузочную диаграмму и выбрать электрический двигатель привода

Эталонный ответ:

Усилие, возникающее в транспортной цепи на :

F_хх= L_цf_ц=9,81*5*170*0,5=4170 Н.

Усилие, возникающее в транспортной цепи при перемещении навоза:

= ,

где m_н- масса навоза в канале, приходящийся на одну уборку;

m_н=

N- количество коров; g-выход навоза от одного животного; Z-количество уборок в сутки.

Усилие, возникающее в цепи трансмиссии при преодолении трения о боковые стенки:

F₂ = 4,9 m_н f_тц = 4,9*1500*0,97 =7136,8 Н;

Усилие на преодоление заклинивания навоза между скребками и стенками канала:

F₃ = * = 15* = 5513,5 Н.

Суммарное усилие цепи трансмиссии:

F =F₁ +F₂+F₃+F_xx =14274,5+7136,8+5543,5+4170=31124,8 Н.

Потребная мощность под нагрузкой:

Р_п =

Потребная мощность передачи при XX :

Р_xx =

Продолжительность движения цепи транспортера определяют при условии 1,05 ее оборота за период одной уборки:

t = ;

Имея значения потребной мощности под нагрузкой и на ХХ, а так же продолжительности работы транспортера за период одной уборки, строят нагрузочную диаграмму:

К ак видно из нагрузочной диаграммы транспортера, он работает в режиме S2.

Р_эк = 3,66 кВт

Р_дв  Р_эк;

2. Объект - двигатель агрегата витаминной муки типа АВМ – 0,4

Исходные данные: Установленная мощность передвижной электростанции S = 105 кВ*А; длина соединительной линии провода АС –25; l =0,4 км; величина переходного сопротивления генератора по продольной оси =0,2; для генератора отношение тока короткого замыкания (ОКЗ)=0,8; относительное значение избыточного момента находится в пределах: = (0,25…0,5) М_н; n_н=2930; η_н=90; cosφ_n =0,92; k_i=7,5; М_н=104; Р_н=30 кВт

Требуется определить: Возможность пуска двигателя агрегата витаминной муки типа АВМ – 0,4 от передвижной электростанции.

Эталонный ответ:

Для пуска агрегата АД от источника соизмеримой мощности необходимо выполнение условия: ∆V_фг<∆V_д;

фактические потери напряжения определяются из условия:

∆V_ФГ = ;

где - полное сопротивление фазы генератора;

_,

где V_нг –полное напряжение генератора; I_нг –номинальный ток генератора.

,

где полное сопротивление 1 км линии;

Допустимые потери напряжения

Вышеприведенное условие для генератора не выполняется, необходим генератор большей мощности.

3. Объект - двигатель агрегата витаминной муки типа АВМ – 0,4

Исходные данные: Установленная мощность трансформаторной подстанции S_т=100 кВ*А; длина соединительных линий l=0.4 км; тип и сечение провода АС-25 мм^2; напряжение КЗ трансформатора U_к=4,5%; относительное значение избыточного момента М^*_и=(0,25…0,3) М_н; двигатель дробилки 4А180Мl1; Р_н=30 кВт; n_н=2930; ; cosγ_н=0,92; k_i=7.5; М_п=1,4; М_к= 0,085.

Требуется определить: Возможность пуска двигателя агрегата витаминной муки типа АВМ-0,4 от трансформаторной подстанции.

Эталонный ответ:

Для пуска АД с КЗ ротором от источника соизмеримой мощности необходимо выполнение условия:

- соответственно фактические и допустимые потери напряжения при пуске двигателя соизмеримой мощности. В данном случае двигатель дробилки имеет мощность, соизмерительной с мощностью источника питания:

, где z_т – полное сопротивление при КЗ; Z_л - полное сопротивление соединительной линии; Z₀ – полное пусковое сопротивление двигателя.

где Z₀= полное сопротивление 1 км. линии.

где V_нд и I_нд – номинальное напряжение и ток двигателя.

Допустимые потери напряжения:

, где = 0,1кратность, приведенного момента трогания рабочей машины; =1,4 – кратность номинального пускового момента электропривода. Угловие пуска не выполняется. С целью выполнения условий пуска необходимо заменить трансформатор на трансформатор большей мощности.

4. Объект - Исходные данные: Параметры двигателей:

М1: I_н= 13,7А; I_n=114A; М2: I_н=31,6 A; I_n=205A;

М3: I_н=5,8 А; I_n=21,6А.

Требуется: Выбрать предохранитель и плавкую вставку к нему для защиты электрических линий напряжением 380/220 В, которые питают три электродвигателя М1, М2, М3. Все двигатели пускают поочередно. Двигатель М2 с тяжелым режимом пуска, М1 и М3 с легким пуском..

Эталонный ответ:

;

Выбираем предохранитель типа ПН-250 км. ток 150 А.

5. Объект -

Исходные данные: Двигатель АИР132S4УЗ имеет следующие параметры: Р_н=7,5 кВт; n_н= 1440 об/мин; η_н= 87,5; cos φ_н= 0,86; кратность пускового тока k_i=7,5; напряжение линии 380/220 В.

Требуется: Выбрать магнитный пускатель и тепловое реле к нему для двигателя с требуемым изменением направления вращения.

Эталонный ответ:

Магнитный пускатель выбирают по следующим условиям:

Необходим пускатель второй величины на ток 25 А типа ПМЛ - 26000 2В с контактной приставкой ПКЛ -1204 и тепловое реле

РТЛ -102104 на токи 13…19 А, тепловое реле настраивают на ток

15,2 А.

6. Объект -

Исходные данные: Параметры электродвигателя АИР132S4У3:

Р_н= 7,5; n_н= 1440; η_н = 87,5; cos φ_н= 0,86; кратность пускового тока

k_i = 7,5.

Требуется: Выбрать автоматический выключатель для защиты электродвигателя, подключенного к линии напряжением 380/220 В.

Эталонный ответ:

Определяем номинальный ток теплового расцепителя:

I_нт ≥ k_нт I_н k_нт = 1,1…1,3; I_нт ≤ 1,1*15,2=16,4 А.

Определяем ток срабатывания электромагнитного расцепителя:

I _{сраб.эл} = 12 I_нт =12*16=192 А.

Исходя из пускового тока: I_{сраб.эл} ≥1,5 I_max = 1,5*114=171 А.

7. Объект -

Исходные данные: Параметры электродвигателя 4АМ90J243 Р_п =30 кВт; n_н =2820; η_н =84,5 %; cos φ_н= 0,88; кратность пускового тока

k_i =6,5.

Требуется: Выбрать предохранитель и плавкую вставку к нему для защиты электрической линии напряжением 380/220 В, которая питает электродвигатель с легким режимом пуска. Параметры электродвигателя 4АМ90J243 Р_п =30 кВт; n_н =2820; η_н =84,5 %; cos φ_н= 0,88; кратность пускового тока k_i =6,5.

Эталонный ответ:

I_n=k_i* I_n=6,5*6,1;

Выбираем предохранитель ПП24 с плавкой вставкой 16 А.

8. Объект -

Исходные данные: параметры электродвигателя 4АМ160М6УЗ;Р_н =15 кВт, n_н=975об/мин; η_н=0,88; cosφ_н=0.82; краткость пускового тока k_i = 6,5.

Требуется выбрать предохранитель и плавкую вставку к нему для защиты электрической линии напряжением 380/320 В, которая питает электродвигатель с тяжелым режимом пуска.

Эталонный ответ:

Выбираем плавкую вставку предохранителя ПП24 на 100А.

9. Объект -

Исходные данные:

1) Потребная мощность механизма передвижения кран-балки при разгоне под нагрузкой Р₁, и время разгона t₁:

Р₁=4791,7 Вт; t₁=0.12 c.

2. Значение потребной мощности механизма передвижения кран-балки в установившимся режиме Р₂ и время передвижения t₂;

Р₂ =4178,3 Вт; t₂ =200 c

2. Время опускания груза и подъема захватывающего устройства или наоборот: t₃ =94 c.

4) Значение потребной мощности при разгоне при перемещении кран-балки в исходное положение Р₃ и время разгона t₄.

Р₃=2013,9 Вт; t₄=0.12 c.

5. Мощность, потребная механизмом передвижения с постоянной скоростью движения в исходное состояние Р₄ и время передвижения в исходное состояние t₅;

Р₄=17561,1; t₅=20 c

5. Продолжительность опускания захватывающего устройства и время подъема груза: t₆= 94 с.

Требуется определить:

Эталонный ответ: мощность электрического двигателя привода передвижения.

Механизм кран-балки работает в перемещающемся режиме с ПВ более 60%. В связи с этим выбор двигателя производится как для режима S1_. При этом :

Р_эк=

Р_нд >Р_эк=2834 Вт.

10. Объект -

Исходные данные:

1. Производительность сепаратора:

G=10000 л/ч.

2. Начальный момент по валу барабана сепаратора: М₀ =0,33 Нм;

3. Условия скорости вращения барабана сепаратора =578 рад/с;

4. Суммарное передаточное число сепаратора i =0,266;

5. Коэффициент полезного действия передачи η_п=0,9;

6. Коэффициент запаса К₃=1,2;

7. Коэффициент пропорциональности момента сопротивления сепаратора: Ј=4,7*10^-7

Требуется определить значение потребной мощности электрического двигателя привода для сепаратора типа ОСН.

Эталонный ответ:

Для определения потребной мощности, необходимо найти момент сопротивления на валу барабана сепаратора:

М_с=М₀+Ј =0,33+4,7*10^-5 (578)².

Приведенный момент сопротивления сепаратора к валу двигателя:

=

Приведенный момент сопротивления сепаратора к валу двигателя:

= ;

Частота вращения выходного вала сепаратора:

Потребная мощность сепаратора :

Р_п=

Выбираем двигатель: n_нд >i_nб=0,266*5500=1463;

Р_нд>Р_п=10,6 кВт.

12. Объект -

Исходные данные: для электрического двигателя привода обкаточного стенда известны значения мощности, частоты вращения и продолжительность обкатки на каждой ступени:

М₁=238 n₁=600 t₁=10 мин.

М₂=251,8 n₂=900 t₂=10 мин.

М₃=264,6 n₃=1200 t₃=10 мин.

М₄=272,5 n₄=1350 t₄=10 мин.

М₅=0 n₅=1500 t₅=15 мин.

М₆=278 n₆=1650 t₆=15 мин.

М₇=264,6 n₇=2100 t₇=15 мин.

М₈=251,3 n₈=2550 t₈=15 мин.

М₉=238 n₉=3000 t₉=15 мин.

Требуется: определить значение потребной мощности электрического двигателя привода обкаточного стенда

Эталонный ответ:

Находим мощности на каждом цикле Р=Мω;

Находим эквивалентное значение мощности за полный цикл обкатки:

=49,7 кВт.

13. Объект -

Исходные данные:

1. Часовая производительность нории (НЦГ-10); G=10 т/ч;

2. Суммарное передаточное число передач i_н=33;

3. Высота подъема Н=10 м;

4. Вместимость одного ковша i=1,34*10^-3 м³; коэффициент заполнения ковшей φ=0,9; плотность транспортируемого материала, зерно ρ=0,75 т/м³; шаг ковшей t=280 мм; радиус приводного барабана нарии R=0,2 м;

Требуется: определить значение потребной мощности электрического двигателя и выбрать электродвигатель привода нории.

Эталонный ответ:

Потребная мощность нории:

где к₃- коэффициент запаса, учитывающий перегрузку двигателя, 1,2; g- ускорение свободного падения; η_н= КПД нории; η_п=0,5;

Скорость движения ленты нормы;

Количество ковшей, приходившийся на один метр длины ленты:

Условия скорость вращения приводного барабана нории:

;

n_б= ;

Выбираем двигатель из условия: Р_д>Р_п; n_дв>n_б.

14. Объект -

Исходные данные:

1. Количество разгружаемых автомобилей в час N=15;

2. Время отпускания платформы автомобилеподъемника в исходное положение t_п=60 с;

3. В автомобилеподъемнике использован масляный насос типа ГАП-2Ц, развивающий давление Н=2,94*10⁶ ПА, с секундной производительностью масляного насоса G=0,003 м³/с, КПД насоса η_н=0,8, частота вращения 1350 об/мин, момент инерции масляного насоса с учетом передаточного звена J_н=0,3 кг*м².

Требуется определить значение потребной мощности электрического двигателя и выбрать электродвигатель автомобилеподъемника приводимого в движение масляным насосом

Эталонный ответ:

- потребная мощность масляного насоса:

где к₃- коэффициент запаса; к₃=1,3; G- секундная производительность насоса; Н- давление, развиваемое насосом; η_п- коэффициент полезного действия передачи η_п=1; η_н- коэффициент полезного действия насоса .

Для определения режима работы максимального насоса определяем продолжительность его включения:

ПВ= где t_р- время работы насоса, равное времени опускания платформы t_п=60 с; t_ц- продолжительность цикла;

t_ц= где N- количество разгрузочных машин в час;

ПВ=0,25, следовательно режим повторно- кратковременный;

При этом значение эквивалентной мощности:

Р_эк=

Выбор электродвигателя производится из условия:

п_пд>п_н; Р_дв>Р_эк

15. Объект - Исходные данные: Расчетная механическая мощность конвейера Р_к=2 кВт, время работы t_к=12 мин. Принять постоянную нагрева Т_н=25 мин, а отношение постоянных потерь к переменным α=0,5.

Требуется выбрать асинхронный двигатель серии АИРС для привода скреперной установки УС – 15 для уборки навоза на ферме крупного рогатого скота.

Эталонный ответ: Режим S₂.

Коэффициент термической перегрузки

Коэффициент механической перегрузки

Мощность двигателя длительного режима кВт.

11. Объект -

Исходные данные: Для водоснабжения животноводческой фермы используется башенная насосная установка с высотой башни Н_б= 18 м. На ферме содержится: дойных коров N₁=450 гол; молодняка КРС до 2 лет N₂=750 гол; до трех лет N₃=100 гол; рабочих лошадей N₄=70 гол.

1. Суточное потребление воды на одну голову: дойные коровы- g₁=0,08 м³; молодняка до 2 лет- g₂=0,03 м³;до 3 лет- g₃=0,05 м³; рабочей лошади g₄=0,06 м³.

2. Водоисточник- скважина с глубиной бурения 117 м, высота водяного столба в скважине Н_вс=10 м;

3. Дебет скважины 3 л/с;

4. Средний диаметр обсадной трубы d=200 мм;

5. На ферме устанавливается башня с объемом бака V=30 м³;

6. Диаметр верхней части бака D_б=2,5 м;

7. Высота регулируемого объема бака h_р=0,5 м;

8. Максимальная отметка воды в баке над пулевой отметкой скважины Н_б=18 м;

9. Расстояние от скважины до водонапорной башни R=200 м/с;

10. Скорость движения воды в водопроводе V=1 м/с;

11. Водопровод выполнен из чугунных труб;

12. Суммарные потери напора в местах сопротивлений Σβ=3,5 м;

13. Диаметр труб d=0,06 м;

14. Схема управления насосной установкой состоит из автоматического выключателя, магнитного пускателя, кнопочных станций, реле давления и переключателя режимов работы.

Требуется определить потребность в воде, произвести выбор насоса и электрического двигателя к нему, нарисовать схему управления.

Эталонный ответ:

Выбирают насос, исходя из следующих условий:

Н_н>Н_р; G_н>G_max.ч;

Н_н - напор, созданный насосом; Н_р- расчетный напор;

G_н- производительность насоса, м³/ч; G_max.ч- максимальный часовой расход воды на ферме; м3/ч.

G_max.ч= где к_с- коэффициент суточной неравномерности рас­хода воды; к_с= 1,3; к_ч- коэффициент часовой неравномерности рас­хода воды (к_ч=2,5- для ферм с автонососом, к_ч=4,5- для ферм без авто­поения); G_с- суточное потребление воды м³/ч; η- КПД насосной установки, учитывающий потери воды от насоса до потребителя.

G_с=g₁N₁+g₂N₂₊g₃N₃+g₄N₄=0,08*450+0,03*750+0,05*100+0,06*70=

=67,7 м³/сут;

Расчетный напор:

Н_р=Н_г+Н_п+Н_с=125+5,4+10=140,4 м;

где Н_г- геодезический напор, высота подъема воды от нижнего до верхнего уровня, м; Н_п- потери воды во всасывающем и напорном трубопроводе, м; Н_с- свободный напор, м.

Н_г=Н_ск-Н_вс+Н_ζ, где Н_ск- глубина скважины;

Н_г=117-10+18=125 м.

Потери напора по длине трубопровода:

Н_п=

где α- коэффициент сопротивления зависит от скорости движения воды и материала труб,(для чугуна 0,02; бетона 0,022), L- длина трубопровода;

L=Н_с-Н_вс+l=117-10+200=307 м;

d- диаметр трубопровода, м; Н_с- свободный напор при одноэтажной застройке Н_с= 10 м.

По расчетному напору и производительности, исходя из вышеизложенных условий, выбираем насос ЭЦВ6-185 с производительностью G_н=155 м; КПД насоса η= 0,6; частота вращения насоса п_н=2850 об/мин.

Потребная мощность насоса:

где к₃= коэффициент запаса к₃=1,1…1,3; γ- удельный вес воды, н/м³; η_п= КПД передачи (для прямой η _п =1, зубчатой η_п=0,95);η_н- КПД насоса (для центробежных η_п=0,4…0,8, для вихревого η_н=0,25…0,5).

На выбор двигателя насосной установки влияет режим ее работы, который характеризуется продолжительностью включения.

ПВ%=

t_р= где V_р- регулируемый объем бака;

V_р= ;

t_п=

Задачи по дисциплине Светотехника и ЭТ

1. Требуется: методом удельной мощности рассчитать мощность осветительной установки и выбрать светильник.

Исходные данные: помещение размерами 24х78 м, удельная мощность освещения Р_уд= 10 Вт/м².

Решение: проверяем условие а:в ≤ 2.5. В нашем случае: а : в = 3.75, следовательно рассчитываем по условной площади А = 2а = 2·78 = 156м².

Мощность осветительной установки Р= A·P_УД = 156 · 10 = 1560Вт Выбираем светильники марки НСП с лампой Рл = 150 Вт. Число светильников: n = Р/Рл = 1560/150 = 10 шт.

2. Требуется: расчитать мощность устройства для повышения питательности соломы.

Исходные данные: Производительность устройства 600 кг/смену, удельная теплоемкость соломы 0.42кВт/кг · ⁰С. Температура нагрева 100⁰С. Время обработки в пределах τ = 1 часа.

Решение: в смене три кормежки. Следовательно, за один раз надо обработать 200 кг соломы. Отсюда мощность установки: Ру = m_С · С_уд· Δt_К / 3600·τ = · 200·0.42·100/3600·1 = 2.3 кВт.

3. Требуется: рассчитать мощность нагревательных элементов установки для «омагничивания» воды.

Исходные данные: нормы потребления воды на одну голову 40...45 л, число голов на ферме - 250, начальная температура воды +4°С, конечная +18°С. КПД установки 0.89

Решение: мощность нагревательных элементов при нагреве воды для коровника на n_Ж = 250 голов от начальной до конечной температуры за смену (7 часов) равна:

Рн = m_В · Св · n_Ж · ΔТ / (3600· τ ·η ) = 45 · 4190·250·14 /(3600·7·0.89) = 29424 Вт.

4. Требуется: определить высоту электродов трехфазного электродного котла, включенного по схеме «Звезда».

Исходные данные: мощность котла 60 кВт, напряжение питания 220/380В, удельная проводимость воды при 20 °С γ₂₉₃ = 0.0125. Сделайте поправку на парообразование β = 1.07. Коэффициент геометрической формы К_ЭГ = 0.7. Диаметром внутреннего электрода задайтесь равным 78мм. Температура горячей воды 95⁰ С.

Предварительно рассчитаем по проводимости воды удельное сопротивление воды при 293К ρ₂₉₃=1 / γ₂₉₃ = 1 / 0.0125 = 80 Ом·м.

Решение: ,

5. Требуется: рассчитать методом удельной мощности осветительную установку и подобрать светильник для помещения насосной станции размерами 36 х 18м.

Исходные данные: высота потолка 6м.

Решение: Для помещения номинальная освещенность должна быть 5лк. Проверяем условие а:в ≤ 2.5. В нашем случае: а : в = 2, следовательно рассчитываем по действительной площади

А = а·в = 18·36 = 648м².

По таблице из справочных данных удельная мощность для помещения с площадью более 300м² Руд = 7.5Вт/м². Мощность осветительной установки Р= A·P_УД = 648 · 7.5 = 4860Вт. Выбираем светильник марки НСПБ-003-200УХЛ4 под лампу Рл = 100 Вт. Число светильников: n = Р/Рл = 4860/100 = 48.6 шт. Округляем до 48шт. Общая мощность осветительной установки Роу= Рл· n = 48·100 = 4800Вт.

6. Требуется: определить звуковое давление, получаемое от излучателя, работающего в воде. Частота звука f = 22 кГц. Скорость звука в воде 1450 м/с, интенсивность звука I = 4.5Вт/см² . Амплитуда колебаний А = 1.9·10^-5 м.

Решение: .

Или

7. Требуется: определить мощность электронагревателя с ТЭНами для отопления помещения.

Исходные данные: Размеры здания: длина - а = 10м, ширина - b = 24м, высота- h = 10м. Удельная отопительная характеристика р = 0.6Вт/м²· ⁰С. Температура внутри помещения +16°С, наружная температура -30°С.

Решение: так как высота довольно большая, поэтому здание двухэтажное. Тогда общая площадь помещения: Аобщ = a·b·2 = 2·10·24 = 480м². По удельной отопительной характеристике р определим мощность с учетом КПД котла η_К = 0.95 и коэффициента запаса k = 1.15: Р = k· Аобщ· р· (Тв-Тн) / η_К = 1.15·480·0.6·(16-(-30)/0.95 = 16 кВт.

8. Требуется: Определите годовой эффект от применения электроэнергии на ферме для обеспечения оптимальных параметров микроклимата и дайте оценку внедрения микроклимата.

Исходные данные: Количество животных на базе N_Ж=200, удой на 1 фуражную корову и себестоимость 1 ц молока, соответственно: до внедрения микроклимата П₁ = 3000 кг и Ц₁ = 26 руб/ц; после внедрения микроклимата П₂ = 3300 кг и Ц₂ = 24,5 руб/ц.

Решение: Э = N_Ж· ( П₂ - П₁)·( Ц₂ - Ц₁) = 200·(3300 – 3000)·(26 – 24.5) = 90 000 руб.

9. Требуется: Определите мощность нагревательной установки и поверхность теплообмена непрерывно действующего пастеризатора молока, если расход молока 1000 кг/ч, его температура на входе t_н = 5С, на выходе t_к = 85С. Коэффициент теплопередачи в пластинчатом пастеризаторе К = 48.3 Вт/м²⁰С; удельная теплоёмкость молока С_М=1.09 Вт·ч/кг⁰С.

Решение: по производительности Q = 1000 кг/ч и удельной теплоемкости С_М=0.33 Вт·ч/кг⁰С зная, что молоко пастеризуется при температуре 85⁰ нагреваясь при этом от температуры +5⁰С, определим мощность: Р = См·Q·ΔТ = 0.33·1000·(85 – 5) = 26400 Вт.

Площадь теплообмена: А = Р / (К·ΔТ) = 26400 / (48.3·(85- 5)) = 6.83м².

10. Требуется: Определить среднее значение прямоугольных импульсов тока, и среднюю тепловую мощность электротехнологической установки, приняв КПД процесса 0.23.

Исходные данные: Максимальное значение тока в импульсе: Im = 130А. Период следования импульсов: τ_И = 250мкс. Частота следования импульсов: f = 200 Гц. Максимальная амплитуда напряжения Um = 300В.

Решение: для прямоугольной последовательности определим скважность импульсов, определив период следования импульсов: Т = 1/f = 1/ 200 = 5·10^-3с. Отсюда скважность: q = T/ τ_И = 5·10^-3/ 250·10^-6 = 20.

Коэффициент формы кривой для прямоугольных импульсов:

Коэффициент амплитуды для прямоугольных импульсов:

Средний ток за период колебаний:

Средняя мощность за период:

11. Требуется: рассчитать плотность тока ЭТУ импульсного характера, питающуюся от конденсаторного накопителя энергии емкостью С = 6 мкФ, заряжаемого до напряжения Uc = 6кВ. Сечение проводников от накопителя к технологическому объему Апр = 250 мм². В качестве проводника используется медь с проводимостью γ = 54МСм. Длина проводников l = 2.5м. Период следования импульсов: τ_И = 250мкс. Частота следования импульсов: f = 20 Гц. Максимальная амплитуда напряжения Um = 6000В. Считать, что теплообмен с окружающей средой в момент действия импульса отсутствует, а так же пренебречь возможным влиянием вносимых паразитных индуктивностей.

Решение: определяем сопротивление проводников:

R = l / (γ ·Апр) = 2.5/(54·10⁶·250·10^-6) = 1.85·10^-4 Ом.

плотность тока при работе от емкостного накопителя энергии определяется как:

Это меньше допустимой плотности тока 10⁸ А/м².

12. Требуется рассчитать сечение проводников для электронагревательной установки, применяемой для нагрева воздуха в бункере активного вентилирования.

Исходные данные. Производительность по воздуху для вентилятора Ц4-75, S =12000м³/ч. Мощность двигателя: 18 кВт. Теплопотери в окружающую среду от несовершенства системы воздуховодов: Qпот = 34.8 МДж/ч. Теплопоступления от жизнедеятельности зерна: Qпост = 1.5 МДж/ч. Плотность воздуха ρ_В = 1.29 кг/м³, плотность зерна: ρ_З = 1400 кг/м³. Теплоемкость зерна: 0.43 Вт·ч/кг· ⁰С Расстояние от КТП до бункера 137м. Линия воздушная, провод алюминиевый.

Решение:

Составим тепловой баланс: Qнагр =1.15(Qпот - Qпост +Qпол). (где 1.15 – коэффициент запаса, а Qпол – энергия на нагрев теплоагента),

Тогда мощность нагревателя, с учетом возможного КПД (η = 0.95):

Рнагр = 1.15(Qпот - Qпост +Qпол)/(3600· η).

Теплозатраты на нагрев воздуха (теплоагента) от +10⁰С до +60⁰С при производительности вентилятора S = 12000м³/ч:

По балансу:

По условию падения напряжения в четырехпроводной линии из алюминиевого провода с проводимостью γ=34МСм, и длиной 137м по моменту нагрузки и допустимому падению напряжения ΔU = - 5% :

Ближайший провод: 25мм². При токе I= Рнагр/√3 Uл·cos φ =39000/√3·380=59А он проходит по допустимой плотности тока 120А.

13. Требуется определить площадь ТЭНа для работы в неподвижном растворе щелочи при температуре нагрева до 373К

Исходные данные: начальная температура 10⁰С. Теплопроводность раствора λ = 0.703 Вт/м·К. Теплоемкость раствора Ср = 1327 Вт/кг·К. Мощность нагревателя Рн = 7.5кВт.

Решение: для таких условий работы следует ограничить удельную поверхностную мощность значением Руд ≤ 8Вт/см². Следовательно, общая площадь поверхности электронагревателя определиться из неё как:

Ан = Рн/Руд = 7500/8 = 937.5 см².

Если применять стандартные ТЭНы с наружным диаметром трубки 1.35 см, при развернутой длине ТЭНа 700мм (как у ТЭН-60А13/1.6Р220) и его активной площади А_ТЭН = 70·1.3 = 91 см², то их понадобиться:

N_ТЭН = Ан/ А_ТЭН = 937.5 / 91 = 10.29, округляем до 10 шт. При этом мы не превышаем допустимого предельного значения 8Вт/см².

14. Требуется расположить светильники общего освещения по плану помещения ремонтной мастерской, где требуется обеспечить норму освещенности рабочей поверхности по Х разряду зрительной работы.

Исходные данные: Высота от рабочей поверхности до подвеса светильников 4.5м. Защитный угол светильника γ = 15⁰. Неравномерность освещенности 15%. Светильники имеют КСС типа Г-2. Лампы накаливания мощностью 150Вт. Размеры помещения 12х48м. Число светильников N = 28 шт.

Решение: для светильников с КСС типа Г-2 оптимальное расстояние между ними Z = 1.2…1.4. При расстояние между рядами и светильниками в ряду, при их расположении, например, по сторонам квадрата,

L = H / Z = 4.5 / (1.2…1.4) = 3.21…3.75м.

Примем расстояние между ними максимально кратным ширине, т.к. ряды будем располагать вдоль длинной стороны помещения. Тогда число рядов светильников будет равно : Nср = b /L =12/3.6 =3.3 шт. Округлим значение до 3

Число светильников в ряду : N_L= A/L=48 / 3.6 = 13.3 шт. Так же округлим до 13 шт. Проверим общее число светильников: N*= N_L· Nср= 13·3 = 39 шт. Расстояние между рядами: Lcт = b/(Nр-1) = 12/(3-1) = 6 м. Расстояние между светильниками в ряду: Lр = a/(Nсp-1) = 48/(13-1) = 4м. Расстояние от стенки до ряда: Lcт = 0.3· Lc = 1.8 м. Расстояние от стенки до первого светильника в ряду: Lcp = 0.5· Lр = 2 м.

15. Чему равно суточное потребление электроэнергии на приготовление пара для обработки грубых и сочных кормов в коровнике на 500 голов. Для этой цели используют электродный парогенератор КПРЭВ-160. Ежедневный рацион на 1 голову составляет 10 кг грубых и 5 кг сочных кормов. Расход пара для обработки 1 кг грубых кормов составляет 0,5 кг, а для сочных кормов - 0,2 кг. Начальная температура воды +10°С. Теплоёмкость воды 4.19кДж/кг· ⁰С, удельная теплота парообразования r_Θ=2260 кДж/кг. Проверить правильность выбора данного котла.

Решение: определим расход пара: на N = 500 голов для сочных и грубых кормов требуется: Мп = N·(Мпc·m_CУХ + Мпсоч·m_СОЧ) = 500·(10·0.5+5·0.2) = 3000 кг пара.

Мощность, необходимая для нагрева такого количества пара за 7 часовую смену, с учетом КПД всей системы около 0.75:

Потребление электроэнергии равно: W =

Монтаж

Задача № 1,11,15,16

Данное помещение относится к: 1) сырым , так как относительная влажность воздуха длительно превышает 75%, 2) с химически активной или органической средой, в котором постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования, 3) В отношении опасности поражения людей электрическим током - Помещения с повышенной опасностью, харак­теризуется наличием в нём токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т. п.);

Задача № 3

Задача № 4,19

Опорными основаниями под двигатели служат фундаменты из кирпича, бетона или железобетона.

Глубина заложения фундамента зависит от качества грунта, его промерзания и обычно составляет 0,5...1,5 м. Фундамент реко­мендуется укладывать на материковый грунт, полностью убирая насыпной. Масса фундамента должна превышать массу устанавли­ваемого двигателя в 10 раз. В тех случаях, когда двигатель работает в условиях частых пусков и торможений, приводит в движение кривошипно-шатунные механизмы или имеет ударную нагрузку, масса фундамента должна превышать массу двигателя в 20 раз.

Фундамент выступает над полом на 100... 150 мм и превышает салазки или плиту двигателя на 150...200 мм.

Не следует связывать между собой фундаменты отдельных дви­гателей и соседних машин. Для обслуживания механизмов между фундаментами оставляют проходы шириной не менее 1 м. Мини­мальное расстояние между двигателем и стенами или колоннами здания составляет 0,3 м.

В фундаменте остав­ляют колодцы для заливки анкерных болтов. Болты в колодцы закладывают по размеру отверстий салазок или фундаментной плиты. Салазки или плиту устанавливают на фундамент по уровню, подкладывая под них регулировочные шайбы. После выверки салазок анкерные болты заливают раствором, состоящим из одной части цемента и одной части промытого песка.

Обычно на фундаментах устанавливают двигатели средней и большой мощности. Двигатели малой мощности устанавливают на. станинах машин, на кронштейнах на прочном деревянном или бе­тонном полу, а также крепят на стенах и на потолке

Задача № 5,13, 28

Принимая двигатели от заказчика, во время осмотра обращают внимание на то, чтобы ротор вращался свободно и плавно. Двига­тели малой и средней мощности должны легко вращаться от руки, двигатели мощностью свыше 10 кВт вращают при помощи рычага. Во время внешнего осмотра выявляют комплектность деталей дви­гателя, сохранность клеммника, крышек, крепежных болтов и гаек. При необходимости выполняют ревизию двигателя, очищают его от пыли и грязи, заменяют смазку в подшипниках, затягивают клеммные соединения, измеряют сопротивление изоляции обмоток между фазами и по отношению к корпусу.

Согласно ГОСТ, сопротивление изоляции электриче­ских машин должно быть не менее 0,5 МОм при рабочей темпера­туре двигателя.

Перед монтажом следует убедиться в соответствии исполнения двигателя условиям окружающей среды. В сухих помещениях, где нет опасности попадания на двигатель брызг и стружек, применяют двигатели защищенного исполнения. В помещениях, опасных в по­жарном отношении (зернопункты, деревообрабатывающие мастер­ские, мельницы и т. п.), устанавливают закрытые обдуваемые дви­гатели. В особо сырых помещениях и помещениях, содержащих пары аммиака, рекомендуется использовать двигатели закрытого исполнения сельскохозяйственного назначения.