Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности «Автоматизация технологических процессов и производств в пищевой промышленности»
| скачать СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Кафедра теоретической электротехники и электрических машин МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению курсовой работы для студентов специальности «Автоматизация технологических процессов и производств в пищевой промышленности» Разработал доц. Степанов А.Л. Утверждено Советом Электромеханического факультета Протокол №1 от 09.10 2009 Владикавказ, 2009 Введение Настоящие методические указания предназначены для оказания методической помощи студентам специальности 210200 «Автоматизация процессов в пищевой промышленности» при выполнении курсовой работы по курсу «Электротехника» Курсовая работа выполняется в течение 4-го семестра и включает три расчетно-графических задания: «Анализ электрических цепей постоянного тока», «Анализ цепей синусоидального тока», «Анализ трехфазных цепей». Перед выполнением каждого задания студенты обязаны приобрести умения и навыки решения задач на указанные темы, ознакомится с теоретическими положениями соответствующих разделов курса. Рекомендуемая литература приведена в конце данных указаний. Варианты для выполнения курсовой работы приведены в следующей литературе:
Конкретная литература по выбору вариантов выполнения курсовой работы определяется преподавателем. Данные методические указания могут быть полезны студентам неэлектрических специальностей при выполнении домашних расчетно-графических работ. Ниже приведены типовые примеры выполнения курсовой работы Задание №1 Расчет цепи постоянного тока Задана эквивалентная схема замещения цепи постоянного тока и ее параметры. Выполнить следующие действия по ее расчету:
Пример расчета по заданию №1 На рис. 1 приведена исходная схема замещения цепи постоянного тока, параметры которой заданы  Рис. 1   I. Выполнение первого пункта задания []. 1. Проводим эквивалентные преобразования с целью упрощения расчетов. Объединяем последовательно соединенные  - элементы (рис. 2) 2. Произвольно задаем положительные направления токов в ветвях схемы (рис.2).  Рис. 2 3. Составляем часть уравнений расчетной системы, используя только первый закон Кирхгофа. Выбираем  узлов на схеме (данная схема содержит  узла, которые отмечены арабскими цифрами) и для каждого из них составляем уравнение по первому закону Кирхгофа 4. Всего необходимо составить  уравнений в расчетной системе ( - число неизвестных токов, равное числу ветвей на схеме). Поэтому число уравнений, которое необходимо составить, используя второй закон Кирхгофа, равно  (для данной схемы  и  ).4.1. Выбираем независимых контуров на схеме, в каждом из них произвольно задаем направление обхода контура (отмечено круглыми стрелками на рис.2).4.2. Для каждого из выбранных контуров составляем уравнение, используя второй закон Кирхгофа, а также закон Ома (  ) 5. Полученные уравнения объединяем в систему, которую упорядочиваем  и представляем в матричной форме записи, подставив численные значения параметров схемы  .Первый пункт задания выполнен. II. Выполнение второго пункта задания []. 1. Используя эквивалентно преобразованную схему (рис.2), произвольно задаем положительное направление реальных токов в каждой ветви схемы (рис.3) (в данном примере они оставлены без изменения). 2. Выбираем независимых контуров на схеме, в каждом из них произвольно задаем направление контурного тока  (отмечено круглыми стрелками на рис.3). Рис. 3 3. Определяем составляющие системы контурных уравнений:
 ;  ;  ;
 ;  ;  ;
 .Знаки слагаемых при определении контурных ЭДС определяются совпадением (+) или несовпадением (–) положительного направления ЭДС источника, входящего в рассматриваемый контур, с направлением контурного тока этого же контура. 4. Составляем систему контурных уравнений. При этом используем для каждого контура второй закон Кирхгофа и принцип наложения (суперпозиции)  На первом месте в левой части уравнений стоят составляющие полного напряжения в контуре, представляющие собой частичное напряжение, вызванное протеканием в рассматриваемом контуре собственного контурного тока. Знак этих слагаемых всегда положителен (+) (условно это можно обосновать тем, что контурный ток рассматриваемого контура «сам с собой всегда совпадает»). Остальные слагаемые представляют собой частичные напряжения, вызванные протеканием контурных токов смежных контуров на общих ветвях с рассматриваемым контуром. Знак этих слагаемых определяется совпадением (+) или несовпадением (–) контурных токов смежных контуров на их общих ветвях. 5. Полученную систему упорядочиваем  и представляем в матричной форме записи, подставив численные значения составляющих системы контурных уравнений  .6. Решаем полученную систему контурных уравнений, используя правило Крамера []: 6.1. Вычисляем главный определитель системы, разворачивая квадратную матрицу контурных сопротивлений по первой строке (следует заметить, что величина определителя не зависит от того, по какой строке или столбцу его разворачивают)   ;6.2. Вычисляем дополнительные определители системы, последовательно заменяя столбцы матрицы контурных сопротивлений матрицей-столбцом контурных ЭДС. Каждый дополнительный определитель рассчитываем, разворачивая его по первой строке аналогичным образом  ; ; ;6.3. Определяем контурные токи  ;  ;  .7. Используя рассчитанные контурные токи, определяем реальные токи в ветвях схемы. Руководствуемся правилом: реальные токи в независимых ветвях схемы (принадлежащих только одному контуру) определяются только контурным током рассматриваемого контура  .Реальные токи в общих ветвях между смежными контурами определяются по принципу наложения: алгебраической суммой смежных контурных токов. При этом знак каждого контурного тока определяется совпадением (+) или несовпадением (–) его направления с заданным положительным направлением реального тока в рассматриваемой ветви.  .Второй пункт задания выполнен. III. Выполнение третьего пункта задания. Рассматриваемая схема замещения содержит четыре узла, поэтому к заданной схеме метод двух узлов непосредственно не применим. 1. Используя эквивалентное преобразование участка схемы  , соединенного по схеме «треугольник», в участок  , соединенный по схеме «звезда» (отмечен на рис. 4 пунктиром), приводим начальную схему к схеме, содержащей два узла (рис.5).   Рис. 4 Рис. 5 При этом   . .Эквивалентно объединяя последовательно соединенные -элементы в каждой ветви, получаем исходную схему для расчета методом двух узлов (рис. 6).  Рис. 6 При этом  2. Произвольно задаем положительное направление токов в ветвях схемы и положительное направление узлового напряжения  (рис. 6)3. Рассчитываем проводимости ветвей схемы  .4. Используя основную формулу метода, определяем узловое напряжение  .Знак слагаемых числителя определяется несовпадением (+) или совпадением (–) положительного направления и положительного направления ЭДС рассматриваемой ветви.5. Рассчитываем неизвестные токи в ветвях, используя обобщенный закон Ома  Проанализируем результаты расчета. На рис. 5 в каждой ветви источник ЭДС и -элементы соединены последовательно. Поэтому токи в этих ветвях равны рассчитанным. Однако участки схемы в окрестности источников не были охвачены преобразованием. Следовательно, в соответствии с условием эквивалентности преобразования участков схем величина этих токов должна остаться такой же, как и до преобразования. Сравниваем по модулю значения токов, рассчитанных настоящим методом и методом контурных токов      Видно, что значения токов практически совпадают. Следовательно, оба расчета проведены корректно. Третий пункт задания выполнен. IV. Выполнение четвертого пункта задания []. 1. Разрываем шестую ветвь и произвольно задаем положительное направление токов в остальных ветвях, положительное направление напряжения холостого хода  и напряжения  между узлами  и  (рис. 7). Рис.7. 2. Определяем величину . Для этого предварительно рассчитываем методом двух узлов. .Используя основную формулу метода, определяем узловое напряжение  .Рассчитываем токи  и  , используя обобщенный закон Ома Для контура, включающего  , составляем уравнение по второму закону Кирхгофа (направление обхода контура указано круглой стрелкой) и рассчитываем  , .3. Определяем входное сопротивление схемы со стороны зажимов разомкнутой ветви  . Для этого эквивалентно преобразуем участок схемы  , соединенный звездой, в участок, соединенный треугольником  . Рис. 8. Преобразованная схема будет иметь вид (рис. 9)  Рис. 9   .Используя свойства параллельного последовательного соединения - элементов, определяем  ; .4. Определяем искомый ток, используя закон Ома для замкнутой цепи  .Аналогичный ток, рассчитанный методом контурных токов, составляет  .Они практически совпадают. Расчет проведен верно. Четвертый пункт задания выполнен. V. Выполнение пятого пункта задания Составим уравнение баланса мощностей для преобразованной схемы (рис. 2) с учетом выбранного на ней положительного направления токов 1. Определяем режим работы каждого активного элемента, руководствуясь правилом. Если истинное положительное направление тока, протекающего через источник ЭДС (которое можно определить только в результате расчета), совпадает с положительным направлением ЭДС этого источника, то активный элемент работает в режиме генератора. В противном случае он работает в режиме приемника. Сопоставляя на рис. 2 заданное положительное направление токов, знаки рассчитанных токов и положительное направление ЭДС активных элементов, определяем их режим работы Источник ЭДС  - генератор,  ;источник ЭДС  - приемник,  ;источник ЭДС  - генератор,  .2. Составляем и численно проверяем корректность уравнения баланса мощностей (значения токов берем посчитанными методом контурных токов; мощность на пассивных приемниках определяем по закону Джоуля-Ленца)  ,где   .Видно, что значения суммарных мощностей практически совпадают. В то же время на примере баланса мощностей покажем проверку корректности расчета любого параметра, указанного в задании. Воспользуемся абсолютным значением относительной погрешности  Расчет считается корректным, если  . Итак пятый пункт задания и все задание выполнены.Задание №2 Расчет цепи синусоидального тока Задана эквивалентная схема цепи синусоидального тока (рис. 1) и ее параметры.  Рис. 1   .Выполнить следующие действия:
Расчет проводим символическим методом в следующем порядке: 1. Рассчитываем сопротивление всех элементов схемы (учитываем, что  ) .2. Представляем ЭДС источника в виде комплекса действующего значения. Определяем комплексные сопротивления и проводимости ветвей     .3. Рассчитываем токи в ветвях методом двух узлов. Задаем произвольно положительное направление токов в ветвях и положительное направление узлового напряжения. Используя основную формулу метода, рассчитываем узловое напряжение  .Определяем токи в ветвях, используя обобщенный закон Ома  Проверяем корректность промежуточных расчетов, составив уравнение по первому закону Кирхгофа для узла а  Комплексная абсолютная погрешность расчета составляет  .Определяем ее модуль  .Рассчитываем относительную погрешность определения токов  .Поскольку  , расчет токов корректен. Первый пункт задания выполнен.4. Составляем и проверяем баланс мощностей Рассчитываем полную комплексную мощность, развиваемую источником, а также его активную и реактивную мощность. При этом используем закон Джоуля-Ленца в комплексной форме записи  , .Определяем суммарную активную и реактивную мощность на приемниках. При этом также используем закон Джоуля-Ленца  ; .Рассчитываем суммарную полную комплексную мощность на приемниках  Проверяем корректность расчета, рассчитав модуль относительной погрешности определения полных мощностей  .Расчет проведен корректно. Второй пункт задания выполнен. 4. Строим векторную диаграмму токов на комплексной плоскости, используя их действительные (  ) и мнимые ( ) составляющие. Задаемся масштабом по току  ,делим указанные составляющие токов на масштаб и откладываем получающиеся отрезки в сантиметрах вдоль осей комплексной плоскости (с учетом знаков составляющих)  Рис. 2. Результаты построения (рис. 2) наглядно иллюстрируют корректность проведенных расчетов. Итак, третий пункт и все задание выполнены. Задание №3 Расчет трехфазной цепи Заданы эквивалентная схема замещения трехфазного приемника и ее параметры, а также задано линейное напряжение со стороны приемника  Рис. 1.   .Выполнить следующие действия: 1. Определить линейные токи, фазные токи и фазные напряжения; 2. Рассчитать активную, реактивную мощность на всем приемнике и на каждой фазе в отдельности; 3. Построить на комплексной плоскости векторную диаграмму токов и напряжений. Расчет проводим в следующем порядке: 1. Определяем комплексы действующих значений фазных ЭДС  2. Определяем комплексы действующих значений линейных и фазных напряжений  3. Рассчитываем комплексные сопротивления фаз приемника  4. По закону Ома определяем фазные токи  5. Рассчитываем линейные токи, используя первый закон Кирхгофа  6. Определяем полные комплексные, полные, активные и реактивные мощности каждой фазы и эти же мощности на всем трехфазном приемнике  При этом       Без специальной проверки видно, что баланс мощностей подтверждается. Следовательно расчеты проведены корректно. 7. Строим векторную диаграмму токов, напряжений и ЭДС. Задаемся масштабами по току и по напряжению   Рис. 2. Третий пункт и все задание выполнено. Рекомендуемая литература Основная
Дополнительная
|
, методом эквивалентного генератора;
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 