Методические указания и задания на курсовую работу по теме: “цепи синусоидального тока” icon

Методические указания и задания на курсовую работу по теме: “цепи синусоидального тока”


Смотрите также:
Лекции по тоэ
Методические указания по выполнению курсовой работы Составитель: преподаватель...
Задание на курсовую работу Методические задания к выполнению курсовой работы...
Рабочая программа Задания на курсовую работу Факультет cистемного анализа и прогнозирования...
Методические указания и задания на курсовую работу для студентов специальности 270102...
Примерный план и краткие методические указания по написанию курсовой работы по следующей теме:...
Методические указания по написанию курсовой работы по дисциплине «Теория менеджмента»...
Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных учреждений...
9 Задания на выполнение расчетно-графических работ 2...
Контрольная работа №1 по теме «Сила тока. Закон Ома для участка цепи. Соединение проводников»...
Рабочая программа, методические указания...
Методические указания к выполнению курсовых работ...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
скачать


МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Санкт-Петербургский государственный университет

водных коммуникаций



Кафедра теоретической и общей электротехники




ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Методические указания

и задания на курсовую работу по теме:


“цепи синусоидального тока”


Специальность: 180400 “Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов”


Санкт-Петербург

2003

^

Составитель: Е.М. Павленко


Рецензент: д-р техн. наук, проф. В.В. Сахаров


Методические указания предназначены для студентов электротехнических специальностей университета в качестве вспомогательного материала при выполнении курсовой работы по дисциплине Теоретические основы электротехники.

Приведены варианты задания на курсовую работу. Рассматриваются вопросы подготовки и проведения расчетов на компьютере в среде MathCAD установившихся процессов в линейных электрических цепях переменного синусоидального тока.

Подготовлены к публикации автором.


© Санкт-Петербургский государственный

университет водных коммуникаций,

2003.


Лицензия № от Сдано в производство:

Подписано к печати

Формат бумаги 60х80/16 Печать офсетная.

Усл. печ. л. Уч. -изд. л.

Тираж …. экз. Цена договорная. Заказ №

___________________________________________________________


ИПЦ СПГУВК 198035 Санкт-Петербург,

Межевой канал, д. 2.

  1. ^ Общие указания


Приступая к выполнению курсовой работы, студент должен изучить раздел “Электрические цепи переменного синусоидального тока” курса “Теоретические основы электротехники” (ТОЭ), ориентируясь на рекомендованную литературу [1], [2], и разобраться в решении типовых задач по их расчету [3], [4].

Задание включает в себя 10 вариантов схем электрических цепей переменного синусоидального тока, подлежащих расчету, для каждой из которых имеется 10 вариантов значений параметров входящих в её состав элементов. Вариант задания определяется в соответствии с номером зачетной книжки.

При оформлении работы необходимо руководствоваться следующими общими требованиями:

  1. Работа выполняется на сброшюрованных листах формата А4, либо в обычной тетради и оформляется в следующем порядке: титульный лист, исходные данные и рассчитываемая схема, содержание задания, выполненные расчеты и диаграммы, использованная литература.

  2. В схеме сопротивления Zk должны быть заменены элементами Rk, Lk или Ck в соответствии с указанными в задании значениями их комплексов.

  3. Рисунки, поясняющие ход расчетов, размещаются по тексту записки и нумеруются. Векторные диаграммы выполняются на отдельном листе размером, обеспечивающим удобство их построения и проверки, с указанием соответствующих масштабов для напряжений и токов.

  4. Решение следует сопровождать краткими пояснениями. Все расчетные формулы записываются сначала в общем (буквенном) виде, а затем подставляются численные значения соответствующих величин. При первой записи, по ходу пояснительной записки, букв (символов) исходных и рассчитываемых величин (эдс, напряжений, токов, сопротивлений и т.п.), должно быть указано, какой параметр они обозначают и в каких единицах измерения используются в расчетах.

  5. При решении следует пользоваться международной системой единиц СИ. В промежуточных формулах наименование величин не указывается. В окончательных результатах обязательно указать единицы измерения, в которых получен ответ.

  6. Расчеты выполняются методом комплексных величин (символическим методом). Погрешность результатов по результатам проверки не должна превышать 0,5%. Расчеты рекомендуется выполнять на ЭВМ в среде MathCAD.

  7. Не допускается внесение исправлений в проверенную работу. Все исправления и дополнения по замечаниям преподавателя выполняются на последующих чистых листах.


Работа допускается к защите, если решение не содержит принципиальных ошибок и при ее выполнении и оформлении удовлетворены все основные требования. Студент должен быть готов дать пояснения по существу выполненной работы. Оценке работы определяется после ее защиты.



  1. ^ Содержание работы


Для электрической цепи переменного синусоидального тока, соответствующей индивидуальному заданию, необходимо выполнить следующие расчеты и графические построения:

  • составит систему уравнений по законам Кирхгофа в интегрально-дифференциальном виде для мгновенных значений напряжений и токов;

  • выполнить расчет токов в ветвях электрической цепи методом, указанным в варианте задания, с проверкой правильности расчетов посредством баланса мощностей и оценкой их точности;

  • определить режимы работы источников, имеющихся в заданной электрической цепи;

  • рассчитать ток в указанной ветви или напряжение холостого хода между заданными узлами методом эквивалентного генератора (МЭГ);

  • для заданного тока i(t) или напряжения u(t) построить график мгновенных значений;

  • рассчитать показания ваттметра, включенного в одну из ветвей электрической цепи;

  • построить векторную диаграмму токов и напряжений для ветви, в которой включен ваттметр.




  1. Варианты задания


3.1. Электрическая цепь (варианты 0  9), подлежащая расчету, определяется по последней цифре номера зачетной книжки. Например: зачетная книжка № 987654 - расчетная схема: вариант 4; зачетная книжка № 543270 – расчетная схема: вариант 0.

3.2. Численные значения параметров схемы, а именно: действующие значения источников эдс Е j и токов J j , их начальные фазы ψе , ψi, а также комплексы сопротивлений Z j, угловой частоты ωj приводятся в таблицах №№ 110, расположенных под соответствующими вариантами расчетных схем. Вариант численных значений параметров схемы определяется по предпоследней цифре зачетной книжки. Например: зачетная книжка № 987654 – численные значения по варианту 5; зачетная книжка № 543207 – численные значения по варианту 0.

3.3. В зависимости от четности суммы двух последних цифр зачетной книжки определяются основной метод расчета электрической цепи: метод контурных токов (МКТ) или узловых потенциалов (МУП). Если сумма четная – МКТ, если нечетная – МУП. Например: зачетная книжка № 987654 – сумма нечетная (5+4=9), основной метод МУП; зачетная книжка № 543200 – сумма четная (0+0=0), основной метод МКТ.

3.4. В зависимости от четности суммы трех последних цифр зачетной книжки определяется для какого параметра (тока ik(t) или напряжения uk(t)) необходимо выполнить расчет мгновенного значения методом эквивалентного генератоа и построить его график. Если сумма четная – рассчитывается мгновенное значение и строится график ik(t), если нечетная - uk(t). Например: зачетная книжка № 987654 – сумма нечетная (6+5+4=15), рассчитывается значение и строится график uk(t); зачетная книжка № 543273 – сумма четная (2+7+3=12) – мгновенное значение и график ik(t).

3.5. Ветвь, в которую должен быть включен ваттметр, и для которой следует строить векторную диаграмму, указывается в таблицах №№ 110 следующим образом: W  3, 7, что означает: ваттметр включается в одну из ветвей, расположенную между узлами 3 и 7.

Векторная диаграмма строится для тока этой ветви и напряжения U37.

Рисунки и таблицы №№ 110 соответствующих вариантов приведены в приложении № 1.


  1. Методические указания


При проведении расчётов электрических цепей переменного синусоидального тока символическим методом рекомендуется использовать действующие значения комплексных величин.

В процессе подготовки и проведения расчётов электрических цепей синусоидального тока в среде MathCAD необходимо:

- на основе анализа электрической цепи и задания определить порядок решения задачи;

- выбрать (если не указан) рациональный метод расчёта электрической цепи;

- записать в символической форме необходимые для проведения расчётов величины (сопротивления, проводимости, эдс и т.п.);

- на основе выбранного метода составить систему уравнений для расчёта комплексов искомых величин;

- после решения системы уравнений определить комплексы искомых токов в ветвях;

- правильность расчетов токов оценить путем проверки выполнения баланса мощностей;

- по комплексам рассчитанных токов и напряжений определяются их действующие значения, а при необходимости и мгновенные.

Технология расчета электрических цепей переменного тока в среде MathCAD тем или иным методом отличается от аналогичных расчетов цепей постоянного тока, в основном, лишь использованием комплексных значений искомых величин.

Пример 1. Расчёт электрической цепи синусоидального тока методом узловых потенциалов.


Рис.1


e1(t) = 179,6·Sin(ωt + 30º) В;


e2(t) = 50∙Sin(ωt - 90˚) В;


R1 = 10 Ом; R2 = 100 Ом; R3 = 100 Ом; R4 = 150 Ом;


R5 = 300 Ом; L = 5 Гн; C = 1 мкФ; f = 50 Гц;

___________________________________________________


Дано:


Составить систему уравнений по законам Кирхгофа в интегрально-дифференциальной форме. Определить действующие

значения токов в ветвях, мощность источника E2, найти выражение: .


4.1. Система уравнений по законам Кирхгофа в интегрально-дифференциальном виде для мгновенных значений токов и напряжений

Для составления уравнений по законам Кирхгофа произвольно выбираем условно - положительные направления токов в ветвях и направления обхода контуров (см. рис. 1).

В рассматриваемой схеме: узлов q = 4, ветвей p = 6, независимых контуров n = p – (q –1) = 6 – (4 – 1) = 3. Следовательно, по первому закону Кирхгофа должно быть составлено (q –1) = 3 уравнения, а по второму закону Кирхгофа n = 3 уравнения.

Для мгновенных значений токов, напряжений и эдс система уравнений по законам Кирхгофа имеет вид:

i1(t) + i2(t) – i3(t) = 0; (1)

i3(t) – i4(t) – i6(t) = 0; (2)

i4(t) – i5(t) + i6(t) = 0; (3)

uR1(t) – uL(t) = e1(t) – e2(t); (4)

uL(t) + uR2(t) + uC(t) + uR4(t) + uR3(t) = e2(t); (5)

- uR4(t) – uc(t) + uR5(t) = 0. (6)

С учетом того, что:

; ;

; ,

(1), …, (6) записываются в виде:

; (7)

; (8)

; (9)

; (10)

; (11)

. (12)


^ 4.2. Расчет токов в ветвях электрической цепи

Расчет выполнен методом узловых потенциалов, другие методы рассмотрены в курсе лекций и в учебной литературе [1], [2], [3], [4].

Комплексы действующих значений эдс Е1 и Е2:

; (13)

В выражении (13) начальные фазы эдс и указаны в градусах, но для выполнения расчетов в среде MathCAD необходимо перевести их в радианы:

; , (14) где - коэффициент перевода градусов в радианы.

В соответствии с выбранной нумерацией узлов (рис.1) система уравнений для расчета комплексов потенциалов узлов в общем виде представлена системой (15):

,


(15)
,

,

где

; См;

; См;

; См;

; См;

; См;

; См;

; А;

; .

В результате решения системы (15) получаем комплексы потенциалов , , .

Комплексы действующих значений токов в ветвях схемы, после выбора их положительных направлений (рис 1), определяются выражениями:

; ; ;

; ; ; (16)

где .

Действующие значения токов в ветвях определяются из (16), как модули комплексов соответствующих токов.

Например, действующее значение тока I1 определяется выражением:

; (17)

где - реальная часть комплекса ;

- мнимая часть комплекса .

Для записи выражения мгновенного значения тока, например i2(t), необходимо найти значения амплитуды этого тока и его начальную фазу .

Амплитуда тока определяется через его действующее значение:

.

Н
+j
ачальная фаза зависит от расположения вектора, в данном случае вектора тока , на комплексной плоскости, при этом возможны четыре варианта:

1)




; ;

; ;

; ;

3)


; ;

; ;

; .

Тогда мгновенное значение тока i2(t) записывается в виде:

. (18)

График изменения мгновенного значения тока i2(t) может быть построен по функции (18) в среде MathCAD [5].

Комплекс полной мощности источника Е2 определяется выражением: ;

где - комплекс, сопряженный комплексу тока ,

- активная мощность источника Е 2,

- реактивная мощность источника Е 2.

Если  0, источник работает в режиме генератора, если  0 – режим потребителя.


^ 4.3. Расчет тока в ветви методом эквивалентного генератора

Допустим, в задании требуется рассчитать ток i1(t) (рис 1). Схема для расчета напряжения Uxx имеет вид:


Рис. 2

По второму закону Кирхгофа: . Схема для расчета тока методом двух узлов представлена на рис. 3.




Рис. 3

;

тогда, .

После вычисления тока , определяется значение , комплекс которого численно равен эдс эквивалентного генератора:

.

Схема для расчета сопротивления эквивалентного генератора имеет вид:


Рис. 4

Комплекс полного сопротивления эквивалентного генератора определяется выражением:

.

Тогда схема эквивалентного генератора для расчета тока имеет вид:


Рис. 4

откуда .

По полученному комплексу можно рассчитать значения Im1 и i1 для записи мгновенного значения i1(t).


^ 4.4. Определение режимов работы источников

Режимы работы источников схемы (рис. 1) определяются по комплексам полных мощностей этих источников . Если Р > 0, источник работает в режиме генератора, если Р < 0 - в режиме потребителя. Пример определения режима работы одного из источников приведен в приложении 2.


^ 4.5. Расчет показаний ваттметра

Пусть в задании указано, что ваттметр должен быть включен в одну из ветвей между узлами 0 и 1. Между этими узлами имеется две ветви, выберем одну из них, например, ветвь с индуктивностью L и источником Е 2 (рис. 5).


Рис. 5

Ваттметр должен быть включен так, чтобы положительное направление напряжения U01 совпадало с направлением от клеммы U* к клемме U, а положительное направление тока должно быть выбрано совпадающим с направлением от клеммы I* к клемме I.

Мощность, измеряемая ваттметром, определяется выражением:

Pw = U 01I 2 Cos

где U 01 – действующее значение напряжения между узлами 0 и 1,

I 2 - действующее значение тока в выбранной ветви,

 = u - i - угол сдвига фаз между напряжением U 01 и током I 2.

Начальные фазы u и i определяются соответствующими комплексами и .


Рекомендуемая литература:


  1. Основы теории цепей: Учебник для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. – 5-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.: ил.

  2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. – М.: Высшая школа, 1978. –528 с.

  3. М.Р. Шебес. Теория линейных электрических цепей в упражнениях и задачах. М.:; Высш. шк., 1973 г.

  4. Сб. задач и упражнений по теоретическим основам электротехники: Учеб. пособие для вузов / Под ред. проф. П.А. Ионкина. – М.: Энергоиздат, 1982. – 768 с., ил.

  5. Кудрявцев Е.М. Mathcad 8. – М: ДМК, 2000.- 320 с.: ил.



Приложение 1

Варианты заданий

Вариант схемы № 0




Рис. 6

Таблица 1
Вариант

№№

Параметр



0


1


2


3


4


5


6


7


8


9

Е3, [B]

10

6

42

12

9

11

35

20

15

39

e3, [град]

-15

20

45

-60

54

180

0

-25

-90

275

E4, [B]

5

13

7

22

30

32

27

4

19

25

e4, [град]

22

-18

55

78

-95

110

-35

178

340

-98

E5, [B]

21

14

18

9

27

15

8

11

3

6

e5, [град]

17

-55

-37

63

119

-97

43

78

-87

8

E7, [B]

14

21

5

19

7

4

12

9

7

15

e7, [град]

13

-65

74

280

-5

75

-39

365

36

-94

E8, [B]

4

3

10

5

13

21

4

19

24

9
^
e8, [град]

-90

45

275

135

-45

65

78

-10

-54

-33
E10, [B]

7

19

13

15

14

6

18

5

10

13

e10,[град]

-14

29

62

-18

34

82

27

-58

90

160

J1, [A]

4

2

7

1

12

5

3

8

6

3

i1, [град]

105

-59

-28

71

62

-29

-95

45

73

-25
Продолжение табл. 1

J4, [A]

2

8

1

4

1

9

5

3

3

7

i4, [град]

-80

73

18

-51

354

-81

74

-31

98

69

f, [Гц]

50

75

100

150

50

75

100

150

50

75

Z2, [Ом]

-j30

-j40

j10

15

9

-j20

j12

25

-j35

14

Z3, [Ом]

10

20

15

-j5

j41

10

18

-j5

6

j16

Z4, [Ом]

150

-j20

j30

-j30

j50

-j25

j35

200

-j15

j20

Z5, [Ом]

j45

36

-j50

75

j25

-j40

53

-j20

j90

215

Z7, [Ом]

55

-j30

j20

30

-j55

90

-j36

j28

j87

-j75

Z10, [Ом]

j15

j63

120

-j40

75

-j30

j90

j71

-j53

-j75

Z11, [Ом]

22

41

-j15

j56

-j35

j27

12

-j38

145

10

Z13, [Ом]

-j64

j80

-j61

j15

-j24

35

15

-j21

j13

j25

ik

i2

i4

i5

i7

i10

i11

i3

i13

i7

i4

uk

u23

u23

u12

u34

u12

u13

u42

u32

u31

u12
Ваттметр

1, 2

2, 3

2, 4

1, 2

1, 3

3, 4

1, 2

1, 3

4, 2

1, 2




оставить комментарий
страница1/11
Е.М. Павленко
Дата03.10.2011
Размер1.28 Mb.
ТипМетодические указания, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх