Главная
страница 1
Министерство образования и науки Российской федерации

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ им. В. В. Куйбышева)
Кафедра теоретической и общей электротехники

Электротехника

Методические указания и контрольные работы для студентов заочного факультета

Составил А.Н. Шеин

Владивосток 2008



1.Цель и задачи дисциплины

Цель изучения дисциплины – дать знания для теоретической и практической подготовки студентов в области электротехники и электроники, научить обращению со схемами электрических цепей, их простейшему расчету, ознакомить с принципами работы электротехнических устройств, элементов автоматических систем, измерительных приборов и правилами электробезопасности.

Для достижения поставленной цели программа включает курс лекций, лабораторные и практические занятия, а также самостоятельную работу студентов.

Курс «Электротехника и электроника» необходим , так как ставит своей задачей дать будущему специалисту общие сведения, которые позволили бы ему сознательно, грамотно и более эффективно обращаться с электрооборудованием, электротехническими приборами, необходимыми для обеспечения надежной и экономичной эксплуатации технических объектов.


2. Начальные требования к освоению дисциплины
Освоение студентами курсов математики и физики в объеме государственного высшего профессионального образования.

Теоретической базой дисциплины являются:

-Математика (линейные и нелинейные уравнения, системы линейных уравнений, декартова система координат, дифференциалы и производные функций, линейные дифференциальные уравнения, неопределенные интегралы, определенные интегралы, функции комплексного переменного).

-Физика (закон сохранения энергии, понятие о работе, мощности, колебаниях и волнах, масса, сила, момент инерции, трение, понятие об электрических и магнитных полях, заряд, емкость, напряженность, электрический ток, потенциал в электрическом поле, разность потенциалов, напряжение, электродвижущая сила, проводники, диэлектрики, полупроводники, энергия, выделяемая в электрической цепи, энергия, накапливаемая в электрическом и магнитном полях, потери энергии, электрические колебания, резистивный элемент, катушка индуктивности, емкостный элемент, ферромагнетики, остаточная намагниченность, действие магнитного поля на движущиеся заряды, закон электромагнитной индукции).



3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

-студент должен знать и понимать электротехнические законы, методы анализа электрических, магнитных и электронных цепей;

-студент должен знать конструкции, принципы действия, свойства и области применения основных электротехнических и электронных устройств, электроизмерительных приборов;

-студент должен уметь правильно включать электроизмерительные приборы, электротехническое оборудование, управлять им и контролировать их безопасную и эффективную работу,

-студент должен уметь производить измерения основных электрических и неэлектрических величин,

-студент должен уметь экспериментальным путем определять параметры и характеристики электротехнических элементов и устройств.


Студенты групп, где предусмотрена планом одна контрольная работа, выполняют контрольную работу №1
Контрольная работа №1
Раздел 1. Линейные электрические цепи

в установившемся синусоидальном режиме
Варианты заданий и задач к контрольной работе 1

для групп З- и З-

Исходные данные контрольной работе 1

Задача 1


Исходные данные для п.1.1 (рис.1 и рис.2) контрольной работы 1 ЭДС e(t)=Emsin(ωt+ψe), сопротивлений R, идуктивностей L, емкостей C, частоты f для всех вариантов схем в учебной группе в одном учебном году одни и те же

2008/09 уч. год (3 вариант исходных данных)

Em=6В, ψe=45ο, f=200 Гц, R1 =1 Ом, R2 =1,5 Ом, R3 =0,5 Ом, L1=0,8 мГн,

L2 =1,19 мГн, L3 =0,4 мГн, C1=398 мкФ, C2 =265 мкФ, C3=796 мкФ


2009/10 уч. год (4 вариант исходных данных)

Em=7В, ψe=-30ο, f=250 Гц, R1 =1,5 Ом, R2 =0,5 Ом, R3 =1,0 Ом, L1=0,48 мГн,

L2 =0,16 мГн, L3 =0,32 мГн, C1=212 мкФ, C2 =637 мкФ, C3=318 мкФ


2010/11 уч. год (7 вариант исходных данных)

Em=6В, ψe=-45ο, f=100 Гц, R1 =3 Ом, R2 =1,0 Ом, R3 =2,0 Ом, L1=2,39 мГн,

L2 =0,8 мГн, L3 =1,59 мГн, C1=265 мкФ, C2 =796 мкФ, C3=398 мкФ


2011/12 уч. год (14 вариант исходных данных)

Em=6В, ψe=270ο, f=150 Гц, R1 =1,5 Ом, R2 =1 Ом, R3 =2,0 Ом, L1=0,8 мГн,

L2 =0,53 мГн, L3 =1,06 мГн, C1=354 мкФ, C2 =531 мкФ, C3=265 мкФ


2012/13 уч. год (11 вариант исходных данных)

Em=7В, ψe=135ο, f=300 Гц, R1 =2 Ом, R2 =3 Ом, R3 =1 Ом, L1=0,53 мГн,

L2 =0,8 мГн, L3 =0,27 мГн, C1=133 мкФ, C2 =88 мкФ, C3=265 мкФ


О выборе схемы, для которой предназначены эти данные, Вы прочитаете далее

Задача 2



Исходные данные для п.1.2 (рис.5) контрольной работы 1

задаются индивидуальной карточкой, выдаваемой методистом или преподавателем
Пример индивидуальной карточки к п.1.2.
********************************************************************

Вариант 53 РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ. СТУДЕНТ__________ГР.____

Первая гармоника. ЭДС фазы А: ЕА1=220 В, нач.фаза FEA1=150 град.

Сопротивления по первой гармонике (действ. часть; мнимая часть)

ZЛ=(0)+J(50); ZT=(0)+J(30); Z=(30)+J(0); ZN=(2)+J(0).

Третья гармоника.

Пятая гармоника

Способ задания несимметрии

Определить напряжение между точками

____________________________________________________________________
Ниже приведена расшифровка этой индивидуальной карточки, первое обозначение, например ψeA -начальная фаза для ЭДС ЕА на рис.5, а далее FEA1- та же начальная фаза из индивидуаьной карточки
Из карточки необходимы только значения в трех строчках для первой гармоники, где для фазы А задана ЭДС eA(t)=EmAsin(ωt+ψeA),

EA=EA1=220 B (действующее значение ЭДС фазы А, равное EmA/√ 2),

ψeA =FEA1=150 градусов (начальная фаза), ZЛ=ZЛ=0+j5 Ом,

ZT=ZT=0+j30 Ом, ZА=Z=30 +j0 Ом( комплексные сопротивления)

Сопротивление ZN в расчетах не участвует, так как цепь симметрична и ток в нейтральном проводе равен нулю.

1.Задание на контрольную работу №1

Задача 1

    1. Анализ простейшей электрической цепи синусоидального тока

1.1.1. Построить схему простейшей электрической цепи (ЭЦ), используя кодировку ветвей в соответствии с вариантом.

1.1.2. Определить комплексные действующие значения токов по заданным действующим значениям ЭДС источников и параметрам элементов R, L, C.

1.1.3. Записать выражения мгновенных значений токов , , .


      1. Рассчитать активную P и реактивную Q мощности цепи,

      2. Построить векторную диаграмму токов и напряжений в одной координатной системе,
Задача 2

    1. Анализ симметричных трехфазных электрических цепей

1.2.1. Определить мгновенные токи , , , , , , , , , , , .

      1. Построить векторную диаграмму.

      2. Найти показания ваттметров.

      3. Проверить баланс активной мощности.


2.Метод построения схем, исходные данные.

Построение схемы простейшей электрической цепи.

Общий вид расчетных схем к п.1.1 контрольной работы приведен на рис.1. Индивидуализация заданий обеспечивается различиями отдельных двухполюсников , , , , , , из которых строятся схемы разных вариантов. Кодировка схем приведена в приложении 1 , где номера от 1 до 8 соответствуют восьми различным схемам двухполюсников , приведенным в табл.1. Номер схемы в приложении 1 для студента выбирается по его варианту от 1 до 30 по последним двум цифрам шифра. Если последние две цифры шифра образуют число большее 30, но меньше 61, то из него надо вычесть 30, если последние две цифры шифра образуют число большее 60, но меньшее 91, то из него надо вычесть 60, а если последние две цифры шифра образуют число большее 90, но меньшее 100, то из него надо вычесть 90. Параметры пассивных двухполюсников , , , , , , , , и параметры , , , источника ЭДС задаются одинаковыми для студентов одной группы для данного учебного года (смотри выше).

Таблица 1

Схемы замещения участков ( K = 1, 2, 3 ; N = 1, 2 )

Код

участка


Схема

Код

участка


Схема

1

2


3
4
5


r

l


rnl

rnc

6


7

8


lnc
rc2

rl2

Например, построим схему варианта, в котором участки цепи представлены кодами:




Участок ЭЦ













код

3

5

2

6

4

8

Для построения воспользуемся общим видом рассчитываемых схем ( рис. 1 ) и на месте каждого из участков нарисуем соответствующую ему схему замещения ( табл. 1 ). Получится схема, показанная на рис.2.





рис
Рис.1. Общий вид рассчитываемых схем.
рис
Рис.2. Пример построения схемы.

3.Методические указания к анализу простейших ЭЦ.

3.1.Расчет простейшей цепи.

Прежде чем приступить к анализу простейшей ЭЦ, необходимо рассчитать индуктивные и емкостные сопротивления отдельных элементов. При этом для индуктивных элементов , для емкостных . Так как расчет синусоидальных токов и напряжений проводится в комплексной форме, на следующем этапе вычисляются комплексные сопротивления участков цепи. Если участок цепи представляет собой последовательное соединение элементов R и L (табл.1, код 4), то его сопротивление определяется выражением (при последовательном соединении элементов цепи их сопротивления складываются).

При параллельном соединении элементов цепи складываются их проводимости. Следовательно, для параллельного соединения элементов R и C (табл.1, код7)



.
Для расчета входного сопротивления исследуемой электрической цепи рекомендуется преобразовать ее схему к виду, показанному на рис.3.
рис
Рис.3. Приведенная схема.

Если сопротивления ветвей определяются выражениями , , то входное сопротивление цепи .

Зная значения входного сопротивления и ЭДС источника, находят комплексные значения действующих токов в ветвях ЭЦ:
; ; ,

где .


3.2.Проверка баланса мощности.

При проверке баланса мощности необходимо определить мощность источника:



, где ток со «штрихом» - это сопряженный ток, т.е. его начальная фаза берется с противоположным знаком.
3.3.Построение векторной диаграммы.

Векторной диаграммой называют совокупность векторов, изображающих синусоидально изменяющиеся функции времени одной и той же частоты и построенных с соблюдением правильной ориентации их относительно друг друга по фазе.

Векторная диаграмма напряжений предполагает, что вектор напряжения каждого последующего участка строится из конца вектора предыдущего, в порядке соединения элементов.

Для построения векторной диаграммы напряжений необходимо обозначить все точки схемы (см. рис.2) и потенциал одной из них, например точки с, принять равным нулю. Затем последовательно, переходя от точки к точке “против тока”, т. е. в направлении увеличения напряжений узлов, рассчитать падения напряжения между каждой парой точек в схеме, записать действующие комплексы этих напряжений.

Так для схемы на рис.2 нужно рассчитать , , :
,
,
и так далее.

Затем выбираются масштабы токов в [А/см] и напряжений в [В/см]. Масштабы должны быть выбраны так, чтобы диаграмма занимала более половины листа размером 210 х 297 мм.

На комплексной плоскости из начала координат строятся векторы, изображающие все рассчитанные комплексы токов. Если токи определены верно, то должен соблюдаться первый закон Кирхгофа .

Приступая к построению векторной диаграммы напряжений, располагают точку с в начале координат. Строят вектор пока не получат точку а. Напряжение между точками с и а должно быть равно ЭДС заданного источника.


рис
Рис. 4. Векторная диаграмма к схеме,

изображенной на рис.2.




4. Методические указания к анализу трехфазных ЭЦ.

Расчет симметричных режимов трехфазных цепей.

Схема заданной трехфазной электрической цепи одинакова для всех вариантов и приведена на рис.5.

Для упрощения расчета трехфазной цепи, представленной на рис.5, нагрузку, соединенную треугольником, рекомендуется заменить эквивалентной звездой с сопротивлением плеча Zт / 3 (рис.6).

В полученной схеме вследствие ее симметрии нейтральные точки генератора и нагрузки могут быть объединены и расчет целесообразно вести для одной фазы независимо от других, например, для фазы в схеме рис.7.
рис

Рис.5. Схеме рассчитываемой трехфазной ЭЦ.


рис
Рис.6. Преобразованная схема.

Рис.7. Расчетная схема для фазы .

Для рассматриваемой цепи имеем


, ,
, .
После определения токов фазы токи для фаз и находим так
, , .
, , .
где - фазовый множитель.

Токи в фазах треугольника с учетом того, что нагрузка симметричная, при указанных на схеме условно – положительных токов, находим из соотношений



, , .

Для построения векторной диаграммы рекомендуется на комплексной плоскости построить сначала векторы всех токов, предварительно выбрав масштаб . Затем в масштабе на комплексной плоскости необходимо отметить положение комплексных потенциалов узлов схемы, обозначенных на рис.5 буквами A, B, C, a, b, c, 0,. Точке отсчета, потенциал которой принят равным нулю, на диаграмме соответствует началу координат. Например, если принять потенциал узла “0”равным нулю, то



, , , и т. д.

Активную мощность Р, потребляемую в нагрузке трехфазной цепи, можно вычислить как сумму показаний ваттметров.

В данном случае ваттметры включены в фазы и по схеме двух ваттметров, т.е. . Показания каждого из ваттметров могут быть определены по формулам , ,

где и - комплексы действующих напряжений, подаваемых на обмотки напряжения ваттметров;



и - сопряженные комплексы действующих токов, проходящих по обмоткам токов ваттметров;

символ означает вычисление вещественной части комплексного числа.


Приложение 1.

Варианты заданий по формированию схем простейших ЭЦ.

Схема













Схема













1

2

3



4

5

6



7

8

9



10

11

12



13

14

15



1

8

1



7

8

1



1

7

2



2

7

3



4

7

6




8

1

7



1

1

8



3

2

7



7

2

2



7

4

1



2

7

3



8

1

2



8

1

1



1

3

8



6

8

7



3

1

2



1

3

7



1

3

8



8

2

1



1

5

4



1

3

1



3

7

3



2

1

1



2

8

7



5

1

8



7

2

8



2

2

1



7

8

3



3

1

2



8

6

5



16

17

18



19

20

21



22

23

24



25

26

27



28

29

30



5

5

8



1

2

7



4

6

8



4

5

2



8

3

3



1

8

5



2

1

4



7

8

6



5

4

8



2

7

5




5

6

4



7

6

2



8

4

1



8

3

4



3

2

2



8

1

7



4

8

1



6

7

2



2

7

5



7

8

6



4

7

6



8

4

6



1

2

7



7

2

7



4

5

4



7

4

1



6

7

8



2

1

4



3

8

3



5

4

8




Смотрите также:
Методические указания и контрольные работы для студентов заочного факультета
147.62kb.
1 стр.
Методические указания по выполнению контрольных работ, контрольные задания для студентов заочного отделения
2046.85kb.
13 стр.
Методические указания и контрольные задания для студентов факультета информационных систем и технологий по учебной дисциплине интернет технологии
359.26kb.
1 стр.
Новосибирская государственная академия водного транспорта
384.24kb.
5 стр.
Методические указания и контрольные задания для студентов I курса заочного отделения (1 семестр) бакалавриат Хабаровск 2011 ббк Х 3 Х 12
246.83kb.
1 стр.
Нижегородская государственная медицинская академия
299.33kb.
1 стр.
Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов. Планы семинарских (практических) занятий с методическими указаниями
1244.5kb.
8 стр.
Учебно-методические указания для студентов 1-го курса психолого-педагогического факультета специальности «Психология» Брест 2009
593.45kb.
4 стр.
Волжская государственная инженерно-педагогическая академия
776.93kb.
9 стр.
Методические указания и контрольные задания для студентов заочников образовательных учреждений среднего
341.41kb.
1 стр.
Контрольные задания по латинскому языку для студентов заочного отделения специальности «Юриспруденция»
237.25kb.
1 стр.
Учебно-методическое пособие для студентов заочного отделения филологического факультета Специальность: 050301 русский язык и литература
593.39kb.
7 стр.