Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РБ

Учреждение образования «Гомельский государственный дорожно-строительный колледж имени Ленинского комсомола Белоруссии»

Специальность 2-42

Комиссия преподавателей цикла «Электронные вычислительные средства»

Курсовой проект

по дисциплине: «Теоретические основы электротехники»

Тема: «Расчет и анализ электрических цепей»

Исполнитель: учащийся группы ЭВС-22

Уласов Тахир Алимович

Руководитель проекта: преподаватель

Сухотская Ольга Дмитриевна

Гомель 2012

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

2. РАСЧЕТ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

3. РЕШЕНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

6. ОХРАНА ТРУДА

7. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

8. ЭНЕРГО - И МАТЕРИАЛО СБЕРЕЖЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Тема данной курсовой работы: «Расчёт и анализ электрических цепей».

Курсовой проект, включает в себя 5 разделов:

1)Расчёт электрических цепей постоянного тока.

2)Расчёт не линейных цепей постоянного тока.

3)Решение однофазных линейных электрических цепей переменного тока.

4)Расчёт трёхфазных линейных электрических цепей переменного тока.

5)Исследование переходных процессов в электрических цепях.

Каждое задание включает в себя построение диаграмм.

Задача курсового проекта изучить различные методы расчёта электрических цепей и на основании этих расчётов строить различного вида диаграмм.

В курсовом проекте используются следующие обозначения: R-активное сопротивление, Ом; L - индуктивность, Гн; C - ёмкость, Ф;XL, XC -реактивное сопротивление (ёмкостное и индуктивное), Ом; I - ток, А; U -напряжение, В; E - электродвижущая сила, В; шu,шi - углы сдвига напряжения и тока, град; P - активная мощность, Вт; Q - реактивная мощность, Вар; S - полная мощность, ВА; ц - потенциал, В; НЭ - нелинейный элемент.

1. РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Для электрической цепи (рис.1) выполнить следующее:

1) Составить на основе законов Кирхгофа систему уравнений для определения токов во всех ветвях схемы;

2) Определить токи во всех ветвях схемы, используя метод контурных токов;

3) Определить токи во всех ветвях схемы на основании метода узловых потенциалов;

4) Составить баланс мощностей;

5) Результаты расчётов токов по пунктам 2 и 3 представить в виде таблицы и сравнить;

6) Построить потенциальную диаграмму для любого замкнутого контура, включающего в себя ЭДС.

Е1=30 В; R4=42 Ом;

Е2=40 В; R5=25 Ом;

R1=16 Ом; R6=52 Ом;

R2=63 Ом; r01=3 Ом;

R3=34 Ом; r02=2 Ом;

R1"=R1+r01=16+3=19 Ом;

R2"=R2+r02=63+2=65 Ом.

Выберем направление токов.

Выберем направление обхода контуров.

Составим систему уравнений по закону Кирхгофа:

E1=I1R1"+I5R5-I4R4

E2=I2R2"+I5R5+I6R6

E2=I4R4+I3R3+I2R2"

Рисунок 1. Схема электрической цепи постоянного тока

Расчет электрических цепей методом контурных токов.

Расставим токи

Выберем направление контурных токов по ЭДС

Составим уравнения для контурных токов:

Ik1 Ч(R1"+R4+R5)-Ik2ЧR4+Ik3R5"=E1

Ik2 Ч(R3+R+R2")-Ik1ЧR4+Ik3Ч=E2

Ik3 Ч(R6+R2"+R5)+Ik1ЧR5+Ik2ЧR2"=E2

Подставим в уравнение численные значения ЭДС и сопротивлений:

Ik1 Ч86-Ik2Ч42-+Ik3Ч25=30

Ik1 Ч42+Ik2Ч141+Ik3Ч65=40

Ik1 Ч(25)+Ik2Ч65+Ik3Ч142=40

Решим систему матричным методом (методом Крамера):

Д1= =5,273Ч105

Д2= =4,255Ч105

Д3= =-3,877Ч105

Рассчитываем Ik:

Выразим токи схемы через контурные:

I2 =Ik2+Ik3=0,482+(-44)=0,438 A

I4 =-Ik1+Ik2=0,482-0,591=-0,109A

I5 =Ik1 + Ik3=0,591+(-0,044)=0,547A

Составим баланс мощностей для заданной схемы:

Pис.=E1I1+E2I2=(30Ч91)+(40Ч38)=35,25 Вт

Рпр.=I12R1"+I22R2"+I32R3+I42R4+I52R5+I62R6=(91)2Ч16+(38)2Ч 63 + (82)2Ч Ч34+(-09)2Ч42+(47)2Ч25+(44)Ч52=41,53 Втц.

1 Расчет электрических цепей методом узловых потенциалов

2 Расставим токи

3 Расставим узлы

4 Составим уравнение для потенциалов:

ц1=(1?R3+1?R4+1?R1")-ц2Ч(1/R3)-ц3-(1/R4)=E1?R1"

ц2Ч(1/R3+1?R6+1?R2")-ц1Ч(1/R3)-ц3(1/R2") =(-E2 ?R2")

ц3Ч(1/R5+1?R4+1?R2")-ц2Ч(1/R2")-ц1Ч(1/R4)=E2?R2"

Подставим численные значения ЭДС и сопротивлений:

ц1Ч0,104-ц2Ч0,029-ц3Ч0,023=1,57

Ц1Ч0,029+ц2Ч0,063-ц3Ч0,015=(-0,61)

Ц1Ч0,023-ц2Ч0,015+ц3Ч0,078=0,31

5 Решим систему матричным методом (методом Крамера):

1= = (-7,803Ч10-3)

2= = (-0,457Ч10-3)

3= = 3,336Ч10-3

6 Рассчитываем ц:

ц2= = (-21Ч103)

7 Находим токи:

I1= (ц4- ц1+E)1?R1"=0,482A

I2= (ц2- ц3+E2) ?R2"=0,49A

I3= (ц1- ц2) ?R3=(-0,64)A

I4= (ц3- ц1) ?R4=(-0,28)A

I5= (ц3- ц4) ?R5= 0,35A

I6= (ц4- ц2) ?R6=(-0,023)A

8 Результаты расчёта токов двумя методами представлены в виде свободной таблицы

Таблица 1 - Результаты вычислений токов двумя методами

Построим потенциальную диаграмму для любого замкнутого контура включающий ЭДС.

Рисунок 3 - Контур электрической цепи постоянного тока

Е1=30 В; R4=42 Ом;

Е2=40 В; R5=25 Ом;

R1=16 Ом; R6=52 Ом;

R2=63 Ом; r01=3 Ом;

R3=34 Ом; r02=2 Ом;

R1"=R1+r01=16+3=19 Ом;

R2"=R2+r02=63+2=65 Ом.

Вычисляем потенциалы всех точек контура при переходе от элемента к элементу, зная величину и направление токов ветвей и ЭДС, а также величины сопротивлений.

Если ток совпадает по направлению с обходом значит - , если совпадает с ЭДС значит +.

ц2=ц1-I2R2"= 0 - 0,438 Ч 65 = - 28,47B

ц3=ц2+E2= - 28,47+40=11,53B

ц4=ц3-I4R4 = 11,58-(-4,57)=16,15B

ц4=ц4-I3R3 = 16,15-16,32=-0,17B

Строим потенциальную диаграмму, по оси абсцисс откладываем сопротивление контура, а по оси ординат потенциалы точек с учётом их знаков.

2 РАСЧЕТ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Построить входную вольтамперную характеристику схемы нелинейной электрической цепи постоянного тока. Определить токи во всех ветвях схемы (рис.4) и напряжение на отдельных элементах используя полученные вольтамперные характеристики “а”, “в”.

Рисунок 3. Схема нелинейной электрической цепи.

ВАХ НЭ1 R3 = 26 Ом

ВАХ НЭ2 U = 220В

Строим характеристику линейного элемента:

I - сила тока в данной цепи, А;

R - сопротивление в данной цепи, Ом.

U - напряжение в данной цепи, В;

I - сила ока в данной цепи, А.

Выберем значение кратное 50:

Так как нелинейный элемент 1(НЭ1) и нелинейный элемент 2(НЭ2) включены последовательно, то для нахождения общего тока нужно найти их суммарную величину. Для этого сложим графики нелинейных элементов вдоль оси напряжения - вправо.

Для нахождения токов на нелинейных элементах, найдём токи пересечения НЭ и R3

Для решения сложим вправо графики НЭ и R3

На оси напряжений ищем U=220В и Rэ

Ищем пересечения I c R

Ищем пересечения Ic c НЭ

Ищем пересечения напряжения U c НЭ1 и НЭ2

3. РАСЧЕТ ОДНОФАЗНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рисунок 4. Схема однофазной линейной электрической цепи переменного тока.

Uм = 20В R1 = 15 Ом

Ша = 90 град. C1 = 79,5 мкФ

R2 = 30 Ом C2=106мкФ

L2 = 127 млГн L1 = 15,9 мГн

Упростим схему.

Рисунок 5.Упрощенная схема однофазной линейной электрической цепи переменного тока.

Расставим токи в цепи

Расчет реактивных сопротивлений элементов электрической цепи

Xc1=1/2рfL1=40,1

Определим полное сопротивление цепи:

Z1=R1+XL1=15,8e18,4i

Z4=R2+Xc2=42,4e-45i

Z"=((Z3ЧZ4)/(Z3+Z4))+Z2=((39e90iЧ42,4e-45i)/(39e90i+42,4e-45i))+40e-90i=48,4e-17,3i

Zэкв=(Z1ЧZ")/(Z1+Z")=15,8e18,4iЧ48,4e-17,3i/15,8e18,4i+48,4e-17,3i=12,3e9,8i

Определим общий ток:

Iобщ=U/Zэкв=20e-20i/12,3e9,8i=1,63e-29,8i

Определим токи в ветвях:

I1=U/Z1=20e-20i/15,8e18,4i=1,27e-38,4i

I2=Iобщ-I1=1,63e-29,8i-1,27e-38i=0,4

I3=I2ЧZ4/Z3+Z4=0,4Ч42,4e-45i/39e90i+42,4e-45i=0,5e-2i

I4=I2-I3=0,4-0,5e-28,3i=0,25e113,5i

Составляем баланс активных и реактивных мощностей: P=I2ЧR1+I22ЧR2=1,272Ч15+0,252Ч30=26,1 Вт

Q=I12ЧL1+(I32+XL2)-I42ЧXc2-I22-Xc1=9,5Вар

S= UmeШuiЧ I*=20e-20iЧ1,63e29,8i=32,6e9,8i=32,1+5,6i

Sпр=P+Qi=26,1+9,5i

Определение действующих значений токов во всех ветвях электрической цепи

Iд= Im/=1,27/=0,91A

Iд1=I1/=7/=0,91A

Iд2=I2/=0,4/=0,28A

Iд3=I3/=0,5/=0,36A

Iд4=I4/=0,25/=0,18A

Запишем мгновенные значения тока источника

4. РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рисунок 6. Трехфазная линейная электрическая цепь переменного тока

XLC=500 OM XCA=480 OM

Расставим токи.

Определим фазные напряжения.

UВC=Uфе-120i =380e-120i

UCA=Uфe120i=380e120i

Определим фазные токи:

IAB=UAB/(RA+XCA)=380/(360+480e-90i)=380/600e-53,1i =0,6353,1i

IBC=UBC/(XCB+XLB)=380e-120i/(650-90i+20090i)=380e-120i/450e-90i=4e-30i

ICA=UCA/XLC=380e120i/500e90i=0,76e30i

Определяем линейные токи:

IA=IAB-ICA=0,63e120i-0,76e30i=-0,28-0,12i=0,3e-156,8

IB=IBC-IAB=0,84e-30i-0,63e53,1i=0,36-0,92i=1e-68,6i

IC=ICA-IBC=0,76e30i-0,84e-30=-0,06+0,8i=0,8e94i

Определим ток в нейтрале

IN= IA+ IB + IC==-0,28-0,12i+0,36-0,92i+(-0,06+0,8i)=0,02-0,4i

Баланс мощностей:

Активная мощность:

P=(IAB2ЧRAB)=0,632Ч360=142,88 Bт

Реактивная мощность:

Q=(-IA2ЧXCA)+IBC2Ч(XLB-XCB)+ICA2ЧXLC=-219,2 Вар

Полная мощность

S= (UABЧ IAB*)+(UBCЧIBC*)+(UCAЧICA*)=(380Ч0,63e-53,1i)+(380e-120iЧ0,84e30i)+(380e120i0,76e-30i)=239,4e-53,1+319,2e-90+288,8e90i=143,7-221,6i

Построение векторной диаграммы токов, совмещенной с топографической векторной диаграммой напряжений

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

R=2000 Oм U=300B

Рисунок 7. Схема цепи

Устанавливаем переключатели в положение 1.

Найдем ток в цепи

Быстрота заряда конденсатора зависит от параметров цепи и характеризуется постоянной времени заряда конденсатора.

На основании второго закона коммутации получены законы, характеризующие напряжение и ток при заряде конденсатора:

Зарядный ток равен свободной составляющей, т.к. ток установившегося режима равен 0.

Аналогично вычисляем значения зарядного тока согласно закону изменения переходного тока при заряде конденсатора для значений времени t=0,ф1, ф2, ф3, ф4, ф5. Данные расчета сведены в таблицу 2.

i=I t0=0,15 мкА

i=I t1= 0,15 0,367=0,055 мкА

i=I t2= 0,15 0,135=0,02 мкА

i=I t3= 0,15 0,049=0,007 мкА

i=I t4= 0,15 0,018=0,0027 мкА

i=I t5= 0,15 0,007=0,001 мкА

В таблице 2 представлено изменение переходного тока при заряде конденсатора для значений времени.

Таблица 2 - Изменения переходного тока при заряде конденсатора

Согласно полученным результатам строим графики зарядного напряжения и тока в зависимости от ф. Графики заряда представлены в приложении Ж.

Из построенных графиков uc(t) и i(t) можно для любого момента времени определить значения uc и i, а также рассчитать запасенную энергию в электрическом поле заряженного конденсатора.

WЭ=(CЧUC32)/2=(100Ч10-6Ч(285,3)2)/2=4,1ДЖ

Переключатель в положении 2(конденсатор разряжается через сопротивление R и Rр).

Быстрота разряда конденсатора также зависит от параметров цепи и характеризуется постоянной времени разряда конденсатора.

ф=(R+Rp)ЧC=(2000+1000)Ч100Ч10-6=3000Ч0,0001=0,3c

Вычислим значения напряжения на конденсаторе при его заряде для значения времени t=0,ф,2 ф,3 ф3,4 ф,5 ф.

Аналогично вычислим значения разрядного тока согласно закону изменения переходного тока при разряде конденсатора для тех же значений времени.

Согласно полученным расчетам строим графики разрядного напряжения и тока в зависимости от ф.

6. ОХРАНА ТРУДА

Техникa безoпaснoсти при выпoлнении пaяльных рaбoт. При пaйке детaлей испoльзуют рaзличные припoи и флюсы, кoтoрые сoдержaт вредные для здoрoвья рaбoтaющих элементы -- этo свинец, цинк, литий, кaлий, нaтрий, кaдмий и др. Эти элементы и их oкислы в виде пыли, пaрoв и aэрoзoлей зaгрязняют вoздух в пoмещении. Пoэтoму, крoме oбщей вентиляции, рaбoчие пoсты Пaяльщикoв должны быть oбoрудoвaны местными oтсoсaми.

Для зaщиты рук oт пoпaдaния нa них кислoтных флюсoв и oт oжoгoв рaсплaвленным припoем следует применять рукaвицы из aсбестoвoй ткaни. При пaйке метoдoм пoгружения, вo избежaние рaзбрызгивaния рaсплaвленнoгo припoя детaли неoбхoдимo пoдoгревaть дo темперaтуры П0...120°С.

Прoмывку детaлей oт oстaткoв кислoтных флюсoв следует прoизвoдить в специaльных вaннaх. Слив вoды из вaнны в кaнaлизaцию дoпускaется тoлькo пoсле сooтветствующей oчистки вoды.

При рaбoте пaяльникoм oбязaтельнo сoблюдaют следующие прaвилa: 1)ручкa электрическoгo пaяльникa дoлжнa быть сухoй, не прoвoдящей тoкa; 2)гoрячий пaяльник уклaдывaют нa специaльную метaллическую пoдстaвку; 3)перегретый пaяльник не oхлaждaют в жидкoсти;

4)зaпрещенo выпoлнять пaйку детaлей, в кoтoрых нaхoдились легкoвoсплaменяющиеся мaтериaлы без предвaрительнoй oчистки и прoмывки детaлей, a тaкже вблизи легкoвoсплaменяющихся мaтериaлoв, при oтсутствии местнoй вентиляции; тщaтельнo мoют руки пoсле рaбoты.

7. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

В принципе, любой компьютер или телефон можно переработать и пустить во вторичное использование. При грамотной утилизации около 95% отходов техники способны вернуться к нам в том или ином виде, и примерно 5% отправляются на свалки или заводы по переработке твердых бытовых отходов.

Соотношение ручного и автоматизированного труда на фабриках по переработке компьютерной техники зависит от ее типа. Для монитора это соотношение примерно 50 на 50 - разборка старых кинескопов является довольно трудоемким занятием. Для системных блоков и оргтехники доля автоматических операций выше.

НР впервые предложила переработку отслужившей свой срок продукции еще в 1981 году. Сегодня НР обладает инфраструктурой по сбору и переработке использованных ПК и оргтехники в 50 странах мира. В год утилизации подвергается около 2,5 млн. единиц продукции. В одном только 2007 году НР переработал около 100 тыс. тонн списанного оборудования и расходных материалов, - почти в полтора раза больше, чем годом ранее.

Первый этап всегда производится вручную. Это - удаление всех опасных компонентов. В современных настольных ПК и принтерах таких компонентов практически нет. Но переработке подвергаются, как правило, компьютеры и техника, выпущенные в конце 90-х - самом начале 2000-х годов, когда плоских жидкокристаллических мониторов просто не существовало. А в кинескопных мониторах содержится немало соединений свинца. Другая категория продукции, содержащая опасные элементы, - ноутбуки. В аккумуляторах и экранах устаревших моделей имеется определенное количество ртути, которая также очень опасна для организма. Важно отметить, что в новых моделях ноутбуков от этих вредоносных компонентов избавились.

Затем удаляются все крупные пластиковые части. В большинстве случаев эта операция также осуществляется вручную. Пластик сортируется в зависимости от типа и измельчается для того, чтобы в дальнейшем его можно было использовать повторно. Оставшиеся после разборки части отправляют в большой измельчитель-шредер, и все дальнейшие операции автоматизированы. Во многом технологии переработки позаимствованы из горного дела - примерно таким же способом извлекают ценные металлы из породы.

Измельченные в гранулы остатки компьютеров подвергаются сортировке. Сначала с помощью магнитов извлекаются все железные части. Затем приступают к выделению цветных металлов, которых в ПК значительно больше. Алюминий добывают из лома посредством электролиза. В сухом остатке получается смесь пластика и меди. Медь выделяют способом флотации - гранулы помещают в специальную жидкость, пластик всплывает, а медь остается на дне. Сама эта жидкость не ядовита, однако, рабочие на заводе используют защиту органов дыхания - чтобы не вдыхать пыль.

8. ЭНЕРГО И МАТЕРИАЛОСБЕРЕЖЕНИЕ

электрический цепь ток

На освещение помещения обычными лампами накаливания обычно уходит от одной четверти до половины всей потребляемой в доме электроэнергии.

Светлые стены, открытые светильники, локальное освещение, автоматические включатели-выключатели - все это помогает сэкономить на энергии света. Но самым эффективным решением на данный момент является замена ламп накаливания на энергоэффективные компактные люминисцентные лампы (КЛЛ) с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА). Эти лампы завоевывают мир быстрее, чем Александр Македонский и компания Майкрософт.

КЛЛ бывают разными, некоторые из них можно встретить в настольных лампах в виде тонкой белой трубки. Но вам не придется приспосабливать эти трубки вместо обычных лампочек самостоятельно - сейчас уже производятся и продаются компактные люминисцентные лампы с уже встроенным ЭПРА c обычным резбовым цоколем, подходящим к обычным лампочным патронам. Трубки в этих лампах, как правило, скручены или сложены, чтобы занимать меньше места.

Энергоэффективные лампы позволяют расходовать в 5 раз меньше электроэнергии сохраняя стандартную освещенность, да и работают в 6-15 раз дольше. Эти лампы стоят традиционно дороже обычных ламп накаливания, но, учитывая срок службы и стоимость сэкономленного электричества, эти лампы выгодны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте мне нужно было произвести расчет электрических цепей переменного тока, расчет нелинейных электрических цепей переменного тока, расчет трехфазных линейных цепей переменного тока, и произвести исследование переходных процессов в электрических цепях.

С данной задачей я успешно справился и выполнив все вышеуказанные пункты получил следующие результаты:

В пункте один: I1=0,097 A; I2=0,462 A; I3=-0,079 A; I4=76 A;

I5=0,189 A; I6=0,365 A

В пункте два были рассчитаны нелинейные элементы графическим методом.

В пункте три рассчитывали однофазные цепи переменного тока:

I1=0,5e-J26,7 А; I2=2,8e-J99 А

Правильность вычислений подтвердил баланс мощностей.

В четвертом пункте я рассчитывал трехфазную цепь переменного тока с нагрузкой соединенной треугольником. Получил следующие значения фазных и линейных токов:IAB=16,3e-J59А; IBC=21,1e-J30А; ICA=12,8eJ62,6А; IA=4eJ50 А; IB=26,6eJ68,4 А; IC=24,9eJ119 А

В пятом пункте мной были исследованы переходные процессы в электрических цепях. На основании этих расчетов были построены зависимости:i=f(t) и eL

ЛИТЕРАТУРА

1. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. - М., 1978.

2. Буртаев Ю. В., Овсянников П. Н. Теоретические основы электротехники. - М., 1984.

3. Государственные стандарты Республики Беларусь.

4. Данилов И. А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники. - М., 1989.

5. Евдокимов Ф. Е.Теоретические основы электротехники. - М., 1981.

6. Зайчик М. Ю.Сборник задач и упражнений по теоретической электротехнике. - М., 1989.

7. Мельников А. К.Сборник контрольных задач и программ для решения задач с использованием ЭВМ по теоретическим основам электро-техники.Мн., 1992.

8. Попов В. С. Теоретическая электротехника. - М., 1978.

9. Частоедов Л. А. Электротехника. - М., 1989.

10. Шебес М. О. Сборник задач по теории электрических цепей. - М., 1982.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Расчет линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Анализ состояния однофазных и трехфазных электрических цепей переменного тока. Исследование переходных процессов, составление баланса мощностей, построение векторных диаграмм для цепей.

курсовая работа , добавлен 23.10.2014


Общие теоретические сведения о линейных и нелинейных электрических цепях постоянного тока. Сущность и возникновение переходных процессов в них. Методы проведения и алгоритм расчета линейных одно- и трехфазных электрических цепей переменного тока.

курсовая работа , добавлен 01.02.2012


Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока, однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях. Комплектующие персонального компьютера.

курсовая работа , добавлен 10.01.2016


Анализ состояния цепей постоянного тока. Расчет параметров линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока графическим методом. Разработка схемы и расчет ряда показателей однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока.

курсовая работа , добавлен 13.02.2015


Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Расчет однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях, содержащих конденсатор и сопротивление.

курсовая работа , добавлен 14.05.2010


Решение линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока, однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Схема замещения электрической цепи, определение реактивных сопротивлений элементов цепи. Нахождение фазных токов.

курсовая работа , добавлен 28.09.2014


Анализ и расчет линейных электрических цепей постоянного тока. Первый закон Кирхгоффа. Значение сопротивления резисторов. Составление баланса мощностей. Расчет линейных электрических однофазных цепей переменного тока. Уравнение гармонических колебаний.

реферат , добавлен 18.05.2014


Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Определение токов во всех ветвях методом контурных токов. Расчет однофазных цепей переменного тока. Уравнение мгновенного значения тока источника, баланс мощности.

реферат , добавлен 05.11.2012


Применение методов наложения, узловых и контурных уравнений для расчета линейных электрических цепей постоянного тока. Построение потенциальной диаграммы. Определение реактивных сопротивлений и составление баланса мощностей для цепей переменного тока.

курсовая работа , добавлен 29.07.2013


Расчет линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Определение реактивного сопротивления элементов, составление баланса активных и реактивных мощностей с целью исследования переходных процессов в одно- и трехфазных электрических цепях.

В зависимости от числа источников ЭДС (питания) в схеме, ее топологии и других признаков цепи анализируются и рассчитываются различными методами. При этом известными обычно являются ЭДС (напряжения) источников электроэнергии и параметры цепи, расчетными - напряжения, токи и мощности.

В этой главе мы ознакомимся с методами анализа и расчета цепей постоянного тока различной сложности.

Расчет цепей с одним источником питания

Когда в цепи имеется один активный элемент (источник электроэнергии), а другие являются пассивными, например резисторы /? t , R 2 ,..., то цепи анализируются и рассчитываются методом преобразования схем , сущность которого заключается в преобразовании (свертке) исходной схемы в эквивалентную и последующем разворачивании, в процессе которых определяются искомые величины. Проиллюстрируем этот метод для расчета цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединением резисторов.

Цепь с последовательным соединением резисторов. Рассмотрим этот вопрос на следующем качественном примере. От идеализированного источника ЭДС Е (R 0 = 0), на выходных зажимах которого имеется напряжение U, т.е. когда E=U , через последовательно соединенные сопротивления R { , R 2 ,..., R n питается нагрузка (приемник) с сопротивлением R H (рис. 2.1, а).

Рис . 2.1

Требуется найти напряжение, сопротивление и мощность цепи эквивалентной заданной, изображенной на рис. 2.1, б, делая соответствующие выводы и обобщения.

Решение

А. При известных сопротивлениях и токе напряжения на отдельных элементах цепи, согласно закону Ома, находились бы так:

Б. Общее напряжение (ЭДС) цепи, согласно второму закону Кирхгофа, запишется так:

Г. Умножив все члены (2-2) на ток / или (2-5) на Р, будем иметь откуда

В. Разделив все члены (2-2) на ток /, получим где

Формулы (2-3), (2-5), (2-7) показывают, что в цепи с одним источником питания и последовательным соединением сопротивлений эквивалентные напряжение, сопротивление и мощность равны арифметическим суммам напряжений, сопротивлений и мощностей элементов цепи.

Приведенные соотношения и выводы свидетельствуют о том, что исходную схему по рис. 2.1, а с сопротивлениями /? 2 , R„ можно заменить (свернуть) простейшей по рис. 2.1, б с эквивалентным сопротивлением R 3 , определяемым по выражению (2-5).

а) для схемы по рис. 2.1, б справедливы соотношения U 3 = U = RI , где R = R 3 + R u . Исключив из них ток /, получим выражение

которое показывает, что напряжение U 3 на одном из сопротивлений цепи, состоящей из двух, соединенных последовательно, равно произведению общего напряжения U на отношение сопротивления этого участка R 3 к общему сопротивлению цепи R. Исходя из этого

б) ток и напряжения в цени но рис. 2.2, б можно записать в различных вариантах:

Решенные задачи

Задача 2.1. Чему равны сопротивление, напряжение и мощность цепи по рис. 2.1, а, если I = 1 A, R x = 1 Ом, Д 2 = 2 Ом, = 3 Ом, R u = 4 Ом?

Решение

Напряжения на резисторах, очевидно, будут равны: U t =IR^ = 1 1 = 1 В, U 2 = IR 2 = = 1 2 = 2 В, U n = /Л я = 1 3 = 3 В, t/ H = ZR H = 1 4 = 4 В. Эквивалентное сопротивление цепи: R 3 = R { + /? 9 + R n = 1 + 2 + 3 = 6 Ом. Сопротивление, напряжение и мощность цепи: /? = &, + /?„ = 6 + 4= 10 Ом; U= U { + U 2 + U„+U n = 1+2 + 3 + 4 = 10 В, или U=IR = = 1 10= 10 В; Р= Ш= 10 - 1 = 10 Вт, или Р= UJ+ U 2 I + U n I+ U U I= 11+21+31 + + 4 1 = 10 Вт, или Р = PR X + PR 2 + PR a + PR n = 12 1 + 12 2 + 12 3 + 12 4 = 10 Вт, или Р = Щ /R x +U? 2 /R 2 +UZ /R n +1/2 /R n = 12 / 1 + 22/2 + 32/3 + 42 /4 = 10 Вт.

Задача 2.2. В цепи по рис. 2.1, а известны: U = МО В, R { = Ом, R 2 = 2 Ом, = = 3 Ом, R H = 4 Ом. Определить U 2 .

Решение

R = /?! + /?, + Л 3 + Л 4 = Л,+ Л Н = 1+2 + 3 + 4 = 6 + 4 = 10 Ом, 1=11/R= 110/10 = = 11 А, // 2 = Л? 2 = 11 2 = 22 В или U 2 =UR 2 /R = 110 2 / 10 = 22 В.

Задачи, требующие решения

Задача 2.3. В цепи по рис. 2.1, а известны: U = МО В, R^ = Ом, R 2 = 2 Ом, R n = = 3 Ом, R u = 4 Ом. Определить Р„.

Задача 2.4. В цепи по рис. 2.1, б известны: U= 110 В, U H = 100 В, = 2 Ом. Определить Р э.

Задача 2.5. В цепи по рис. 2.1,6 известны: U= 110 В, R t = 3 Ом, Д н = 2 Ом. Определить : учебник для студ. неэлектротехн. спец. вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. - 6-е изд., перераб. - М.: Высш.шк., 2000. - 544 с.: ил.

2. Теоретические основы электротехники [Текст] : учебник / А.Н.Горбунов [и др.]. - М.: УМЦ «ТРИАДА», 2003. - 304 с.: ил.

3. Немцов, М.В. Электротехника [Текст] : учебник / М.В.Немцов, И.И. Светлакова. - Ростов-н/Д: Феникс, 2004. - 567 с.: ил.

4. Рекус, Г.Г. Основы электротехники и промэлектроники в примерах и задачах с решениями [Текст] : учебн. пособие для студентов вузов, обучающихся по неэлектротехническим спец. направ. подготовки дипл. спец. в области техники и технологии: допущен М-вом образования и науки РФ / Г.Г. Рекус. - М.: Высш.шк., 2008. - 343 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Расчет линейных электрических цепей с несинусоидальным источником электродвижущей силы. Определение переходных процессов в линейных электрических цепях. Исследование разветвленной магнитной цепи постоянного тока методом последовательных приближений.

контрольная работа , добавлен 16.06.2017


Конструктивная разработка и расчет трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором. Расчет статора, его обмотки и зубцовой зоны. Обмотка и зубцовая зона фазного ротора. Расчет магнитной цепи. Магнитное напряжение зазора. Намагничивающий ток двигателя.

курсовая работа , добавлен 14.06.2013


Электромагнитный расчет машины и ее конструкторская разработка. Определение передаточного числа зубчатого редуктора, диаметра и длины якоря. Обмотка якоря, уравнительные соединения. Коллектор и щетки. Расчет магнитной цепи и компенсационной обмотки.

курсовая работа , добавлен 16.06.2014


Синтез регуляторов системы управления для электропривода постоянного тока. Модели двигателя и преобразователя. Расчет и настройка системы классического токового векторного управления с использованием регуляторов скорости и тока для асинхронного двигателя.

курсовая работа , добавлен 21.01.2014


Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выбор главных размеров. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора, ротора, намагничивающего тока. Параметры рабочего режима. Расчет потерь, рабочих и пусковых характеристик.

курсовая работа , добавлен 27.10.2008


Выбор главных размеров асинхронного двигателя основного исполнения. Расчет статора и ротора. Размеры зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчет намагничивающего тока. Параметры рабочего режима. Расчет потерь и рабочих характеристик двигателя.

курсовая работа , добавлен 20.04.2012


Техническая характеристика мостового крана. Расчет времени работы под нагрузкой и времени цикла. Мощность, статический момент и скорость вращения двигателей механизмов передвижения. Расчет естественной механической характеристики асинхронного двигателя.

контрольная работа , добавлен 24.09.2014


Расчет предельных размеров элементов гладкого цилиндрического соединения и калибров. Определение допусков и предельных размеров шпоночного и шлицевого соединения. Выбор посадки подшипника качения на вал и в корпус. Расчет сборочных размерных цепей.

курсовая работа , добавлен 04.10.2011


Частотное регулирование асинхронного двигателя. Механические характеристики двигателя. Простейший анализ рабочих режимов. Схема замещения асинхронного двигателя. Законы управления. Выбор рационального закона управления для конкретного типа электропривода.

контрольная работа , добавлен 28.01.2009


Система уравнений цепи по законам Кирхгофа в символьном виде. Определение токов в ветвях цепи методами контурных токов и узловых напряжений. Схема цепи с указанием независимых узлов, расчет тока в выбранной ветви методом эквивалентного генератора.

Вопросы:

1. Расчёт методом непосредственного применения закона Кирхгофа.
2. Расчёт методом контурных токов.
3. Расчёт методом суперпозиции.
4. Расчёт методом узловых напряжений.
5. Расчёт методом эквивалентного генератора.

Ход лекции:

I. Расчёт методом применения закона Кирхгофа.

1. Определяем кол-во узлов и ветвей.

1. Произвольно зададим направление токов всех ветвей.
2. Составляем уравнение по первому закону Кирхгофа для каждого независимого узла: k-1=3.

Для точки А: I 1 -I 3 -I 2 =0

Для точки В: I 3 +I 5 -I 4 =0

Для точки D: I 4 -I 1 +I 67 =0

1. Недостающие уравнения: m-(k-1)=3 составляем по второму закону Кирхгофа для каждого независимого контура:

E 1 =I 3 R 3 +I 4 R 4 +I 1 R 1

E 2 -E 5 = -I 3 R 3 +I 2 R 2 +I 5 *0

E 5 = I 67 (R 6 +R 7)-I 4 R 4

1. Решая систему уравнений находим неизвестные токи в ветвях.
2. По результатам полученных численно значений токов выполняем действия:

1). Уточняем направление тока в ветвях: если ток отрицательный, то пишем примечание – реальное направление тока противоположено показанному на схеме.

2). Определяем режим работы источника питания: если направление ЭДС и реального тока совпадают, то режим источника питания – режим генератора, если направление ЭДС и реального тока противоположно, то это режим потребителя.

7. Проверка решения – проверка уравнения баланса мощностей: алгебраическая сумма мощностей источников равна арифметической сумме мощностей нагрузок

Если направление ЭДС и реального тока совпадают, то Р ист =EI (>0), если направление ЭДС и реального тока не совпадают, то Р ист = -EI (<0).

Можность нагрузки Р потр =I n 2 R n

Итак, уравнение баланса мощностей для нашей схемы:

E 1 I 1 +E 2 I 2 -E 5 I 5 =I 1 2 R 1 +I 2 2 R 2 +I 3 2 R 3 +I 2 4 R 4 +I 2 67 (R 6 +R 7)

Итак, если поле подстановки численных значений величин уравнения баланса обращается в тождество, то задача решена верно.

Достоинство метода: Его простота.

Недостатки метода: Большое количество совместно решаемых уравнений для сильно разветвленных цепей.

Поэтому метод применяется для расчета сложных цепей на компьютерах, в ручную не рекомендуется.

II. Расчёт методом контурных токов.

1. Определение кол-ва узлов К=4, m=6
2. Находим независимые контуры и для каждого задаётся произвольно положительное направление контурного тока. Контурный ток – ток, обтекающий ветви своего независимого контура.
3. Составляем уравнения по второму закону Кирхгофа, учитывая все контурные токи, протекающие по ветвям выбранного контура.

I: E 1 =I k1 I(R 1 +R 3 +R 4)-I k2 R 3 -I k3 R 4

II: E 2 -E 5 =I k2 (R 2 +R 3)-R 3 I k1 -I k3 R 5

III. E 5 = I k3 (R 4 +R 6 +R 7)-I k1 R 4 -I k2 0

1. Решая систему уравнений например, методом Крамера, найдём контурные токи:

I k 1 =Δ 1 /Δ I k 2 = Δ 2 /Δ I k 3 =Δ 3 /Δ

Δ – коэффициент при контурных токах

R 1 +R 3 +R 4 -R 3 -R 4

Δ= -R 3 R 2 +R 3 0

R 4 0 R 4 +R 6 +R 7

Δ 1 , Δ 2 , Δ 3 получают заменой к-того столбца на левую часть уравнений.

1. Произвольно обозначаем направление токов в ветвях.
2. Выражаем токи в ветвях через алгебраическую сумму прилегающих контурных токов: контурный ток, совпадающий с током в ветви, записывают с плюсом.

I 1 =I k1 I 4 =I k1 -I k3

I 2 =I k2 I 5 =I k2 -I k3

I 3 =I k 1 -I k 2 I 67 =I k 3

1. по полученным значениям уточняем реальные направления токов в ветвях и определяем режимы работ.
2. Проверка режимов баланса мощностей.

Достоинства метода: более короткий алгоритм

Недостатки метода: необходимо знание этого алгоритма.

Область применения: очень широкая для расчёта тока в разветвленных ветвях.

III. Расчёт методом суперпозиции.

В электротехнике принцип суперпозиции проявляет себя как принцип независимости действия ЭДС. Согласно этому принципу каждая ЭДС возбуждает в любой ветви свою долю тока – частичный ток. Результирующий ток в ветви определяется как алгебраическая сумма частичных токов.

1. Задаём произвольное направление тока в ветвях.
2. Создаём первую частичную схему замещения: из исходной схемы замещения выбрасываем все источники ЭДС, кроме первого, но оставляем их внутреннее сопротивление. Находим частичные токи в ветвях методом свёртки схемы.

1. Создаём вторую частичную схему замещения: выбрасываем все источники ЭДС, кроме второго и оставляем их внутренние сопротивления.

Е 2

R э 2 =R 2 +R 134

1. Создаём третью частичную схему замещения аналогично прошлым.

R э3 = R 12 +R 34

1. Наложив частичные схемы одну на другую, определяем результирующий ток в каждой ветви как алгебраическую сумму частичных токов.

Истинное направление токов на исходной схеме замещения определяем по результатам аналитического расчёта по правилу:

Если значение тока положительно, то направление тока угадано верно, если значение тока отрицательно, то реальное направление тока противоположно.

Алгоритм метода прост, требует знание только закона Ома, однако не производительный, поэтому для полного анализа сложной электрической цепи не применяется. Рекомендуется для частичного анализа цепи.

IV. Расчёт методом узловых напряжений.

В приложении для цепи с параллельными ветвями получил название «метод двух узлов».

1. k=2, m=3
2. Нахождение токов всех ветвей: Задаём произвольно условно положительное направление узлового напряжения между узлами и определяем его по формуле:

, где