Профессионального образования

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

Профессионального образования

Тульский государственный университет

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ

к расчетно-графической работе № 2

АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Для студентов неэлектротехнических специальностей

всех форм обучения

Тула 2008

Настоящие задания по расчетно-графической работе №2 "Анализ линейных электрических цепей переменного синусоидального тока" предназначены для студентов машиностроительных специальнос­тей дневной формы обучения по дисциплине "Электротехника и осно­вы электроники". Они могут быть также использованы при изучении других электротехнических дисциплин.

При выполнении данной расчетно-графической работы (РГР №2) студенты должны обратить особое внимание на переход от электри­ческой схемы цепи с реальными электротехническими элементами (электродвигатели, нагреватели, осветительные приборы, конденса­торные батареи и т.д.) к математической модели данной электри­ческой цепи, т.е. к ее эквивалентной схеме замещения.

Необходимый минимум схем замещения отдельных электротехнических устройств (в предельно упрошенном виде) приведен далее в задании. Все элементы заданных электрических цепей принимаются линейными, сопротивления соединительных проводов и внутреннее сопротивление питающей сети переменного тока - равными нулю, влияние измери­тельных приборов отсутствует.

Объем и конкретные пункты задания РГР определяются ведущим лектором в зависимости от особенностей изучаемой студентами электротехнической дисциплины. Им же устанавливается порядок задания групповых и личных вариантов РГР.

Все расчеты производятся с помощью символического (комплексно­го) метода анализа линейных электрических целей.

На титульном листе РГР должен быть указан личный и групповой варианты задания. Форма титульного листа показана в Приложении.

АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ

ЗАДАНИЕ I. Анализ электрической цепи с составлением и анализом ее схемы замещения

1.1. В соответствии со стандартными условными графическими обозначениями реальных электротехнических устройств начертить электрическую схему заданной цепи. Варианты анализируемых электрических цепей приведены на рис. 1. Номер заданной цепи указан в табл.1.

1.2. Составить для последующего анализа эквивалентную схему замещения заданной электрической цепи, используя для этого приведенные на рис.2 эквивалентные схемы замещения электротехнических устройств. Начертить полученную схему замещения электрической цепи, показав на ней выбранные положительные направления токов, ЭДС и напряжений. Дать обозначения элементов схемы замещения.

1.3. Используя полученную схему замещения электрической цепи, произвести расчет токов всех приемников (потребителей) и общий ток электрической цепи (значения токов - действующие).

Указание: Численные значения параметров схем замещения элементов цепи взять в табл.1 и 2 в соответствии с групповым и личным вариантом задания. Сопротивления амперметров принять равными нулю.

Пояснение: угол для синхронной машины характеризует фазовый сдвиг между напряжением питания U и ЭДС Е машины: = + . Отсюда следует: = + и При работе синхронной машины в режиме генератора , в режиме двигателя .

1.4. Определить показания амперметров.

1.5. Проверить правильность расчета, составив баланс мощностей электрической цепи.

Схема ЭЦ № 1 Схема ЭЦ № 2

С

Схема ЭЦ № 3 Схема ЭЦ № 4

С

Схема ЭЦ № 5 Схема ЭЦ № 6

Рис.1. Варианты однофазных электрических цепей (ЭЦ).

Название элемента электрической цепи	Обозначение элемента на электрической схеме цепи	Эквивалентная схема замещения элемента электрической цепи
Нагреватель, электрическая печь
Лампа накаливания
С -j xc Конденсатор
Обмотка реле, контактора
Синхронная машина
Асинхронный двигатель однофазный
Асинхронный двигатель трехфазный при соединении обмоток звездой (Y)		j xад
Асинхронный двигатель трехфазный при соединении обмоток треугольником ( )

Рис.2. Эквивалентные схемы замещения элементов электрической цепи.

Таблица 1

Проверку баланса мощности выполнить для активной и реактивной мощностей.

Указание: При различии мощностей генератора (питающей сети переменного тока) и потребителей более 1% расчет электри­ческой цепи (п.1.3) произвести заново.

1.6. Построить векторную диаграмму токов заданной электрической цепи.

1.7. Сделать выводы по результатам анализа цепи.

Таблица 2

Номера групповых вариантов	Напряжение питания U, В	Асинхронный двигатель	Синхронная машина
Rад, Ом	Хад, Ом	Хсм, Ом	Е, В	, град.
			7,5			+10
						-14
						-28
						+27
						-15,5
						+17
						+28
						-18
						+18
						-22

Задание 2. Анализ эквивалентной схемы замещения однофазной электрической цепи (рис.3).

Рис.3. Схема замещения однофазной электрической цепи

2.1. Определить действующие значения токов всех ветвей и записать выражения для их мгновенных значений.

Указание: Численные значения параметров элементов схемы замещения взять из табл.3 и 4 в соответствии с групповым и личным вариантом задания.

2.2. Определить показания вольтметров, включенных в электрическую цепь в местах, соответствующих точкам I и 2, 2 и 3 на схеме замещения цепи (рис.3).

Указание: Принять токи, потребляемые вольтметрами, равными нулю.

2.3. Определить мощности всей цепи, и построить по полученным результатам треугольник мощностей.

2.4. Построить совместно векторную диаграмму токов ветвей и топографическую векторную диаграмму напряжений ветвей и их элементов.

2.5. Методом эквивалентного генератора найти общее выражение
для действующего значения тока I₃ в третьей ветви электрической цепи в зависимости от сопротивления R₃ и конкретные значения этого тока для четырех значений сопротивления R3: а) R₃ = 0, б) R₃ = R_3нсм (из табл.3), в) R₃ = 2R_3нсм, г) R₃ = 5 R_3нсм .

Построить график зависимости I₃ (R₃).

2.6. Сделать выводs по результатам анализа цепи.

Таблица 3

Таблица 4

Номера личных вариантов	Заданные электрические величины (напряжения, токи, мощности)
	P2 = 100Вт
	QL1 = 200 ВАр
	S3 = 300 ВА
	QC2 = 150 ВАр
	Р1 = 250 Вт
	QL3 = 200 ВАр
	S2 = 350 ВА
	S1 = 250 ВА
	Р3 = 150 Вт
	U2 = 100 В
	U1 = 80 В
	U3 = 120 В

Обозначения: 1,2,3-номера ветвей; R, L, C, RL, RC - участки ветвей.

ВНИМАНИЕ! Если аргумент синусоидальной функции выражается в градусах, то следует использовать другую форму записи синусоидальной функции: , .

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ

АНАЛИЗ ЗАДАННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ С СОСТАВЛЕНИЕМ ЕЕ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ

ЗАДНИЕ 3. Электрические цепи с соединением фазных приемников
звездой с нейтральным проводом

3.1. Начертить общую полную электрическую схему заданной электрической цепи в соответствии со своим личным вариантом. Характер фазных приемников задан в табл.5.

Пояснение обозначений в табл.5:

АД – асинхронный двигатель (АД-3 -трехфазный, АД-1- однофазный); ЛН - лампа накаливания; Н - нагреватель; С- конденсатор.

Цифры I и 2 для несимметричной нагрузки обозначают количество одинаковых элементов (ЛН С Ч) в одном фазном приемнике, которые соединены параллельно. Цифра 3 обозначает симметричную трехфазную нагрузку.

3.2. Составить эквивалентную схему замещения всей заданной
цепи используя ранее приведенные схемы замещения отдельных элементов цепи (рис.2). Начертить полученную схему замещения цепи, оказав на ней выбранные положительные направления токов всех приемников и соединительных проводов и фазных и линейных напряжений.

Дать обозначения фаз и элементов схемы замещения.

3.3. Используя схему замещения цепи рассчитать действующие
значений фазных токов всех приемников и токов линейных проводов
и нейтрального провода /для прямой последовательности фаз/.

Указание: Численные значения параметров схем замещения отдельных элементов взять из табл.6.

3.4. Определить результирующие мощности: Р, Q и S всей электрической цепи.

3.5. Построить совмещенные векторную диаграмму токов и то­пографическую векторную диаграмму напряжений электрической цепи.

Таблица 5

ЗАДАНИЕ 4. Электрические цепи с соединением фазных приемников треугольником

4.I. Начертить общую электрическую схему заданной электрической цепи в соответствии со своим личным вариантом. Характер фазных приемников задан в табл.5. Пояснения к табл.5 .даны в п.3.1.

4.2. Составить эквивалентную схему замещения заданной цепи, используя приведенные на рис.2 схемы замещения элементов цепи. Начертить полученную схему замещения цепи, показав на ней выбран­ные положительные направления токов всех приемников и соединитель­ных проводов и фазных и линейных напряжений. Дать обозначений фаз и элементов схемы замещения.

4.3. Произвести расчет схемы замещения цепи. Определить
действующие значения фазных токов всех приемников и токов линейных проводов.

Указание: Численные значения параметров схем замещения отдельных элементов взять из табл.6.

4.4. Определить результирующие мощности P, Q, и S всей электрической цепи.

4.5. Построить совмещенные векторную диаграмму токов и топографическую векторную диаграмму напряжений электрической цепи.

Таблица 6

ПРИЛОЖЕНИЕ

Форма титульного листа