WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ ПРАКТИКУМ по дисциплине «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА» УФА 2007 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет Кафедра теоретических основ электротехники ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ ПРАКТИКУМ по дисциплине «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА» Уфа 2007 Авторы: Р.В. Ахмадеев, И.В. Вавилова, П.А. Грахов, Т.М. Крымская УДК 621.3.(07) ББК 31.2 (Я7) Электрические и магнитные цепи: Практикум по дисциплине «Электротехника и электроника» / Р.В. Ахмадеев, И.В. Вавилова, П.А. Грахов, Т.М. Крымская. – Уфа: УГАТУ, 2007. – 78 c.

ISBN Практикум соответствует государственным образовательным стандартам дисциплины «Электротехника и электроника» для направлений подготовки бакалавров и дипломированных специалистов 090100, 140100, 140500, 150200, 150400, 150500, 150600, 150700, 150800,160100, 160300, 220100, 220200, 220300, 220400, 230100, 230200, 230400, 280100, 280200.

Представлен материал по решению типовых задач к лабораторнопрактическим занятиям, который охватывает следующие темы: методы расчета линейных электрических цепей, расчет однофазных и трехфазных цепей переменного тока, расчет магнитных цепей с переменной магнитодвижущей силой.

Предназначено для студентов вузов неэлектротехнических специальностей, изучающих данную дисциплину по дневной, вечерней, а также по заочной форме обучения.

Ил. 68. Табл. 31. Библиогр.: 9 назв.

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. Фаттахов Р.К., канд. техн. наук, доц. Чечулина И.Е.

ББК 31.2 (Я7) ISBN 5-86911-543-4 С Р.В. Ахмадеев, 2007 С И.В. Вавилова, 2007 С П.А. Грахов, 2007 С Т.М. Крымская, С Уфимский государственный авиационный технический университет, СОДЕРЖАНИЕ Предисловие……………………………….……..…….…..…..………Лабораторно-практическое занятие № 1.

Исследование электрической цепи постоянного тока с одним источником энергии…….…………….Типовые задачи ………………….……………………. ………………..Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..Лабораторно-практическое занятие № 2.

Изучение аналитических методов расчета цепей и их экспериментальная проверка…………….Типовые задачи ………………….……………………. ……………....Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..Лабораторно-практическое занятие № 3.

Анализ однофазных неразветвленных цепей переменного тока с RL и RC приемниками……………………Типовые задачи ………………….……………………. ……………....Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..Лабораторно-практическое занятие № 4.

Исследование неразветвленной электрической цепи переменного тока…………….……….…Типовые задачи ………………….……………………. ……………....Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..Лабораторно-практическое занятие № 5.

Исследование разветвленной электрической цепи синусоидального тока……………….………Типовые задачи ………………….……………………. ……………....Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..Лабораторно-практическое занятие № 6.

Трехфазные цепи. Схема соединения «звезда»…..…………Типовые задачи ………………….……………………. ……………....Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..Лабораторно-практическое занятие № 7.

Трехфазные цепи. Схема соединения «треугольник»..…………Типовые задачи ………………….……………………. ……………....Варианты заданий к самостоятельной рабо- ….….………..те……….

Лабораторно-практическое занятие № 8.

Магнитные цепи с переменной магнитодвижущей силой (МДС)……Типовые задачи ………………….……………………. ……………....Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..Список литературы………..…………………………... …..…………..ПРЕДИСЛОВИЕ Практикум предназначен для организации самостоятельной работы студентов неэлектротехнических специальностей и направлений, изучающих дисциплину «Электротехника и электроника» и составлены в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов.

Настоящий практикум является составной частью комплекса учебно-методических материалов, обеспечивающих организацию и проведение лабораторно-практических занятий, предусмотренных рабочими программами данной дисциплины. В соответствии с рекомендациями типовой программы дисциплины «Электротехника и электроника» лабораторно-практическое занятие по определенной теме состоит из двух основных частей – расчетной и экспериментальной. В расчетной части предполагается решение типовых задач как совместно с преподавателем, так и самостоятельно. В экспериментальной части проводится эксперимент с последующей обработкой результатов, в некоторых случаях с применением ЭВМ. Для повышения эффективности проведения лабораторно-практического занятия в условиях дефицита аудиторного времени, решение основных типовых задач осуществляется студентами самостоятельно в виде активной самоподготовки к предстоящему занятию. Непосредственно на занятии вместе с преподавателем разбираются только те задачи, которые вызвали затруднения.

В практикуме приведены задачи по основным темам раздела «Электрические и магнитные цепи»: методы расчета электрических цепей с линейными и нелинейными элементами, расчет цепей синусоидального однофазного и трехфазного тока, расчет магнитных цепей переменного тока.

При подготовке к лабораторно-практическому занятию студенты решают одинаковые типовые задачи, но с различными числовыми значениями; варианты этих числовых значений приведены к каждому занятию и могут выдаваться как индивидуально, так и на 2-3 человек, выполняющих работу на одном стенде.



Практикум составлен для восьми лабораторно-практических занятий и охватывают весь объем материала, предусмотренный типовой программой по дисциплине. В зависимости от целей обучения, сформулированных в Государственных образовательных стандартах, студенты выполняют лабораторно-практические занятия по всем темам или по каким-либо отдельным.

Лабораторно-практическое занятие № ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Типовые задачи Задача 1.1. Генератор постоянного тока бортовой сети самолета при токе 20 А имеет на зажимах напряжение 200 В, а при токе 60 А – 196 В. Определить внутреннее сопротивление и ЭДС источника электрической энергии. Построить внешнюю характеристику, используя данные табл. 1.1.

Решение Генератор является реальным источником ЭДС и имеет схему замещения (рис.1.1, а). Основной характеристикой, связывающей напряжение на генераторе и ток нагрузки, является вольтамперная характеристика, называемая внешней характеристикой. Она описывается уравнением U = E - R0I (1.1) и представляет собой прямую линию (рис. 1.1,б).

В U I E =U1=RU2=U Rн Е I A I1=20 I2=а б Рис. 1.Заданы два рабочих режима (точки 1 и 2), описываемых этим уравнением (1.1), следовательно, можно составить систему из этих двух уравнений, путем решения которой определить E и R0:

U1 = E - R0 I1, 200 = E - R0 20, U = E - R0 I2, 196 = E - R0 60.

Откуда E = 202 В, R0 = 0,1 Ом.

Решить задачу 1.1 самостоятельно, используя данные табл. 1.1.

Номер варианта выдается преподавателем.

Задача 1.2. Заданы параметры элементов электрической цепи Е, B, R1, Ом.

1) определить токи в ветвях;

2) определить показание вольтметра PV.

Решение Цепь имеет один источник ЭДС, поэтому для определения токов в ветвях необходимо воспользоваться методом эквивалентных преобразований, т.е. сложное смешанное соединение приемников (рис.1.2,а) путем поэтапных преобразований привести к простейшему виду (рис. 1.3,б).

R2=10 RR4=а а b b IIE E=250 R5=RRR3=R6=RR1=IIId d с с а б Рис. 1.Исходное направление токов в ветвях выбирают произвольно.

Цепь имеет 5 ветвей и 3 узла. Вольтметр не создает пути для протекания тока, так как Rv, поэтому в расчетную схему его не включают.

1. Определение эквивалентного сопротивления Rэ.

Схема «сворачивается» к источнику ЭДС. Сопротивления R5 и R6 соединены параллельно, их эквивалентное сопротивление определяется из условия:

1 1 1 R5 R6 10 = + или R56 = = = 6, Ом.

R56 R5 R6 R5 + R6 10 + Сопротивление R4 соединено последовательно с RR456= R4+ R56=24+6=30, Ом.

Сопротивления R2 и R3 соединены последовательно (представляют собой одну ветвь) R23= R2+ R3=10+20=30, Ом.

В результате проведенных преобразований схема имеет вид (рис. 1.3, а).

IIа а E E E E RRRRRэ Rэ RRIIс с а б а б Рис. 1.Сопротивления R23 и R456 соединены параллельно, так как имеют общие узлы а и с R23 R456 30 R23456 = = = 15, Ом.

R23 + R456 30 + Сопротивление R1 соединено с R23456 последовательно, это и будет эквивалентное сопротивление (рис. 1.3, б) Rэ= R1+ R23456=10+15=25, Ом.

2. Определение токов в ветвях.

E Ток, протекающий через источник, I1 = = = 10, A.

Rэ Остальные токи определяются по I и II законам Кирхгофа.

Для контура, содержащего сопротивления R1, R2 и R3, можно составить уравнение по II закону Кирхгофа. Направление обхода выбирают произвольно, например, против часовой стрелки R1 I1+ R2 I2+R3 I2=E, E - R1I1 250 -10 I2 = = = 5, A.

R2 + R3 10 + Ток I4 определяется по I закону Кирхгофа, уравнение для узла а имеет вид: I1 - I2 - I4 = 0; I4 = I1- I2 = 10 – 5 = 5 А.

Токи I5 и I6 можно определить аналогично токам I2 и I4 по законам Кирхгофа, или с точки зрения удобства воспользоваться формулами разброса R6 I5 = I4 = 5 = 3, A, R5 + R6 10 +R5 I6 = I4 = 5 = 2, A.

R5 + R6 10 +Эти формулы получены из условия, что токи в ветвях обратно – пропорциональны сопротивлениям рассматриваемых ветвей.

3.Определение показаний вольтметра pV.

Вольтметр можно заменить стрелкой напряжения Uвd произвольного направления (рис. 1.4). Для Uвd этого контура напряжений уравнение по II закону Кирхгофа имеет вид Ubd - R2I2 + R4I4 = 0, RRа d b отсюда IIUbd = R2I2 - R4I4 = 10 5 - 24 5 = -70, B.

Знак «минус» показывает, что Iвыбранное направление напряжения ошибочно, истинное направление Рис. 1. противоположно, а показание вольтметра вит 70 В. pV составит 70 В.

4. Анализ результатов – составление баланса мощностей.

Для проверки правильности выполненного решения необходимо составить баланс мощностей – мощность, производимая источником, равна сумме мощностей, производимых приемниками Pист= EI1 = 25010 =2500, Вт, 2 2 2 2 2 = R1I1 + R2I2 + R3I2 + R4I4 + R5I5 + R6I6 = P приемн = 10 102 + (10 + 20) 52 + 24 52 +10 32 +15 22 = 2500, Вт.

Баланс выполняется, значит, токи определены верно.

Решить задачу 1.2 самостоятельно, исходя из данных табл. 1.2.

Номер варианта выдается преподавателем.

Задача 1.3. Определить входное сопротивление цепи Rab.

Решение Исходную схему (рис. 1.5, а) необходимо преобразовать к удобному виду. Линии аа и bb не имеют собственного сопротивления.

Они соединяют равнопотенциальные точки, поэтому цепь имеет вид (рис. 1.5, б).

R R R а b а а b R R R b b а б Рис. 1.Эквивалентное сопротивление относительно точек аb равно:

1 1 1 1 3 R = + + = ; Rab = Ом.





Rab R R R R Решить задачу 1.3 самостоятельно, опираясь на данные табл. 1.3.

Номер варианта выдается преподавателем.

Задача 1.4. Определить входное сопротивление цепи Rab, используя данные табл. 1.4.

Решение Заземленные узлы в исходной схеме являются равнопотенциальными (=0), поэтому их можно «стянуть» в одну точку с; в результате образуется схема (рис. 1.6, б), в которой сопротивления R5 и R6 находятся между точками равного потенциала, ток через них не пойдет, поэтому они не будут влиять на входное сопротивление цепи Rab.

R2=9 R2 Rа а с R5=с R4=3 R6=2 RR1=RRR7=R3=e e b b d d R3 Rа б Рис. 1.Заземленные узлы в исходной схеме являются равнопотенциальными (=0), поэтому их можно «стянуть» в одну точку с; в результате образуется схема (рис. 1.6, б), в котором сопротивления R5 и R6 находятся между точками равного потенциала, ток через них не пойдет, поэтому они не будут влиять на входное сопротивление цепи Rab.

Эквивалентное сопротивление R1 R2 R4 R7 9 9 3 Rab = + + R3 = + + 4 = 10, Ом.

R1 + R2 R4 + R7 9 + 9 3 + Решить задачу 1.4 самостоятельно, используя данные табл. 1.4.

Номер варианта выдается преподавателем.

Задача 1.5. В схеме измерительного моста заданы параметры электрической цепи E [В], Ri [Ом]. Определить ток I, используя данные табл. 1.5.

Решение В исходной схеме измерительного моста (рис. 1.7,а) сопротивления R1, R2, R3, R4, R5 – соединены между собой либо «звездой», либо «треугольником». Для определения эквивалентного сопротивления цепи необходимо один из треугольников преобразовать в звезду (рис.1.7,б) либо наоборот. Используем готовые формулы такого преобразования R1 R2 11,R12 = = = 0,348, Ом;

R1 + R2 + R5 1+ 1,6 + R5 R1 1 R51 = = = 0,435, Ом;

R1 + R2 + R5 1+ 1,6 + R2 R5 1,6 R25 = = = 0,696, Ом.

R1 + R2 + R5 1 +1,6 + а а E1=1,R2=1,R0=0,RR1=R51 RE b d d R5=b RR4=1,I R3=RRс c а б а RE RR514 Rc c в Рис. 1.Сопротивления R51 и R4, а также R25 и R3 оказались соединенными последовательно, их эквивалентные сопротивления равны:

R514=R51+R4=0,435+1,2=1,635, Ом;

R253=R25+R3=0,696+2=2,696, Ом.

В результате эквивалентное сопротивление цепи (рис. 1.7, в) составит:

R514 + R253 1,635 2,Rэ = R0 + R12 + = 0,1+ 0,348 + = 1,466 1,5, Ом.

R514 + R253 1,635 + 2,Ток, потребляемый измерительной схемой E 1,I = = = 1, А.

Rэ 1,Решить задачу 1.5 самостоятельно, исходя из данных табл. 1.5.

Номер варианта выдается преподавателем.

Варианты заданий к самостоятельной работе Таблица 1.Вариант Параметры 1 2 3 4 5 6 7 I1, А 100 50 70 70 10 60 300 U1, В 25 100 35 35 48 300 22 I2, А 200 150 200 200 30 120 600 U2, В 23 95 30 30 45 280 20 Таблица 1.Вариант Параметры 1 2 3 4 5 6 7 E, В 125 500 50 750 25 250 100 R1, Ом 5 20 2 30 1 100 4 R2, Ом 5 20 2 30 1 100 4 R3, Ом 10 40 4 60 2 200 8 R4, Ом 12 48 4,8 72 2,4 240 9,6 R5, Ом 5 20 2 30 1 100 4 R6, Ом 7,5 30 3 45 1,5 150 6 Таблица 1.Параметры Вариант 1 2 3 4 5 6 7 R, Ом 3 6 9 12 15 60 30 Таблица 1.Вариант Параметры 1 2 3 4 5 6 7 R1, Ом 10 5 100 20 4 50 15 R2, Ом 10 5 100 20 4 50 15 R3, Ом 2 3 30 70 5 40 1 R4, Ом 6 9 4 40 70 3 R5, Ом 5 8 80 10 4 20 6 R6, Ом 1 2 60 30 5 10 4 R7, Ом 6 9 40 40 6 70 3 Таблица 1.Вариант Параметры 1 2 3 4 5 6 7 E, В 10 50 20 100 30 5 80 R0, Ом 0,1 0,2 0,5 0,2 1 0,1 0,5 0,R1, Ом 10 30 60 20 15 6 20 R2, Ом 20 30 60 40 15 6 50 R3, Ом 10 20 50 30 10 2 20 R4, Ом 50 40 20 50 20 4 30 R5, Ом 40 30 60 20 15 6 10 Лабораторно-практическое занятие № ИЗУЧЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЦЕПЕЙ И ИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА Типовые задачи Задача 2.1. Определить показания вольтметра pV (рис.2.1) и указать, в каких режимах работают источники ЭДС (Ri, Ом, Ej, B).

Решение R2= рV R1=1. Определение тока.

V Поскольку вольтметр имеет бесконечно большое сопро- E1=E2=тивление, он не оказывает влияние на величину тока Рис. 2.рассматриваемой одноконтурной электрической цепи, и поэтому при определении величины тока не играет никакой роли и не учитывается.

Направление тока, как и направле ние обхода контура, выбирается I произвольно (рис.2.2).

По второму закону КирхR2=R1=гофа:

E1- E2 = R1I + R2I = (R1+ R2)I, E2=E1=(E1 - E2) (60 -10) I = = =1, А.

Рис. 2.2 (R1 + R2) (30 + 20) 2. Определение показания вольтметра.

Показание вольтметра не зависит от того, какая часть схемы рассматривается с целью его определения.

Для определения показания вольтметра составляется уравнение, согласно II закону Кирхгофа (направления обхода контуров показаны на рис. 2.3, а и 2.3,б) Е1 = R1 I + Uab, Uab = E1 – R1 I = 60 – 30 · 1 = 30, B или Е2 = R2 I + Uab, Uab = E2 – R2 I = 10 – 20 · 1 = 30, B.

Вольтметр показывает значение, равное Uab, в рассматриваемом случае 30 В.

I a a pV pV R2=R1=V V или Uab Е2=Uab Е1=b b а б Рис. 2.3. Определение режимов работы источников ЭДС.

Если мощность источника ЭДС P = I E – величина положительная, то источник работает в режиме генератора, в противном случае – в режиме приемника:

P1 = IE1 = 1·60 = 60, Вт – источник ЭДС E1 в режиме генератора;

P2 = -I E2 = -1·10 = 10, Вт – источник ЭДС E2 в режиме приемника.

Решить задачу 2.1 самостоятельно, используя данные табл. 2.1.

Номер варианта выдается преподавателем.

Задача 2.2. Рассчитать цепь методом контурных токов. Составить баланс мощностей.

Решение 1. Определение токов в ветвях.

Направление токов в ветвях и контурных токов (II IIII) выбираются произвольно, причем целесообразнее чтобы направления контурных токов совпадали с обходами соответствующих контуров (рис. 2.4).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.