WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |
Федеральное агентство по образованию Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет И. С. БОГАЧЕВА, А. В. БОНДАРЕНКО, В. Н. ВИКЛОВ, А. В. ВОРОБЬЕВ, В. В. КУЗНЕЦОВ, Н. И. РУКОБРАТСКИЙ, И. С. СЕЗИНА, Д. И. ШАШКОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Расчетно-графические работы с фрагментами инженерного анализа Учебное пособие Санкт-Петербург 2009 1 УДК 621.30 Рецензенты: действительный член АЭНРФ д-р техн. наук, профессор Н. В. Коровкин (СПбГУП);

д-р техн. наук, профессор С. Ф. Свиньин (СПИИРАН).

ВВЕДЕНИЕ Богачева, И. С.

Электротехника. Расчетно-графические работы с фрагментами инЦелью данного пособия, содержащего 11 расчетно-графических раженерного анализа: учеб. пособие / И. С. Богачева, А. В. Бондаренко, бот (РГР) по анализу электрических цепей, машин, аппаратов и других В. Н. Виклов, А. В. Воробьев, В. В. Кузнецов, Н. И. Рукобратский, устройств, является обеспечение студентов индивидуальными наборами И. С. Сезина, Д. И. Шашков; СПбГАСУ. – СПб., 2009. – 206 с.

задач для самостоятельных и контрольных работ, домашних заданий, курсового проектирования и методических разработок для подготовки по дисISBN 978-5-9227-0195-2 циплинам «Электротехника и электроника», «Электрооборудование», ТОЭ Учебное пособие содержит 11 расчетно-графических работ по расчету (теоретические основы электротехники), «Электроснабжение» и др.

и анализу состояний и характеристик электрических цепей, машин, аппаратов, В пособие включены новые задачи и введены подробные методиустройств и систем, которые включают в себя варианты, алгоритмы, инженерные ческие указания по решению одного из вариантов по каждому заданию.

обобщения, комментарии, справочные данные для расчета технико-экономичесВследствие ограниченного объема издания и для увеличения числа ких показателей.

возможных вариантов в каждой РГР используются сокращения и описаПособие предназначено для индивидуальной самостоятельной работы стуние схем с помощью триад-троек чисел, учитывающих топологические дентов неэлектротехнических специальностей вузов всех форм обучения и может быть использовано в курсовом и дипломном проектировании. Может быть полез- особенности цепей и систем.

ным и для инженерно-технических работников по эксплуатации электрифицироУчебное пособие поможет студентам овладеть материалом читаеванного технологического оборудования и при проектировании электросетей мых курсов, развить навыки технического мышления и приобрести опыт и установок.

составления расчетно-пояснительных записок к техническим проектам, отчетам и пр.

Табл. 30. Ил. 74. Библиогр.: 9 назв.

Правила оформления и выполнения расчетно-графических работ Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия Перед выполнением работы следует внимательно ознакомиться с настоящими правилами и строго их придерживаться. Работы, выполненные небрежно и без соблюдения правил, возвращаются для переделки.

1. Работа выполняется на стандартной белой бумаге форматом Аили в тетради с клеточной бумагой. На обложке (титульном листе) укаISBN 978-5-9227-0195-2 © Авторы, зывается название РГР, группа, фамилия, имя и отчество, номер вариан© Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, та в задании; выше расположены наименование университета и института, название кафедры. Страницы должны быть пронумерованы и иметь поля для замечаний преподавателя.

2 2. При выполнении задания необходимо записать условия для сво- a) его варианта, изобразить схему цепи, указать выбранные условно положительные направления токов ветвей и полярность падений напряжений, указать цели и задачи.

Должны быть также указаны единицы измерений всех переменных и параметров (система СИ). В условиях задач падение напряжения u(t) на элементах цепи дано в вольтах (В); ток i(t) – в амперах (А); мощность p(t) – в ваттах (Вт); энергия w(t) – в джоулях (Дж); значения сопротивлений R, X, |Z| приведены в омах (Ом); проводимости G, b, |Y| – в сименсах (См); индуктивности L – в генри (Гн); емкостей С – в фарадах (Ф); угловая частота задается в радианах в секунду (или c–1); циклическая часб) тота f – в герцах (Гц); время t – в секундах (с). Допускаются производные основных единиц: милли-, микро- и т. д. В силу ограниченности объема исходные табличные числовые данные приводятся без указания единиц измерений. В тексте используются следующие сокращения: ЗНК – закон напряжений Кирхгофа; ЗТК – закон токов Кирхгофа; ИН – источник напряжения; ИТ – источник тока; ИНУН – источник напряжения, управляемый напряжением; ИНУТ – источник напряжения, управляемый током;

ИТУН – источник тока, управляемый напряжением; ИТУТ – источник тока, управляемый током; К – ключ; КЗ – короткое замыкание; ХХ – холостой ход; МКА – метод комплексных амплитуд; МКТ – метод контурных токов; МУН – метод узловых напряжений; МЭГ (МЭИ) – метод эквивалентного генератора (источника); ДП – двухполюсник; ЧП – четырехполюсник. Наносим узлы (максимальное число 6) и получаем из графа 1, a 3. При построении схем по заданным тройкам чисел принимается схему б. На рисунке стрелки ветвей соответствуют условно положительво внимание следующее: первое число – порядковый номер элемента, ным направлениям линий токов (выбираются произвольно).

два последующих – номера узлов, к которым подключен данный эле- 4. Расчет и пояснения надо писать разборчиво, технически и литемент; для источников напряжения отсчет идет от «+» к «–», а для источ- ратурно грамотным языком, без сокращения слов, кроме общепринятых.

ников тока – по выбранному направлению тока. После тройки чисел при- Помарки, вставки, перечеркивания и т. п. не допускаются. Как исключеводится буквенное обозначение элемента и численное значение его ние, на исправленный текст можно наклеить новый текст.



параметра. Построение конфигурации начинается с номеров узлов. Изо- 5. Схемы, диаграммы и графики размещаются среди текста, номебражается граф цепи и исходный ее вариант. В итоге схема перерисовы- руются и сопровождаются подписью. Схемы и графики вычерчиваются вается для устранения пересекающихся ветвей и удобной обозримости. только по линейке и трафаретам. Выполнение рисунков от руки не доЧисло ветвей определяется наибольшим первым числом, число узлов – пускается. Графики изображаются на миллиметровой бумаге с нанесемаксимальным значением из второго или третьего чисел. В качестве при- нием обозначений на осях и единиц измерения. Около векторных диагмера построим цепь для второй части РГР № 1: 161 – ИН, U1; 212 – R2; рамм должен быть вывешен масштаб единиц.

323 – R3; 434 – R4; 545 – R5; 635 – R6; 735 – R7; 845 – R8; 956 – R9. 6. Математические формулы приводятся сначала в буквенных выражениях с объяснением обозначений. Окончательные результаты должны 4 РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № быть представлены с точностью не меньшей четырех значащих цифр.

7. В каждом из выполненных вариантов РГР приводятся выводы, Анализ резистивных R-цепей обобщения и комментарии с вычислениями и пояснениями по данным задания. Мгновенные значения величин: u(t), i(t), e(t), p(t), w(t) и т. д.

Целью работы, состоящей из трех частей, является:

обозначаются малыми буквами в функции времени. Иногда аргумент «t» – анализ электрических состояний линейной R-цепи с одним исможет быть опущен для краткости. Прописные (большие буквы) точником напряжения (ЭДС) (часть 1);

обозначают действующие значения, величины при постоянном токе – применение законов Кирхгофа ЗТК и ЗНК к анализу токов и наи в других ситуациях, которые заранее оговариваются в тексте задач.

пряжений всех ветвей цепи и оценка баланса мощности (часть 2);

– приложение основных методов анализа цепей: МКТ, МУН, МЭГ и сопоставление полученных результатов (часть 3).

Часть Задание № 1. Для цепи, заданной триадами: 116 – ИН U1, 212 – R2, 323 – R3, 434 – R4, 545 – R5, 635 – R6, 735 – R7, 835 – R8, 956 – R9 и показанной на рис. 1.1 в режиме постоянного тока, определить токи выбранных направлений ветвей, величину требуемого источника напряжения (ЭДС), падения напряжений на элементах схемы, мощности всех элементов (прописные символы). Необходимо построить внешнюю характеристику источника энергии U(I), зависимость его коэффициента полезного действия (КПД) от тока нагрузки (I) и мощности передаваемой энергии на зажимах источника в функции тока во внешней цепи P(I). По данным построения зависимостей U(I), (I), P(I) выявить параметры и величины номинального (н) и согласованного (с) режимов работы, результаты обобщить и сделать выводы.

Варианты исходных данных: номинальное напряжение (узлы 2 – 6) на зажимах источника энергии (ИЭ) Uн и параметры элементов цепи R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 (табл. 1.1).

Таблица 1.№ Uн R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R1 110 0,5 1 4 3 90 90 90 2 » 0,5 5 3 2 90 90 180 3 » 0,5 4 2 1 90 180 180 4 » 0,5 3 1 5 180 180 180 5 » 0,5 2 5 4 180 180 360 6 220 1 1 4 3 300 300 300 7 » 1 5 3 2 150 150 150 6 Окончание табл. 1.1 включено параллельно цепочке из последовательного соединения R№ Uн R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 и R45 суммы, так что 8 » 1 4 2 1 250 200 150 ' R35 R4 R9 » 1 3 1 5 100 200 300 R35.

' 10 » 1 2 5 4 100 100 100 R35 R4 R11 330 1,5 1 4 3 390 390 480 3. Сопротивление между узлами 2–6, т. е. R26, составит 12 » 1,5 5 3 2 390 480 480 R26 R3 R9 R35 – здесь все сопротивления включены последователь13 » 1,5 4 2 1 480 480 480 14 » 1,5 3 1 5 480 480 600 4 но. Далее будем считать, что (см. рис. 1.1) – падение напряжения Uн 15 » 1,5 2 5 4 480 600 600 между узлами 2 и 6, а сопротивления R3 и R9 являются резисторами 16 440 0,6 2 4 3 600 600 600 проводов (подводящей линии).

17 » 0,6 3 3 2 600 600 690 18 » 0,6 4 2 1 600 690 690 19 » 0,6 5 1 5 690 690 690 20 » 0,6 1 5 4 690 690 780 21 550 0,75 2 4 3 690 780 780 22 » 0,75 3 3 2 780 780 780 23 » 0,75 4 2 1 780 780 900 24 » 0,75 5 1 5 780 900 900 25 » 0,75 1 5 4 900 900 900 26 660 0,8 2 4 3 900 900 990 27 » 0,8 3 3 5 900 990 990 28 » 0,8 4 4 4 990 990 990 29 » 0,8 5 2 2 990 1200 1200 2 Рис. 1.30 » 0,8 1 3 1 1200 1200 1200 4. Номинальный ток Iн в резисторе R2 равен Uн Внутренним сопротивлением источника напряжения считаем.

RIн.

RАлгоритм расчета 5. Требуемая номинальная величина источника напряжения (ЭДС) U1. Используем метод эквивалентных преобразований электричесU1 Uн R2Iн.

ких цепей.

6. Падение напряжения U35 составит Сопротивление параллельных ветвей 6, 7, 8 между узлами 3–5 составит:

U35 U1 R3 R9 R2 Iн.

' 7. Токи в ветвях с R5 и R4 равны R35.

1 1 UR6 R7 RIR5 IR4.

R5 R2. Сопротивление между узлами с номерами 3 и 5:

8. Напряжение на параллельных ветвях R6, R7, R8 определяется ', символ «||» означает, что сопротивление RR35 R35|| R4 Rиз U35.

8 9. Токи в резисторах R6, R7 и R8 равны соответственно U1 UIc ; P(Ic ) Pmax ;

U35 U35 U2R2 4RI ; I ; I.

RR6 R7 R7 R8 RIc U1 R2 10. Проверка баланса мощности в цепи.

Ic 1 1 50 %.

Iк.з 2R2 U1 PU1 U1 Iн Мощность источника энергии:.

Мощность, потребляемая резисторами, составляет: 16. Построить по уравнениям (1)–(3) зависимости U(I), P(I) и (I) согласно общему виду (рис. 1.2). Кривые строятся по данным, представ2 2 2 2 2 P R2 R3 R9 Iн R5IR5 R4IR4 R6IR6 R7IR7 R8IR8. ленным в табл. 1.2. Для построения кривых берем 15–20 расчетных P i i точек.





11. Точность выполнения расчетов Таблица 1.PU1 P 100 %.

I U(I) P(I) (I) PU0 U1 1 12. Построение внешней характеристики источника напряжения....

производится согласно уравнению линейной зависимости:

1, 2 к.з...

. (1) U(I) U1 R2I Определяются две точки: точка режима холостого хода Ix.x 0, U1.

Uх.х U1 и точка режима короткого замыкания: Uк.з 0, Iк.з R13. Зависимость мощности, потребляемой цепью P(I), и КПД (I) находятся из соотношений P(I ) UI U1 R2I I U1I R2I ;

(2) P I UI U1 R2I R2I I I 1 1.

PU1 U1 I U1 R2 Iк.з Iк.з (3) 14. Режим номинальной работы I = Iн Рис. 1.Iн P(Iн ) U1Iн R2Iн ; Iн 1.

Iк.з Отмечаются все характерные точки при номинальном, согласован15. Режим согласованной нагрузки определяется из максимума ном, а также режимах холостого хода и короткого замыкания.

потребляемой мощности P(Ic) = Pmax. В этом случае производная 17. Количества электромагнитной энергии, которые производит источник напряжения и потребляет электроприемник в номинальном dP(I) U1 2R2Ic 0, где Ic – ток от мощности по току I равна 0, т. е.

и согласованном режимах работы определяем по формуле dI Wн 365 24 Pн ; Wс 365 24 Pmax.

при согласованной нагрузке, откуда 10 Выводы и обобщения Часть 1. Установлено, что источник энергии в режиме КЗ имеет ток Задание № 2. На основании системы независимых уравнений (для напряжений и токов) Кирхгофа (ЗНК, ЗТК) определить токи и напряжеIк.з U ния всех ветвей, а также проверить выполнение закона сохранения энернагрузки Iк.з, превышающий Iн в Iн U1 Uн раз, причем величина Uгии (баланса мощностей). В отличие от части 1, каждый вариант имеет (ЭДС) должна быть выше Uн на … вольт, а сопротивление внешней цепи собственную цепь (табл. 1.3); строчные буквы относятся к произвольравно внутреннему сопротивлению источника R2.

ным функциям мгновенных значений величин.

2. Как следует из данных рис. 1.2 и результатов сопоставления номинального и согласованного режимов, мощность при согласованной Таблица 1.Pc U№ Описание цепи с помощью тройки чисел нагрузке Pc превышает Pн в Pн 4UнIнR2 раз, а КПД установки вари- (см. правила оформления) анта и напряжение в случае согласования уменьшаются по сравнению 1 1 131 – ИТ, i1 = 5, 213 – R2 = 2, 321 – ИН, u3 = н Iн 2 с данными номинального режима в 423 – R4 = 3 523 – ИТ, i5 = c Iк.з раз 2 114 – ИН, u1 = 2, 212 – R2 = 1, 342 – ИТ, i3 = 423 – R4 = 1 534 – ИН, u5 = Uн R2Iн 3 113 – ИН, u1 = 2, 231 – ИT, i2 = 3, 312 – R3 = 2 1 раз соответственно. Падение напряжения на линии и 423 – R4 = 1 532 – ИТ, i5 = Uc U 4 131 – ИН, u1 = 5, 221– R2 = 1, 323 – R3 = составляет: Iн R3 R9 U.

432 – ИТ, i4 = 2 523 – R5 = н 5 114 – ИН, u1 = 2, 212 – ИТ, i2 = 4, 324 – R3 = 3. Таким образом, заданную электрическую цепь по технико-эко423 – R4 = 1 543 – ИН, u5 = номическим соображениям целесообразно эксплуатировать в номиналь6 113 – R1 = 1, 231 – ИТ, i2 = 5, 312 – ИН, u3 = ном режиме, а с точки зрения энергетической эффективности (когда 423 – ИТ, i4 = 5 523 – R5 = и Uc – не имеют существенного значения) – при согласовании нагрузки, 7 141 – R1 = 2, 221 – ИН, u2 = 4, 324 – ИТ, i3 = причем срок работы существенно ограничивается нагревом резисторов.

432 – R4 = 2 543 – ИН, u5 = 8 113 – ИТ, i1 = 2, 213 – ИН, u2 = 2, 312 – R3 = 423 – R4 = 2 532 – ИТ, i5 = Комментарий 9 114 – ИН, u1 = 6, 212 – R2 = 3, 332 – R3 = 443 – ИТ, i4 = 2 524 – R5 = Согласованным считается режим работы электрической цепи, при 10 141 – R1 = 2, 221 – ИН, u2 = 8, 324 – R3 = котором источник энергии отдает приемнику (нагрузке) максимальную 423 – ИТ, i4 = 1 534 – ИН, u5 = мощность, но при этом КПД становится равным 50 %. Такие ситуации 11 113 – ИТ, i1 = 1, 231 – R2 = 5, 321 – ИН, u3 = характерны для радиоэлектронных устройств, критических, экстремаль- 423 – ИТ, i4 = 5 523 – R5 = 12 141 – ИН, u1 =2, 221– R2 =1, 342 – ИТ, i3 = ных режимов системы и в ряде других случаев.

432 – ИН, u4 =1 534 – R5 = Номинальным считается режим работы, для которого рассчитаны 13 131 – ИН, u1 = 3, 231 – ИТ, i2 =1, 312 – R3 = необходимый источник энергии, электропотребитель и соединительные 423 – ИТ, i4 = 1 523 – R5 = провода (питающая линия).

12 Окончание табл. 1.3 а) 14 131 – ИТ, i1 = 2, 213 – R2 = 2, 313 – R3 = 412 – ИН, u4 = 4 532 – R = 15 141 – ИН, u1 = 1, 221 – R2 = 1, 332 – ИН, u3 = 443 – ИТ, i4 = 4 524 – R5 = 16 113 – R1 = 4, 213 – ИТ, i2 = 1, 312 – ИН, u3 = 432 – ИТ, i4 = 1 532 – R5 = 17 114 – R1 = 2, 212 – ИН, u2 = 2, 324 – ИТ, i3 = 423 – ИН, u4 = 8 543 – R5 = 18 113 – ИТ, i1 = 4, 213 – R2 = 2, 312 – R3 = 432 – ИН, u4 = 4 523 – ИТ, i5 = б) 19 131 – ИТ, i1 = 2, 243 – R2 = 2, 314 – R3 = 421 – ИН, u4 = 4 524 – R5 = 20 114 – R1 = 1, 212 – R2 = 1, 342 – ИН, u3 = 413 – ИТ; i4 = 2 534 – ИН; i5 = 21 131 – ИТ, i1 = 10, 213 – R2 = 3, 321 – ИН, u3 = 423 – R4 = 2 532 – ИТ, i5 = 22 141 – ИН, i1 = 5, 212 – R2 = 1, 342 – ИТ, i3 = 432 – ИН, i1 = 4 534 – R5 =23 113 – ИН, i1 = 3, 231 – ИТ, i2 = 1, 312 – R3 = 423 – R4 = 1 523 – ИТ, i5 = 24 131 – R1 = 1, 221 – ИН, u2 = 10, 323 – R3 = 423 – ИТ, i4 = 4 523 – R5 = 25 114 – ИН, u1 = 6, 212 – R2 = 1, 323 – ИТ, i3 = 434 – R4 = 2 524 – R5 = Рис. 1.Решение задания № Итак, имеем следующую систему независимых уравнений:

Воспользуемся вариантом № 25 из табл. 1.3.

114 – ИН, u1 = 6; 212 – R2 = 1; 323 – ИТ, i3 = 2; 434 – R4 = 2; 524 – R5 = 1.

i2 i5 6;

Граф цепи показан на рис. 1.3, а, а схема – на рис. 1.3, б.

i2 i5 2.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |










© 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.