Метод эквивалентных преобразований. Министерство сельского хозяйства и продовольствия
Министерство сельского хозяйства и продовольствия
Российской Федерации
Департамент кадровой политики и образования
ФГОУ ВПО «Тюменская государственная
сельскохозяйственная академия»
Механико-технологический институт
Кафедра «Энергообеспечение сельского хозяйства»
Теоретические основы электротехники
Методические указания и задание для курсовой работы
Для студентов специальности 110302 «Электрификация и автоматизация
сельского хозяйства»
Тюмень 2007
УДК 621.311.1(075)
Автор-составитель: старший преподаватель кафедры «Энергообеспечение сельского хозяйства» А.Н. Шулаков
Теоретические основы электротехники:Методические указания и задание для курсовой работы для студентов специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»/ ТГСХА; автор-составитель А.Н. Шулаков – Тюмень, 2007, 56 стр.
В методических указаниях изложены общие требования к оформлению курсовой работы и дано задание на курсовую работу из четырех задач по основным темам дисциплины с пояснениями и примерами их решения.
Рекомендовано к изданию методическим советом Механико-технологического института ФГОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия».
Рецензент: Д.М. Червяков – доцент кафедры электроэнергетики Тюменского нефтегазового университета, кандидат технических наук
Печатается по решению редакционно-издательского совета Тюменской государственной сельскохозяйственной академии.
УДК 631.311.1(075)
ФГОУ ВПО «Тюменская государственная
сельскохозяйственная академия», 2007
А.Н. Шулаков, составление, 2007
Содержание
Введение ___________________________________________________4
1 Цели курсовой работы _______________________________________4
2 Общие требования к оформлению расчетно-пояснительной записки
и графической части _________________________________________5
3 Задание на курсовую работу
3.1 Задача № 1 ________________________________________________7
3.2 Задача № 2 ________________________________________________9
3.3 Задача № 3 ________________________________________________11
3.4 Задача № 4 ________________________________________________16
4 Методические указания по решению задач
4.1 К задаче № 1 _______________________________________________18
4.2 К задаче № 2 _______________________________________________23
4.3 К задаче № 3 _______________________________________________28
4.4 К задаче № 4 _______________________________________________37
Приложение 1 Образец титульного листа __________________________53
Приложение 2 Образец листа записки с основной надписью № 1 ______54
Приложение 3 Образец листа записки с основной надписью № 2 ______55
Список литературы ____________________________________________56
Введение
Дисциплина «Теоретические основы электротехники» в соответствии с учебным планом подготовки инженеров по специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» изучается в течение третьего и четвертого семестров. По окончании третьего семестра проводится зачет; в четвертом семестре студенты защищают курсовую работу и сдают экзамен.
Курсовая работа состоит из четырех задач, которые решаются последовательно по мере изучения теоретического материала; таким образом, выполнение курсовой работы начинается в первые месяцы изучения дисциплины.
В каждой задаче предусмотрено 50 вариантов. Свой вариант студент получает на одном из первых занятий от преподавателя; исходные данные по вариантам приведены в таблицах вместе с условиями задач.
В настоящих «Методических указаниях» даны пояснения и формулы, необходимые для решения каждой задачи; для задач 1, 2 и 4 рассмотрены примеры расчетов.
Цели курсовой работы
Целями курсовой работы являются:
- закрепление знаний теоретических основ электротехники по разделам «Линейные электрические цепи постоянного тока», «Линейные электрические цепи однофазного синусоидального тока», «Трехфазные электрические цепи»,
- выработка навыков расчета электрических цепей различными методами;
- выработка навыков построения векторных и топографических диаграмм.
Общие требования к оформлению расчетно-пояснительной записки
И графической части
Курсовая работа выполняется на листах формата А4 с соблюдением требований Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) к оформлению текстовых и графических документов, схем и таблиц. Основные положения ЕСКД изложены в [Л-8].
Работа должна содержать:
- титульный лист;
- содержание;
- введение;
- четыре раздела согласно числу задач;
- перечень используемой литературы;
- графическую часть – векторные и топографические диаграммы для третьей и четвертой задач.
На титульном листе указываются наименования министерства, академии, кафедры; тема курсовой работы и ее вариант; группа, фамилия и инициалы студента; дата завершения работы; звание, фамилия и инициалы преподавателя. Образец титульного листа работы дан в приложении 1.
Первым листом расчетно-пояснительной записки работы является «Содержание» с указанием страниц, с которых начинается каждый раздел.
Первые листы «Введения» и каждого раздела должны быть выполнены с основной надписью № 1, остальные листы – с надписью № 2 (приложения 2 и 3).
Во введении необходимо кратко изложить историю развития электротехники, ее роль в современном обществе. Разделом следует считать каждую задачу; на первом листе раздела размещается содержание задачи, на последующих – ее решение с необходимыми схемами и таблицами.
Каждое действие, выполняемое при решении задачи, должно сопровождаться пояснениями. Формулы размещаются в тексте отдельной строчкой, даются сначала в общем виде со ссылкой на источник, из которого они взяты; используемые в них буквенные обозначения и символы расшифровываются с указанием их размерностей. Каждая формула нумеруется.
Литература, из которой взята формула, указывается в скобках в виде числа, соответствующего ее номеру в перечне литературы.
Пример:
Падение напряжения на активном сопротивлении в соответствии с законом Ома находится по формуле 1.1.5 [2]
U1 = I1R1, (1)
где U1 – напряжение, (В)
I1 – ток через сопротивление, (А)
R1 – сопротивление, (Ом).
Расчеты производятся с точностью до второго-третьего знака после запятой; для записи многозначных чисел следует использовать показательную форму, а также применять общепринятые кратные (кило, мега) и дольные величины (санти, милли, микро).
Пример:
U1 = 36 х 258 = 9288 В = 9,23 х 10 
В = 9,23 кВ.
Рисунки, схемы, диаграммы должны выполняться карандашом с применением чертежных инструментов; под каждым рисунком размещается его порядковый номер и название.
Электрические схемы вычерчиваются с использованием условных обозначений их элементов, установленных ГОСТами.
Все страницы записки нумеруются, начиная с «Содержания».
Графическая часть работы, состоящая из топографических диаграмм, векторных диаграмм токов и напряжений, выполняется на листах миллиметровой бумаги формата А3 или А4, подшиваемых в конце записки. Масштабы для токов, напряжений, других величин, принятые при построении векторных диаграмм, должны быть такими, чтобы обеспечивалась достаточная наглядность
диаграммы, а лист, на котором она построена, был занят диаграммой не менее чем на две трети.
Задание на курсовую работу
Задание на курсовую работу состоит из четырех задач. В задачах № 1 и № 2 предусмотрен расчет электрических цепей постоянного тока; в задаче № 3 – расчет электрической цепи однофазного сунусоидального тока; в задаче № 4 - расчет электрической цепи трехфазного сунусоидального тока.
Задача № 1
Определить ток I3через сопротивлениеR3приведенной на рис. 1 схемы, используя методы:
1) эквивалентных преобразований;
2) эквивалентного генератора (активного двухполюсника);
3) узловых потенциалов;
4) суперпозиции (наложения).
Данные для расчета взять из таблицы 1.
Рис.1. Схема к задаче 1.
Таблица 1 - Данные элементов схемы на рис. 1
| Вариант | ЭДС, В | Сопротивления, Ом | |||
| Е1 | Е2 | R1 | R2 | R3 | |
Продолжение таблицы 1
Задача № 2
Для обобщенной цепи постоянного тока, приведенной на рисунке 2, требуется выполнить следующее:
1) пользуясь данными таблицы, составить расчетную схему электрической цепи;
2) найти токи во всех ветвях, используя для расчета схемы метод контурных токов;
3) записать систему уравнений Кирхгофа, необходимых для определения токов во всех ветвях схемы и выполнить проверку расчета цепи методом контурных токов;
4) выделить в схеме три сопротивления, включенные по схеме треугольника, и
заменить их эквивалентным соединением по схеме звезды;
5) рассчитать напряжение между точками А и В схемы;
6) составить баланс мощностей для исходной схемы.
Рис.2. Исходная схема к задаче 2.
Таблица 2 -Данные пассивных элементов и источников питания схемы на рис. 2
| Вариант | Значения параметров элементов схемы | |||||||||||||||||
| Сопротивления, Ом | Напряжения, В | Токи, А | ||||||||||||||||
| R1 | R2 | R3 | R4 | R5 | R6 | Е1 | Е2 | Е3 | Е4 | Е5 | E6 | J1 | J2 | J3 | J4 | J5 | J6 | |
Продолжение таблицы 2
Задача № 3
Для сложной схемы, данной на рисунке 3 и состоящей из источников ЭДС и тока, активных, индуктивных и емкостных сопротивлений
1) составить расчетную схему в соответствии с данными своего варианта;
2) найти линейную частоту;
3) определить действующие значения токов во всех ветвях схемы и напряжения на всех комплексных сопротивлениях и каждом пассивном элементе;
4) определить полную, активную и реактивную мощности каждого источника электроэнергии и всех действующих в цепи источников;
5) составить баланс активных мощностей;
6) записать уравнения мгновенных значений ЭДС для источников ЭДС;
7) построить векторные диаграммы токов и напряжений.
Рис. 3. Схема к задаче 3.
Параметры пассивных элементов схемы даны в таблице 3; параметры источников питания – в таблице 4.
Таблица 3 - Параметры элементов схемы на рис. 3
| Ва риант | Активные сопротивления, Oм | Индуктивности, мГн | Емкости, мкФ | |||||||||||||||
| R1 | R2 | R3 | R4 | R5 | R6 | L1 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 | С1 | С2 | С3 | С4 | С5 | С6 | |
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Продолжение таблицы 3
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | -- | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Таблица 4 - Параметры источников тока и напряжения
| Ва ри-ант | Амплитудное значение эдс Е, В; начальная фаза, град. | Амплитудное значение тока J, А; начальная фаза, град. | Угловая частота  , рад/с | ||||||||||
| Еm1 | Еm2 | Еm3 | Еm4 | Еm5 | Еm6 | Jm1 | Jm2 | Jm3 | Jm4 | Jm5 | Jm6 | ||
| 14,5 | -55 | - | - | - | - | - | - | 5,5 | - | - | - | ||
| 16,5 -75 | - | - | - | - | - | - | - | - | 4,25 | - | |||
| 18,5 | - | - | -25 | - | - | - | - | - | - | 3,75 | - | ||
| 20,5 | - | - | - | - | - | - | - | -55 | - | - |
Продолжение таблицы 4
| 22,5 | - | - | - | - | - | 1,5 -75 | - | - | - | - | |||
| - | -80 | - | - | - | - | - | - | - | 5,25 | - | |||
| - | - | - | - | 4,75 -40 | - | - | - | - | - | ||||
| - | - | - | - | - | - | -60 | - | - | - | ||||
| - | 24,5 | - | - | - | -10 | - | - | - | - | 5,5 | - | ||
| -10 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||
| - | - | 19,5 | - | - | 5,75 -45 | - | - | - | - | - | |||
| - | - | 21,5 | - | -65 | - | - | - | - | - | - | |||
| - | - | - | - | - | 4,5 -90 | - | - | - | - | ||||
| 10,5 -15 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||
| - | 12,5 -35 | - | - | - | - | - | - | 1,5 | - | - | |||
| - | - | - | - | - | -70 | - | - | - | - | ||||
| - | - | - | 23,5 | - | 3,5 -85 | - | - | - | - | - | |||
| -20 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||
| - | - | -40 | - | - | - | - | - | 2,5 | - | - | |||
| - | - | -60 | - | - | - | - | - | - | - | 1,25 | |||
| - | - | - | - | -80 | - | - | - | - | - | 2,5 | |||
| 11,5 | - | - | - | -25 | - | - | - | - | - | - | |||
| - | 13,5 -45 | - | - | - | - | - | - | - | - | 3,5 | |||
| - | - | 15,5 -65 | - | - | - | 1,25 | - | - | - | - | |||
| - | - | - | 17,5 | -85 | - | 1,75 | - | - | - | - | - | ||
| -30 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Продолжение таблицы 4
| - | - | - | - | -50 | - | - | - | - | - | ||||
| - | - | - | -90 | - | - | 2,75 | - | - | - | - | |||
| - | - | - | - | -70 | 3,25 | - | - | - | - | - | |||
| - | -50 | - | - | - | 7,5 | - | - | - | - | - | |||
| 14,5 | -45 | - | - | - | - | - | - | 5,5 | - | - | - | ||
| 16,5 -75 | - | - | - | - | - | - | - | - | 4,25 | - | |||
| 28,5 | - | - | -25 | - | - | - | - | - | - | 3,75 | - | ||
| 20,5 | - | - | - | - | - | - | - | -55 | - | - | |||
| 22,5 | - | - | - | - | - | 1,5 -75 | - | - | - | - | |||
| - | -80 | - | - | - | - | - | - | - | 5,25 | - | |||
| - | - | - | - | 4,75 -40 | - | - | - | - | - | ||||
| - | - | - | - | - | - | -60 | - | - | - | ||||
| - | 24,5 | - | - | - | -20 | - | - | - | - | 5,5 | - | ||
| -10 | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||
| - | - | - | - | - | - | - | 4,25 | - | - | ||||
| - | - | -25 | - | - | - | - | - | - | 3,75 | - | - | ||
| - | - | - | - | -20 | - | - | -55 | - | - | - | |||
| - | - | - | - | - | 1,5 -75 | - | - | - | - | - | |||
| -80 | - | - | - | - | - | - | 5,25 | - | - | ||||
| - | - | - | 4,75 -40 | - | - | - | - | - | 1,5 | ||||
| - | - | - | - | -60 | - | - | - | - | |||||
| 24,5 | - | - | -10 | -10 | - | - | - | - | 5,5 | - | - |
Продолжение таблицы 4
| 20,5 | - | - | - | - | - | - | - | -55 | - | - | |||
| 22,5 | - | - | - | - | - | 1,5 -75 | - | - | - | - |
Задача № 4
Трехфазный приемник электрической энергии соединен звездой и включен в четырехпроводную сеть трехфазного тока с линейным напряжением Uл.
Сопротивления фаз приемника: активные - RА, RВ, RС; индуктивные - XLА, XLВ, XLС; емкостные - XСА, XСВ, XСС; сопротивления нулевого провода: активное – R0, индуктивное - X0, - даны в таблице 5.
Определить:
напряжение смещения нейтрали
а) при наличии нулевого провода;
б) при обрыве нулевого провода;
2) напряжение на каждой фазе приемника
а) при наличии нулевого провода;
б) при обрыве нулевого провода;
3) при наличии нулевого провода
а) фазные, линейные токи и ток в нулевом проводе;
б) активную, реактивную и полную мощности каждой фазы и всей цепи;
в) коэффициент мощности каждой фазы и всей цепи.
Построить:
а) векторную диаграмму токов и напряжений для цепи с неповрежденным нулевым проводом;
б) векторную диаграмму токов и напряжений для цепи с оборванным нулевым проводом
в) топографическую диаграмму напряжений при обрыве нулевого провода.
Таблица 5 - Данные к задаче 4