.RU
Карта сайта

Методические рекомендации по выполнению электротехнических расчетов с примерами решения типовых задач для студентов неэлектротехнических специальностей



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учреждение образования
“Брестский государственный технический университет”
Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по выполнению электротехнических расчетов
с примерами решения типовых задач
для студентов неэлектротехнических специальностей
очной и заочной форм обучения
Часть 1
Электрические цепи.
Брест 2006
УДК 621.313(076.1)
Методические рекомендации по выполнению электротехнических расчетов с примерами решения типовых задач для студентов неэлектротехнических специальностей очной и заочной форм обучения. Часть 1. Электрические цепи.

В пособии кратко изложены основные теоретические вопросы, сопровождаемые конкретными примерами типовых расчетов по разделу «Электрические цепи» электротехнических дисциплин для неэлектротехнических специальностей вузов. Содержание изложенного в пособии материала соответствует действующим программам и предназначено для использования студентами (очной и заочной форм обучения) при самостоятельном выполнении типовых электротехнических расчетов, предусмотренных заданиями контрольных и расчетно-графических работ.

Составители: И.М. Панасюк, ст. преподаватель,
А.И. Пекун, ст. преподаватель.

Рекомендовано кафедрой АТПиП " 21 " сентября 2006 г.,протокол № 1.
Рецензент: А.Ф.Тоболевич, начальник филиала ЭМУ-9 ОАО “Белэлектромонтаж”.
©Учреждение образования “Брестский государственный технический университет” 2006
Оглавление
стр.
Введение…………………………………………...…………………………………………...4
Общие указания и требования к решению и оформлению задач…………………….4
1. Основные понятия теории электрических цепей………………………………………….4
2. Методы расчета и анализа линейных электрических цепей……………………...…….8
3. Примеры расчета и анализа сложных электрических цепей постоянного тока...…11
4. Основные положения и методы расчета однофазных электрических цепей синусоидального тока…………………………………………………………...…….…………20
5. Примеры расчета и анализа сложных электрических цепей синусоидального тока…………….……………..…………………………………………………………..………29
6. Основные положения и особенности расчета и анализа режимов работы трехфазных цепей…………………………………………………………………..…………………41
7. Примеры расчета и анализа трехфазных цепей…………………………...…………...4
Список рекомендуемой литературы……..………………………..……………………..58

Введение.


Одним из основных видов учебной работы студента при изучении дисциплины является самостоятельная работа с литературой и закрепление теоретических знаний посредством решения конкретных практических задач.
Настоящее пособие предназначено для студентов неэлектротехнических специальностей очной и заочной форм обучения. Задача пособия – оказание методической помощи студенту в выполнении расчетно-графических (РГР) и контрольных работ (КР) при изучении курсов “Электротехника”, ”Электротехника и основы электроники”, ”Электротехника, электрические машины и аппараты”.
Пособие содержит краткие теоретические сведения, методические указания и примеры решения задач, предусмотренных действующими программами вышеперечисленных дисциплин.

^ Общие указания и требования к решению и оформлению задач.


При выполнении и оформлении задач рекомендуется руководствоваться следующими положениями:

^ 1. Основные понятия теории электрических цепей.


Электрическая цепь – совокупность различных электротехнических устройств соединенных между собой проводниками. Простейшая электрическая цепь состоит из соединенных между собой проводниками источников и приемников электрической энергии, являющимися основными ее элементами. Источники - устройства, в которых любой вид энергии (химическая, механическая, тепловая, и т.д.) преобразуется в электрическую. Источниками энергии являются аккумуляторы, генераторы, термоэлементы, и т.д. Приемники – устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в энергию другого вида (механическую, тепловую, химическую и т.д.). Приемниками являются электродвигатели, электронагреватели, гальванические элементы и т.д.
Электрическая цепь, кроме основных элементов, может содержать также вспомогательные элементы:

Электрические цепи принято представлять в виде графических изображений основных и вспомогательных элементов и их соединений, называемых электрическими схемами. Чаще всего пользуются следующими видами схем:

Электрические цепи разделяют на цепи постоянного и переменного тока. Цепи, у которых электрическое сопротивление каждого участка не зависит от значений и направлений тока и напряжения, принято называть линейными. Процессы в этих цепях описываются линейными алгебраическими (при постоянном токе) и дифференциальными (при переменном токе) уравнениями.
Участок электрической цепи, содержащий источник электрической энергии, называют активным, не содержащий – пассивным. Участки и элементы в электрической цепи могут быть соединены различными способами (последовательно, параллельно, смешанно и т.д.). Электрические цепи, все элементы которых соединены последовательно (во всех элементах протекает один и тот же ток), называют неразветвленными. Цепи, имеющие разветвления, в дальнейшем будем называть сложными. В электрических цепях различают следующие топологические понятия:

При наличии на зажимах источника энергии разности потенциалов (напряжения) в замкнутой электрической цепи протекает электрический ток.
^ Электрический ток – направленное движение заряженных частиц (электронов, ионов и т.д.) под действием электрического поля. Значение тока определяется количеством электрического заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника в единицу времени
, (1.1)
т.е. ток численно равен скорости изменения электрического заряда во времени. Несмотря на то, что за направление тока принимают направление перемещения положительных зарядов, в электротехнике до начала расчета и анализа цепи условное (положительное) направление тока выбирают (как правило) произвольно, указывая его на схеме стрелкой. В результате расчета, если полученное значение тока положительно, то условно выбранное направление совпадает с истинным.
^ Разность потенциалов или напряжение – энергия W , затрачиваемая на перемещение единицы заряда q из одной точки электрической цепи (поля) в другую.
. (1.2)
Направление напряжения на пассивных элементах (приемниках) совпадает с направлением тока.
Распределение потенциала вдоль неразветвленной электрической цепи (контура) наглядно изображается графиком, называемым потенциальной диаграммой. Эта диаграмма представляет собой график в прямоугольной системе координат, по оси абсцисс которой откладывают сопротивления вдоль рассматриваемого контура, начиная с какой-либо произвольной точки (потенциал которой принимается равным нулю), а по оси ординат – соответствующие потенциалы. Каждой точке рассматриваемого контура однозначно соответствует своя точка на потенциальной диаграмме.
Величина, характеризующая противодействие проводящей среды движению электрических зарядов (электрическому току), называется сопротивлением R.
Величина обратная сопротивлению называется проводимостью.
Вышеперечисленные величины, связывает между собой один из основных законов электротехники – закон Ома:
или , (1.3)
согласно которому, сила тока в участке электрической цепи прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на его зажимах и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. Это формулировка закона Ома для участка цепи.
Закон Ома может быть применен и для замкнутой цепи с сопротивлением ^ R содержащей источник Э.Д.С. E с внутренним сопротивлением R0:
, (1.4)
т.е., сила тока в замкнутой электрической цепи прямо пропорциональна Э.Д.С. источника, действующего в этой цепи, и обратно пропорциональна ее полному сопротивлению.
На основании многочисленных опытов немецким физиком Г. Кирхгофом были установлены еще два закона (иногда их называют правилами), являющимися следствием закона сохранения энергии. Эти законы полностью определяют электрическое состояние цепей и являются основными при их расчете и анализе.
^ Первый закон Кирхгофа:
(1.5)
т.е., алгебраическая сумма мгновенных значений токов в ветвях присоединенных к рассматриваемому узлу электрической цепи равна нулю (где n – число ветвей присоединенных к рассматриваемому узлу). Иначе в любом узле электрической цепи сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от узла. Второй закон Кирхгофа:
(1.6)
т.е., алгебраическая сумма мгновенных значений Э.Д.С., действующих в контуре электрической цепи, равна алгебраической сумме мгновенных значений напряжений на элементах этого контура (где m – число источников Э.Д.С. в рассматриваемом контуре, n – число элементов, входящих в состав этого контура).

Примечание.

В уравнение (1.6) со знаком плюс записываются Э.Д.С. и напряжения, направления которых совпадают с выбранным условно положительным направлением обхода контура.
В замкнутой электрической цепи под действием Э.Д.С. источника непрерывно происходит движение электрических зарядов. Работа А, совершаемая при перемещении положительного заряда q вдоль некоторого неразветвленного участка электрической цепи, не содержащего источников электрической энергии, из точки А в точку В, прямо пропорциональна величине заряда q и напряжению UAB между зажимами этого участка:
(1.7)
При равномерном движении заряда в течении времени t, т.е. постоянном токе I, заряд:
(1.8)
Следовательно произведенная при этом работа:
(1.9)
Для оценки энергетических условий работы электрической цепи полезно знать, насколько быстро совершается эта работа. Скорость выполнения работы определяет мощность:
(1.10)
или для резистивного элемента с сопротивлением R:
(1.11)
Важно то обстоятельство, что одну и ту же мощность можно получить как при низком, так и при высоком напряжении. Например, для последовательной цепи передачи электрической энергии, состоящей из идеального источника с Э.Д.С. равной Е, проводной линии передачи с сопротивлением Rл и нагрузки (потребителя энергии) с сопротивлением RН, согласно второму закону Кирхгофа:
(1.12)
где UH напряжение на нагрузке, U – напряжение на зажимах источника.
Умножив все слагаемые последнего уравнения на ток I, получим уравнение распределения мощности в этой цепи:
(1.13)
где RЛ·I2мощность потерь (на нагрев) в проводах линии передачи; UHI – мощность нагрузки; U·I=E·I – мощность источника.
Если, не изменяя мощности приемника, увеличить в 2 раза напряжение на приемнике, увеличив его сопротивление в 4 раза, выбрав источник с большей Э.Д.С., то ток в цепи уменьшится в 2 раза, что вызовет уменьшение мощности потерь в проводах линии передачи в 4 раза. Следовательно, для уменьшения потерь энергии в линиях передачи выгодно передавать электроэнергию по возможности при более высоком напряжении.
В любой энергетической системе должен соблюдаться закон сохранения энергии. В частности, в электрических цепях это подтверждается балансом мощностей:
(1.14)
т.е., алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии равна алгебраической сумме мощностей всех потребителей энергии.

Примечание.

Мощность источника следует считать положительной и записывать в уравнение баланса мощностей со знаком плюс, если направление тока в ветви с этим источником совпадает с направлением Э.Д.С. 2014-07-19 18:44
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • © sanaalar.ru
    Образовательные документы для студентов.