Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Другое / Другие методич. материалы / Сборник практических работ по дисциплине "Основы электротехники"

Сборник практических работ по дисциплине "Основы электротехники"

  • Другое

Поделитесь материалом с коллегами:


Мhello_html_m66f38fbe.jpgинистерство образования и науки Самарской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

среднего образования

«Тольяттинский индустриально-педагогический колледж»

(ГАПОУ СО «ТИПК»)














МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ


по дисциплине «Основы электротехники»

для студентов специальности СПО

09.02.03. Компьютерные системы и комплексы.
























Тольятти 2016 г.

Еремеева В.В.. Методические рекомендации по выполнению практических работ по дисциплине «Основы электротехники» для студентов специальности среднего профессионального образования 09.02.03. Компьютерные системы и комплексы. Тольятти, Изд-во ТИПК, 2016.- 26 с.


Методические рекомендации разработаны в соответствии с государственными требованиями к содержанию и оформлению научно-исследовательских работ студентов и содержат перечень рекомендаций по выполнению практических работ для специальности среднего профессионального образования 09.02.03. Компьютерные системы и комплексы. Разработаны для студентов.









Утверждено

протокол заседания научно-методического совета ГАПОУ СО «ТИПК»

____ от «____»______________ 2016 г.

Председатель Чернова С.Н.___________________ /






















© ГАПОУ СО «ТИПК»

Содержание


Введение 4

Практическая работа №1 «Расчет ёмкостей батарей конденсаторов» 5

Практическая работа №2 «Расчёт электрических цепей постоянного тока». 9

Практическая работа №3 «Расчет электрических цепей с помощью законов Кирхгофа». 13

Практическая работа №4 «Неразветвленная цепь постоянного тока с переменным сопротивлением приемника энергии». 17

Практическая работа №5 «Расчёт магнитных цепей»………………………..…20

Список источников и литературы 26

Список оборудования 26


Введение

Цель проведения практических работ по дисциплине «Основы электротехники» - выработка практических навыков и умений по измерению, расчетам электрических параметров различных схем и устройств, по сборке электрических схем, по проектированию, измерению и расчетам электронных устройств.

В результате выполнения практических работ обучающийся должен уметь:

применять основные определения и законы теории электрических цепей;

учитывать на практике свойства цепей с распределёнными параметрами и нелинейных электрических цепей;

различать непрерывные и дискретные сигналы и их параметры;

должен знать:

основные характеристики, параметры и элементы электрических цепей при гармоническом воздействии в установившемся режиме;

свойства основных электрических RC и RLC цепочек, цепей с взаимной индукцией;

трёхфазные электрические цепи;

основные свойства фильтров;

непрерывные и дискретные сигналы;

методы расчёта электрических цепей;

спектр дискретного сигнала и его анализ;

цифровые фильтры.

методы и способы автоматизации измерений тока, напряжения и мощности.

Общие компетенции, формируемые в результате выполнения практических работ :

  • ОК-2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

  • ОК-3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

  • ОК-6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

  • ОК.7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчинённых), за результат выполнения заданий.

  • ОК.9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Практические работы рассчитан на 10 часов аудиторных занятий.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Тема: «Расчет ёмкостей батарей конденсаторов».

Цель практического занятия: Научится рассчитывать общую емкость батареи конденсаторов, исходя из схемы соединения.

Содержание работы:


1.1 Краткие теоретические сведения.


Конденсаторные батареи (КБ) являются простым и надежным статическим устройством. Конденсаторные батареи собирают из отдельных конденсаторов, которые выпускаются на различные мощности и номинальные напряжения.

Конденсатор — это устройство, которое состоит из двух проводников, разделенных диэлектриком. Конденсатор, если к нему приложено напряжение, способен накапливать электрический заряд (заряжаться) и отдавать его (разряжаться). В пространстве между проводниками, которые могут иметь любую форму, при заряде конденсатора образуется электрическое поле. Заряд конденсатора тем больше, чем больше его емкость и приложенное к его проводникам напряжение. Емкость конденсатора, в свою очередь, тем больше, чем больше внутренняя поверхность проводников, образующих конденсатор, и чем меньше расстояние между этими проводниками.

Пространство между проводниками заполнено диэлектриком, т.е. материалом, обладающим высокими изоляционными свойствами или, можно сказать, очень низкой электропроводностью. К таким материалам относятся, например, воздух, конденсаторная бумага, керамика, синтетическая пленка. Диэлектрик, применяемый в конденсаторах, должен обладать высокой электрической прочностью, т.е. сохранять свои изолирующие свойства при высоком напряжении и небольшой толщине (10—15 мкм). Качество диэлектрика для конденсаторов тем выше, чем выше его диэлектрическая проницаемость, т.е. способность аккумулировать электрический заряд. Например, относительная диэлектрическая проницаемость конденсаторной бумаги, пропитанной маслом, составляет 3,5—4, а полистирольной пленки — 2,5—2,7.

Таким образом, емкость конденсатора, измеряемая в микрофарадах (мкФ), составляет С = eS · 10-6/d, где e — диэлектрическая проницаемость, Ф/м; S — площадь поверхности обкладок (проводников) конденсатора, м2; d — расстояние между обкладками (толщина диэлектрика, разделяющего эти обкладки), м · 10-6.

Конденсатор, как и любой элемент электроэнергетической системы, характеризуется потерями активной мощности, которые приводят к его нагреву. Эти потери тем больше, чем выше приложенное напряжение, его частота и емкость конденсатора. Потери в конденсаторе зависят и от свойств диэлектрика, определяемых тангенсом угла диэлектрических потерь (tg) и характеризующих удельные потери (Вт/квар) в конденсаторе. В зависимости от типа и назначения конденсатора потери в них могут составлять от 0,5 до 4 Вт/квар.

В электроэнергетике для компенсации реактивной мощности применяют так называемые косинусные конденсаторы, предназначенные для работы при частоте напряжения 50 Гц. Их мощность, измеряемая в киловольт-амперах реактивных (квар), составляет от 10 до 100 квар.

Конструктивно конденсатор представляет собой металлический (стальной или алюминиевый) корпус, в котором размещаются секции (пакеты), намотанные из нескольких слоев алюминиевой фольги, проложенных конденсаторной бумагой или синтетической пленкой толщиной 10—15 мкм (0,01—0,015 мм). Соединенные между собой секции имеют выводы, расположенные снаружи корпуса, в его верхней части. Трехфазные конденсаторы имеют три фарфоровых вывода, однофазные — один.

Шкала номинальных напряжений конденсаторов от 230 В до 10,5 кВ, что позволяет собирать из них установки для сетей напряжением от 380 В и выше. Конденсаторы обладают хорошей перегрузочной способностью по току (до 30 % от номинального) и по напряжению (до 10 % от номинального). Группу конденсаторов, соединенных между собой параллельно или последовательно, или параллельно-последовательно, называют конденсаторной батареей.

Конденсаторная батарея, оборудованная коммутационной аппаратурой, средствами защиты и управления, образует конденсаторную установку (КУ).

Мощность, генерируемая КБ, при ее заданной емкости С пропорциональна квадрату приложенного напряжения и его частоте КБ = U2С.

Поэтому нерегулируемые КБ обладают отрицательным регулирующим эффектом, что, в отличие от синхронных компенсаторов, является их недостатком. Это значит, что мощность КБ снижается со снижением приложенного напряжения, тогда как по условиям режима эту мощность необходимо увеличивать.

Регулирующий эффект КУ по реактивной мощности показан на рис. 8.4, а, а КУ, состоящий из нескольких секций, — на рис. 8.4, б. Как видно из рис. 8.4, а, при снижении напряжения от Uном до Umin реактивная мощность снижается пропорционально квадрату напряжения от ном до min.

Преодоление этого недостатка находят в формировании КБ из нескольких секций, каждая из которых, управляемая регулятором напряжения и/или мощности, подключается к сети через свой выключатель, наращивая таким образом емкость батареи в целом. Это и позволяет увеличивать суммарную мощность КБ при снижении напряжения. Так мощность КУ при снижении напряжения возрастает ступенями 1, 1 + 2, 1 + 2 + 3, как показано на рис. 8.4, б для КУ, состоящей из трех секций КБ.

Ступенчатое регулирование требует введения в регулятор напряжения КУ зоны нечувствительности U. В пределах этой зоны при снижении напряжения подключение очередной секции недопустимо. Невыполнение этого условия привело бы к неустойчивой работе КУ. Ширина зоны нечувствительности должна быть больше, чем приращение напряжения, вызванное подключением очередной секции КУ. В противном случае напряжение на КУ достигнет напряжения уставки срабатывания на отключение этой секции сразу после ее включения. Вероятность такого эффекта тем больше, чем больше мощность подключаемой секции и чем меньше зона нечувствительности регулятора КУ.

Конденсаторная установка состоит, как правило, из нескольких секций, имеющих общую систему управления. Низковольтные КУ напряжением 380 В собираются из трехфазных конденсаторов, включенных параллельно. Для защиты таких КУ от коротких замыканий и перегрузки применяют предохранители (рис. 8.5, б). Высоковольтные конденсаторные установки собираются из однофазных конденсаторов, включенных последовательно-параллельно (рис. 8.5, а).

Включение КУ сопровождается бросками тока, а отключение — перенапряжением, что отрицательно сказывается на сроке службы конденсаторов и коммутационной аппаратуры. Поэтому КУ, оборудованную выключателями (контакторами), не рекомендуется включать-выключать более 2—4 раз за сутки. Для ограничения бросков тока конденсаторы перед включением обязательно должны быть разряжены с помощью разрядных резисторов R или трансформаторов напряжения TV (рис. 8.5). Обычно эти устройства постоянно подключены к конденсаторам, а резисторы могут быть встроены внутри конденсатора.

В этой связи такие КУ пригодны только для регулирования реактивной мощности с целью обеспечения ее баланса в той или иной точке сети или в узле нагрузки. В этом режиме КУ применяют для снижения потерь напряжения в передающей сети, а также потерь мощности и электроэнергии. Эффект и в том, и в другом случае проявляется за счет компенсации реактивной мощности, протекающей по линии, питающей нагрузку.

Конденсаторы в силу их параметрических свойств очень чувствительны к искажениям синусоидальной формы кривой напряжения, т.е. к высшим гармоникам тока. Действительно, сопротивление конденсатора ХС = 1/(nС) тем меньше, чем выше частота nw гармоники в несинусоидальной кривой приложенного напряжения. В результате за счет высших гармоник, проникающих в конденсатор, резко возрастают и потери мощности Р в конденсаторах, что приводит к их дополнительному нагреву:

где U(n) — напряжение гармоники; n —порядок гармоники; С — емкость конденсатора; = 2 — частота напряжения сети ( = 50 Гц); tg — характеристика диэлектрика конденсатора.

Как уже отмечалось, параметрическое свойство конденсаторов широко используют при создании фильтрокомпенсирующих установок (ФКУ).

Чувствительность КБ к высшим гармоникам всегда должна учитываться при применении конденсаторов в электрических сетях. Применение КБ сопряжено с возможностью резонансных явлений благодаря образованию индуктивными и емкостными элементами сети последовательных и параллельных цепей. Резонансные явления сопровождаются усилением напряжений (резонанс напряжений) или токов (резонанс токов) на частотах выше номинальной (50 Гц), обусловленных наличием в сети источников высших гармоник тока. На резонансной частоте индуктивное ХL(n) и емкостное ХC(n) сопротивления равны, т.е. nL = 1/(nC), где ХL(n) = nL — входное сопротивление сети в точке подключения КБ, сопротивление которой ХC(n) = 1/(nC). Поэтому всегда при выборе мощности КБ и, следовательно, ее сопротивления, а также места подключения КБ необходимо убедиться в том, что резонансные явления исключены. Это требование относится и к КБ, входящим в состав ФКУ.


Контрольные вопросы


  1. Что называется конденсатором?

  2. Что называется электрической ёмкостью?

  3. Как определяется общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов?

  4. Как определяется общая ёмкость последовательно соединённых конденсаторов

  5. От чего зависит ёмкость конденсатора?


Примечание:

Практическая работа рассчитана на 2часа.



ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

Тема: «Расчёт электрических цепей постоянного тока».

Цель практического занятия: Научится рассчитывать электрические цепи, находить эквивалентное сопротивление цепей, исходя из схемы соединения элементов.

Содержание работы:


2.1. Исходные данные

Заданы:

  1. Схемы исследуемых резистивных цепей (рис. 2.1, 2.2, 2.3).

  1. Параметры отдельных элементов схем (табл. 2.1).

  2. Рабочие схемы исследуемых цепей и схемы включения измерительных приборов (рис. 2.4, 2.5, 2.5).






hello_html_d0f686a.gifhello_html_4b0988ee.gif







hello_html_m73e7db54.gif






Т а б л и ц а 2.1

Таблица 1. Варианты заданий.

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1) Е, В

100

95

90

100

95

90

85

90

95

100

2) Е, В

40

35

30

45

40

35

30

40

35

45

3) Е, В

70

65

60

75

70

65

60

65

70

75

R1, Ом

50

45

40

50

50

40

40

50

45

50

R2, Ом

70

75

60

75

80

75

70

70

65

75

R3, Ом

90

95

80

95

100

95

90

95

85

100


Таблица 2.2


Схема

I, A

I1, A

I2, A

I3, A

U, B

U1, B

U2, B

U3, B

1 з. К-фа

2 з. К-фа

1)вычис.











1)измер.











2)вычис.











2)измер.











3)вычис.











3)измер.












2.2.Теоретические сведения и методические указания


Электрическое состояние любой сложной схемы (цепи) определяется систе­мой уравнений, составленных для нее по 1-му и 2-му законам Кирхгофа.

1-ый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле схемы (цепи) равна нулю, или I=0.

2-ой закон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений в замкнутом кон­туре схемы (цепи) равна алгебраической сумме ЭДС, или U=E.

Расчет токов и напряжений в схемах с одним источником энергии реко­мендуется выполнять ме­тодом преобразования (свертки) схемы. Суть метода состоит в том, что на первом этапе сложная схема преобразуется (сворачива­ется) к одному элементу Rэ на выводах источника ЭДС Е и определяется ток источника I=E/Rэ. Расчетные формулы для свертки схемы имеют вид:

Rэ = R1+ R2 + R3 для последовательного соединения элементов,

1/Rэ = 1/R1+ 1/R2 + 1/R3 для параллельного соединения элементов.

На заключительном втором этапе выполняется расчет токов и напряже­ний в остальных ветвях схемы на основе уравнений Ома и Кирхгофа.

2.3. Расчетная часть


  1. Выполнить расчет последовательно каждой из заданных схем (рис. 2.1, 2.2, 2.3) при значениях параметров элементов, указанных в табл. 2.1 согласно номеру варианта. Для каждой из схем определить токи в ветвях и напряжения на отдельных элементах. Результаты расчета записать в табл. 2.2.

  2. Для каждой из схем составить уравнения баланса между токами со­гласно 1-му закону Кирхгофа и между напряжениями согласно 2-му закону Кирхгофа. Полученные уравнения записать в табл. 2.2.



2.4.Экспериментальная часть


  1. Собрать на стенде электрическую цепь согласно рабочей схеме рис.2.2. Установить заданные параметры отдельных элементов цепи и выполнить изме­рения тока в цепи I и напряжений на отдельных элементах U, U1, U2, U3. Результаты измерений внести в табл. 2.2.

  2. Собрать на стенде электрическую цепь согласно рабочей схеме рис. 2.3. Установить заданные параметры отдельных элементов цепи и выпол­нить изме­рения токов в отдельных ветвях цепи ( I, I1, I2, I3 ) и напряжений на от­дельных элементах U. Результаты измерений внести в табл. 2.2.

  3. Собрать электрическую цепь согласно рабочей схеме рис. 2.4. Устано­вить заданные параметры отдельных элементов цепи и выполнить измерения токов в отдельных ветвях цепи (I1, I2, I3) и напряжений на отдельных эле­мен­тах U, U1, U23. Результаты измерений внести в табл. 2.2.


hello_html_2337b21f.gif



hello_html_m404adb86.gif

Е



hello_html_m561c3056.gif

Е





2.5. Анализ результатов работы

  1. Сравнить количественные данные измерений с соответствующими ре­зультатами расчета. Если численные значения одной и той же физической ве­личины ( тока или напряжения), полученные расчетным и экспериментальным путем, отличаются более чем на 10%, следует установить ошибку в Ваших дей­ствиях и ее устранить.

  2. Проверить численный баланс токов в узлах схемы согласно 1-му за­кону Кирхгофа и численный баланс напряжений в контурах схемы согласно 2-му закону Кирхгофа.


1.6. Содержание отчета

Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

  1. титульный лист по стандартной форме;

  2. цель работы;

  3. исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и пара­метры их элементов);

  4. таблицы с результатами вычислений и измерений;

  5. основные расчетные формулы и уравнения;

  6. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и эксперимен­тальных результатов.


Контрольные вопросы


  1. Какие методы можно применять для расчета токов и напряжений в простых цепях постоянного тока?

  2. В чем сущность метода преобразования (свертки) схемы?

  3. По какой формуле определяется эквивалентное сопротивление для по­следовательно включенных резисторов? для параллельно включенных рези­сторов?

  4. Из каких законов физики вытекают 1-й и 2-й законы Кирхгофа? Дать определение и написать формулы 1-го и 2-го законов Кирхгофа.

Примечание:

Практическая работа рассчитана на 2часа.


ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3.

Тема: «Расчет электрических цепей с помощью законов Кирхгофа».

Цель практического занятия: Научится рассчитывать электрические цепи при помощи законов Кирхгофа, исходя из схемы соединения элементов.

Содержание работы:

3.1. Исходные данные


Заданы:

  1. Эквивалентная схема исследуемой сложной цепи (рис. 3.1).

  2. Параметры элементов схемы (табл. 3.1).

  3. Рабочая схема исследуемой цепи и схемы включения измерительных приборов (рис. 3.2).




hello_html_6e5d5867.gif





Таблица 3.1


Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

E1, В

50

55

60

65

70

50

55

60

65

70

E2, В

70

65

60

55

50

65

60

55

50

45

R1, Ом

35

45

50

55

60

40

45

50

50

55

R2, Ом

60

55

55

45

40

50

50

45

40

35

R3, Ом

30

25

20

25

30

35

30

25

30

35


3.2. Теоретические сведения и методические указания

Электрическое состояние любой сложной схемы (цепи) определяется систе­мой уравнений, составленных для нее по 1-му и 2-му законам Кирхгофа.

1-ый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле схемы (цепи) равна нулю, или I=0.

2-ой закон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений в замкнутом кон­туре схемы (цепи) равна алгебраической сумме ЭДС, или U=E.

Принцип наложения гласит: ток в любой ветви (напряжение на любом элементе) сложной схемы с несколькими источниками энергии равен алгебраи­ческой сумме частичных токов (напряжений), возникающих в этой ветви (на этом элементе) от независимого действия каждого источника энергии.

Для любой сложной схемы в соответствии с законом сохранения энергии должен выполняться баланс (равенство) между суммой мощностей источников и суммой мощностей приемников энергии: Рист= Рпр.

Расчет частичных токов и напряжений от независимого действия каж­дого источника энергии рекомендуется выполнять методом свертки схемы. Расчет токов в схеме с двумя источниками ЭДС следует выполнить одним из методов расчета сложных схем по выбору (метод законов Кирхгофа, метод кон­турных токов, метод двух узлов), а метод наложения использовать для про­верки.

Для измерения токов и мощностей в нескольких ветвях цепи применя­ется коммутатор токовых цепей, позволяющий включать приборы (амперметр и ваттметр) поочередно в любую ветвь цепи.


3.3. Расчетная часть


  1. Выполнить расчет схемы методом преобразования и определить час­тичные токи в ветвях схемы, напряжения на отдельных элементах и мощности источника энергии и отдельных приемников от независимого действия только одного источника ЭДС Е12 = 0). Результаты расчета записать в табл. 3.2, 3.3.

  2. Выполнить аналогичный п. 1 расчет схемы от независимого действия только одного источника ЭДС Е21 = 0). Результаты расчета записать в табл. 3.2, 3.3.

  3. Выполнить полный расчет схемы при совместном действии всех ис­точников энергии одним из методов расчета сложных схем по выбору (метод законов Кирхгофа, метод контурных токов, метод двух узлов). Определить токи в ветвях схемы, напряжения на отдельных элементах и мощности отдель­ных источников и приемников энергии. Результаты расчета записать в табл. 3.2, 3.3.


Таблица 3.2


Величины

E1, В

E2, В

I1, А

I2, А

I3, А

U1, В

U2, В

U3, В

Вычис.


0







Измер.


0







Вычис.

0








Измер.

0








Вычис.









Измер.










Таблица 3.3


Величины

E1, В

E2, В

РE1, Вт

РE2, Вт

Р1, Вт

Р2, Вт

Р3, Вт

РИ, Вт

РН, Вт

Вычис.










Измер.










Вычис.










Измер.










Вычис.










Измер.











3.4. Экспериментальная часть

1. Собрать электрическую цепь согласно рабочей схеме рис. 3.2. Устано­вить заданные параметры сопротивлений резисторов. Включить источники энергии (ЭДС).

  1. Установить напряжение на зажимах 1-го источника U = Е1, а на зажи­мах 2-го источника U = 0. Измерить частичные токи в ветвях, напряжения на отдельных участках, а также мощности источников и приемников от действия источника ЭДС Е1. Результаты измерений внести в табл. 3.2, 3.3.

  2. Установить напряжение на зажимах 2-го источника U = Е2, а на зажи­мах 1-го источника U = 0. Измерить частичные токи в ветвях , напряжения на отдельных участках, а также мощности источников и приемников от действия источника ЭДС Е2. Результаты измерений внести в табл. 3.2, 3.3.

4. Установить напряжение на зажимах 1-го источника U = Е1, а на зажи­мах 2-го источника U = Е2. Измерить токи в ветвях, напряжения на отдельных участках, а также мощности источников и приёмников от совместного дейст­вия обоих источников ЭДС Е1 и Е2. Результаты измерений внести в табл. 3.2, 3.3


hello_html_m63073c01.gif







3.5. Анализ результатов работы


  1. Для каждой расчетной схемы проверить баланс токов в узле в соответ­ствии с 1-м законом Кирхгофа ( I = 0), баланс напряжений и ЭДС в контурах в соответствии со 2-м законом Кирхгофа ( U = E) и баланс мощностей источ­ников и приемников энергии (Рист= Рпр). Проверить выполнение этих ба­лан­сов для экспериментальных результатов измерений.

  2. Проверить выполнение принципа наложения как для расчетных, так и для экспериментальных результатов.

  3. Сопоставить результаты измерений с соответствующими данными рас­чета, в случае их существенного различия установить возможные причины.


3.6. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

  1. титульный лист по стандартной форме;

  2. цель работы;

  3. исходные данные (схему исследуемой цепи и параметры ее элемен­тов);

  4. таблицы с результатами вычислений и измерений;

  5. основные расчетные формулы и уравнения;

  6. уравнения баланса токов, напряжений и мощностей;

  7. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспери­ментальных результатов.


Контрольные вопросы

  1. Как формулируется принцип наложения? Почему принцип наложения неприменим для мощностей?

  2. Как составить систему уравнений для расчета токов в сложной схеме по законам Кирхгофа?

  3. Как составить систему уравнений для расчета токов в сложной схеме по методу контурных токов?

  4. Как составить систему уравнений для расчета токов в сложной схеме по методу узловых потенциалов? по методу двух узлов?

  5. Что такое баланс мощностей для схемы и как его составить?


Примечание:

Практическая работа рассчитана на 2 часа.


ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4.

Тема: «Неразветвленная цепь постоянного тока с переменным сопротивлением приемника энергии».

Цель практического занятия: Научится рассчитывать цепь постоянного тока с переменным сопротивлением приемника энергии.

Содержание работы:

4.1. Исходные данные


Заданы:

1. Схемы исследуемых резистивных цепей (рис. 4.1).

2. Параметры отдельных элементов схем (табл. 4.1).

hello_html_2337b21f.gif



Таблица 4.1


Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1) Е, В

100

95

90

100

95

90

85

90

95

100

2) Е, В

40

35

30

45

40

35

30

40

35

45

3) Е, В

70

65

60

75

70

65

60

65

70

75

R1, Ом

50

45

40

50

50

40

40

50

45

50

R2, Ом

70

75

60

75

80

75

70

70

65

75

R3, Ом

90

95

80

95

100

95

90

95

85

100


Таблица 4.2


Схема

I, A

I1, A

I2, A

I3, A

U, B

U1, B

U2, B

U3, B

1 з. К-фа

2 з. К-фа

вычис.












4.2. Теоретические сведения и методические указания


Электрическое состояние любой сложной схемы (цепи) определяется систе­мой уравнений, составленных для нее по 1-му и 2-му законам Кирхгофа.

1-ый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле схемы (цепи) равна нулю, или I=0.

2-ой закон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений в замкнутом кон­туре схемы (цепи) равна алгебраической сумме ЭДС, или U=E.

Расчет токов и напряжений в схемах с одним источником энергии реко­мендуется выполнять ме­тодом преобразования (свертки) схемы. Суть метода состоит в том, что на первом этапе сложная схема преобразуется (сворачива­ется) к одному элементу Rэ на выводах источника ЭДС Е и определяется ток источника I=E/Rэ. Расчетные формулы для свертки схемы имеют вид:

Rэ = R1+ R2 + R3 для последовательного соединения элементов,

1/Rэ = 1/R1+ 1/R2 + 1/R3 для параллельного соединения элементов.

На заключительном втором этапе выполняется расчет токов и напряже­ний в остальных ветвях схемы на основе уравнений Ома и Кирхгофа.


4.3. Расчетная часть


1. Выполнить расчет заданной схемы (рис. 4.1) при значениях параметров элементов, указанных в табл. 4.1 согласно номеру варианта. Определить токи и напряжения на отдельных элементах. Результаты расчета записать в табл. 4.2.

2. Для схемы составить уравнения баланса между токами согласно 1-му закону Кирхгофа и между напряжениями согласно 2-му закону Кирхгофа. Полученные уравнения записать в табл. 4.2.


4.4. Анализ результатов работы


1. Сравнить количественные данные измерений с соответствующими ре­зультатами расчета. Если численные значения одной и той же физической ве­личины ( тока или напряжения), полученные расчетным и экспериментальным путем, отличаются более чем на 10%, следует установить ошибку в Ваших дей­ствиях и ее устранить.

2. Проверить численный баланс токов в узлах схемы согласно 1-му за­кону Кирхгофа и численный баланс напряжений в контурах схемы согласно 2-му закону Кирхгофа.


4.5. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

1. титульный лист по стандартной форме;

2. цель работы;

3. исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и пара­метры их элементов);

4. таблицы с результатами вычислений;

5. основные расчетные формулы и уравнения;

6. выводы и заключение расчетных результатов.


Контрольные вопросы


  1. Какие методы можно применять для расчета токов и напряжений в простых цепях постоянного тока?

  2. В чем сущность метода преобразования (свертки) схемы?

  3. По какой формуле определяется эквивалентное сопротивление для по­следовательно включенных резисторов? для параллельно включенных рези­сторов?

  4. Из каких законов физики вытекают 1-й и 2-й законы Кирхгофа? Дать определение и написать формулы 1-го и 2-го законов Кирхгофа.


Примечание:

Практическая работа рассчитана на 2часа.


ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №5.

Тема: «Расчет магнитных цепей».

Цель практического занятия: Научится рассчитывать магнитные цепи.

Содержание работы:

5.1. Исходные данные


Заданы:

  1. Эквивалентные схемы исследуемых цепей (рис. 5.1, 5.2).

  2. Параметры элементов схем (табл. 5.1). Коэффициент магнитной связи между катушками Ксв = 0,5, добротность катушек Q =15 для всех вариантов.

  3. Рабочие схемы исследуемых цепей и схемы включения измерительных приборов (рис 5.3, 5.4).

hello_html_m4d525ea8.gif

 




Таблица 5.1


Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

U, В

60

65

70

50

60

55

65

70

65

60

Х1, Ом

30

30

40

40

50

30

40

40

50

50

Выводы

0 - 1

0 - 1

0 - 2

0 - 2

0 - 3

0 - 1

0 - 2

0 - 2

0 - 3

0 - 3

Х2, Ом

40

30

50

30

40

50

40

50

40

50

Выводы

0 - 2

0 - 1

0 - 3

0 - 1

0 - 2

0 - 3

0 - 2

0 - 3

0 - 2

0 - 3

R, Ом

35

40

45

40

50

55

45

50

55

45

ХC, Ом

25

40

45

50

35

45

40

55

60

35



5.3.Теоретические сведения и методические указания


Магнитносвязанными называются две катушки, связанные между собой общим магнитным полем. Степень магнитной связи между катушками опреде­ляется коэффициентом связи:

hello_html_m731f5be.gif=hello_html_2303e84e.gif,

где М взаимная индуктивность двух катушек, ХM=М взаимное реактивное сопротивление. Если токи в катушках направлены одинаково (согласно) отно­сительно одноименных выводов, обозначенных на схеме звездочкой (*), то их магнитные поля складываются и общее магнитное поле усиливается, если токи в катушках направлены неодинаково (встречно), то общее магнитное поле ос­лабляется.

Расчет токов и напряжений в сложной схеме, содержащей магнитносвязанные катушки, выполняется, как правило, методом законов Кирхгофа. При составлении уравнений по 2-му закону Кирхгофа учитываются направления то­ков относительно одноименных выводов. Если токи направлены согласно, то падение напряжения на собственном индуктивном сопротивлении (I·jХL ) и па­дение напряжения на взаимном индуктивном сопротивлении (I·jХM) в уравнение 2-го закона Кирхгофа входят с одинаковыми знаками, если токи направлены встречно, то с противоположными знаками.

Для схемы с последовательным соединением двух магнитносвязанных катушек (рис. 5.1) уравнение 2-го закона Кирхгофа имеет вид:

E = I·R + I·[Rо1 + j(Х1 ХM )] + I·[Rо2+ j(Х2 ХM )],

где знак “+” для согласного включения, а знак “” для встречного включения. Из уравнения следует, что эк­вивалентное реактивное сопротивление равно Хэ1 + Х2 2ХM, или Хэ согл= Х1 + Х2 + 2ХM , Хэ встр= Х1 + Х2 2ХM. Из совместного решения последних уравнений получаем: ХM = ( Хэ согл Хэ встр)/4.

Для схемы с параллельным соединением двух магнитносвязанных катушек (рис. 5.2) уравнения Кирхгофа имеют вид:

I1·(Rо1 + jХ1 ) + I2· j ХM = Е;

I2·(Rо2 + jХ2 ) + I1· j ХM + I2·(R2 jХC)=0.

Совместное решение этих уравнений позволяет определить комплексные токи в ветвях схемы I1 и I2. Напряжение на нагрузке определяется по закону Ома: U2 = I2·(R2 jХС).

Собственные параметры отдельных катушек могут быть определены опытным путем по схеме трех приборов (амперметра + вольтметра + фазометра) (рис. 5.3): Z =(UV /IAej=R+jX , где UV, IA, показания соответствующих измерительных приборов.


5.3.Расчетная часть


  1. Определить взаимное индуктивное сопротивление между двумя катушками ХM = Ксв·hello_html_12a58f46.gif. Определить внутренние активные сопротивления катушек Rо1 = Х1/Q , Rо2 = Х2/Q.

  2. Выполнить расчет схемы рис. 5.1 при согласном включении катушек и определить следующие величины: эквивалентное активное сопротивление Rэ, эквивалентное реактивное сопротивление Хэ, полное сопротивление Z, ток в схеме I, напряжения на отдельных участках U1, U2, UR, фазный угол для источ­ника энергии . Результаты расчетов внести в табл. 5.2.

  3. Изменить полярность включения катушек в схеме рис.5.1 и повторить расчет согласно п.2 для встречного включения катушек. Результаты расчетов внести в табл. 5.2. По результатам расчетов п.п. 2, 3 определить взаимное индуктивное сопротивление между двумя катушками ХM = (Хэ согл Хэ встр)/4.

  4. По результатам расчетов п.п. 2, 3 построить в выбранных масштабах векторные диаграммы токов и напряжений для согласного и встречного включения катушек.

  5. Рассчитать режим схемы трансформатора рис. 5.2. Определить в ком­плексной форме токи в ветвях схемы I1 и I2 и напряжение на зажимах нагрузки трансформатора U2. Результаты расчета записать в виде комплексных чисел (U = U·ej, I = I·ej ) в табл.5.3. По результатам расчетов построить в выбранных масштабах векторные диаграммы токов и напряжений.

Таблица 5.2

Вид соединений

U, B

Rэ, Ом

Хэ, Ом

Z, Ом

I, A

U1, B

U2, B

UR, B

, гр

Соглас.(вычис.)










Соглас.(измер.)










Встреч.(вычис.)










Встреч.(измер.)










Таблица 5.3

Величины

Е, В

U2, В

I1, A

I2, A

Вычис.





Измер.






5.4.Экспериментальная часть


  1. Собрать электрическую цепь согласно рабочей схеме рис. 5.3 для экс­периментального определения собственных параметров одной из катушек (Rо, X). Установить в цепи произвольный режим. Измерить ток I, напряжение на входе U и фазный угол . Результаты измерений внести в табл.5.4. По данным измерений определить собственные параметры 1-й катушки Z = (UV /IAej= Rо+jX , где UV, IA, показания соответствующих измерительных приборов. Результаты расчета внести в табл. 5.4.

  2. Заменить катушку и выполнить измерения и расчеты для 2-й катушки, аналогичные п. 1. Все результаты внести в табл. 5.4. Сравнить расчетные параметры катушек, с заданными в табл. 5.1.

  3. Собрать электрическую цепь по рабочей схеме рис. 5.4 при согласном включении катушек. Установить заданные значения параметров отдельных элементов. Измерить ток в схеме I, напряжения на отдельных элементах U, U1, U2, UR, фазный угол для источника энергии . Результаты измерений внести в табл. 5.2.

Таблица 5.4

Величины

U, В

I, A

, гр

Z, Ом

Rо, Ом

X, Ом

1-я катушка







2-я катушка








hello_html_3e8890fc.gif





  1. Изменить полярность одной из катушек и выполнить аналогичные п. 3 измерения при встречном включении катушек. Результаты измерений внести в табл. 5.2.

  2. Собрать электрическую цепь трансформатора по рабочей схеме рис. 5.5. Установить заданные значения параметров отдельных элементов цепи. Измерить модули напряжений U1 и U2 и комплексные токи в ветвях схемы I1 и I2. Результаты расчётов внести в табл. 5.3.



hello_html_m1070f462.gif












hello_html_m64b16791.gif






















5.5. Анализ результатов работы


Сравнить результаты эксперимента с данными расчета и дать заключе­ние о степени их соответствия. В случае их существенного расхождения указать возможные причины.


5.6. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

  1. титульный лист по стандартной форме;

  2. цель работы;

  3. исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и пара­метры их элементов);

  4. таблицы с результатами вычислений и измерений;

  5. основные расчетные формулы и уравнения;

  6. векторные диаграммы токов и напряжений;

  7. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и эксперимен­тальных результатов.

Контрольные вопросы


  1. Что называется взаимной индуктивностью М? Как на практике опреде­ляется взаимная индуктивность М?

  2. Может ли взаимная индуктивность М быть больше собственной индук­тивности одной из катушек? обeих катушек?

  3. Какие выводы двух катушек называются однополярными (одноимен­ными)? Как на практике определяются однополярные выводы?

  4. Что такое коэффициент связи и как он определяется?

  5. Какие методы можно применять для расчета сложных цепей, в которых имеются магнитосвязанные катушки?

  6. Что называется развязкой магнитных связей? С какой целью она прово­дится?


Примечание:

Практическая работа рассчитана на 2часа.

Список источников и литературы


1. Берёзкина Т.Ф., Гусев Н.Г. Масленников В.В. Задачник по общей электротехнике с основами электроники: Учебное пособие для студентов неэлектротехнических специальностей средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2001.

2. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учебное пособие для студентов неэлектротехнических специальностей средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2000.

3. Касаткин А.С. Основы электротехники: Учебное пособие для средних профессионально-технических училищ. – М.: Высшая школа, 2001.

4. Синдеев Ю.Г. Электротехника (с основами электроники): Учебное пособие для профессиональных училищ и колледжей. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2001.


Список оборудования


- мультимедийный учебный комплекс по темам:

«Цепи постоянного тока», «Цели переменного тока», «Электронные устройства», «Цифровая электроника», «Операционные усилители».

- стационарные лабораторные стенды;

- набор измерительных приборов и оборудования стендов;

- комплект приборов по направлению «Физические основы электротехники и электроники;

- комплект экспериментальных панелей по направлению «Электротехника и электроника»;

- педагогические программные средства вычислительной техники:

встроенные персональные компьютеры;

- оверхед-проектор «Горизонт»-250 Х.


Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Автор
Дата добавления 02.11.2016
Раздел Другое
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров85
Номер материала ДБ-313511
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх