- •1. Предварительные теоретические сведения 209
- •1. Предварительные теоретические сведения 228
- •Лабораторные работы по курсу «электротехника» общие методические указания к лабораторным работам
- •2.2. Электрические цепи с активным сопротивлением, индуктивностью и ёмкостью
- •2.3. Последовательное соединение элементов с параметрами r, l, с
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •Вычислить полное сопротивление по формуле: .
- •5. Контрольные вопросы
- •2.2. Повышение коэффициента мощности в электрических цепях переменного тока
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •5. Контрольные вопросы
- •2.2. Соединение приёмников по схеме четырёхпроводная звезда
- •2.3 Режимы работы трёхфазной цепи, соединённой по схеме четырёхпроводная звезда
- •2.3.1. Режим симметричной нагрузки
- •2.3.2. Режим изменения тока одной фазы
- •2.3.3. Режим несимметричной нагрузки
- •2.3.4. Режим равномерно-разнородной нагрузки
- •2.3.5. Режим обрыва одной фазы
- •2.4. Соединение приёмников по схеме трёхпроводная звезда
- •2.4.1. Режим симметричной нагрузки
- •2.4.2. Режим изменения сопротивления одной фазы
- •2.4.3. Режим несимметричной нагрузки
- •2.4.4. Режим равномерно-разнородной нагрузки
- •2.4.5. Режим обрыва одной фазы
- •2.4.6. Режим короткого замыкания фазы
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •5. Контрольные вопросы
- •Трехфазной цепи
- •2.2.Трехпроводная цепь. Соединение приемников по схеме «треугольник»
- •2.3. Режимы работы трехфазной цепи, соединенной по схеме «треугольник»
- •2.3.1. Режим симметричной нагрузки
- •При симметричной нагрузке
- •2.3.2. Режим изменения тока одной фазы
- •При изменении тока одной фазы для случая
- •2.3.3. Режим несимметричной нагрузки
- •При несимметричной нагрузке для случая
- •2.3.4. Режим обрыва одной фазы
- •При обрыве фазы bc
- •2.3.5. Режим обрыва линейного провода
- •Линейного провода b-b
- •При обрыве линейного провода b-b
- •2.3.6. Режим равномерно-разнородной нагрузки
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •5. Контрольные вопросы
- •2.2. Приборы магнитоэлектрической системы
- •2.3. Приборы электромагнитной системы
- •2.4. Приборы электродинамической и ферродинамической системы
- •2.5. Измерение тока в цепях постоянного тока
- •2.6. Измерение напряжения в цепях постоянного тока.
- •2.7. Измерение тока в цепях переменного тока
- •2.8. Расширение пределов измерения вольтметров в цепях переменного тока
- •2.9. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока.
- •3. Лабораторная установка
- •5. Контрольные вопросы
- •VI. Лабораторная работа № 6. Исследование электрической цепи синусоидального тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений в режиме резонанса напряжений
- •1. Цель работы
- •2. Предварительные теоретические сведения
- •2.1. Общие положения и определения.
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •6. Контрольные вопросы
- •VII. Лабораторная работа № 7. Исследование электрической цепи синусоидального тока при параллельном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений в режиме резонанса токов
- •1. Цель работы
- •2. Предварительные теоретические сведения
- •2.1. Общие положения и определения.
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •5. Контрольные вопросы
- •2.2. Режимы работы трансформатора
- •2.3. Внешняя характеристика трансформатора
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •Экспериментальные данные характеристики холостого хода Таблица 8.1
- •Экспериментальные данные опыта холостого хода Таблица 8.2
- •Данные нагрузочного режима при активной нагрузке () Таблица 8.3
- •Экспериментальные данные внешней характеристики при ёмкостной нагрузке (); Таблица 8.4
- •5. Контрольные вопросы
- •Практические занятия по курсу «электротехника» общие методические указания к практическим занятиям
- •IX. Практическое занятие №1. Расчет электрических цепей с использованием законов Ома и Кирхгофа
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет цепи с одним источником питания
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1.
- •3. Расчет сложных цепей при помощи уравнений Кирхгофа
- •3.1. Анализ и решение задачи 2
- •3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •4. Самостоятельная работа студента
- •X. Практическое занятие №2. Методы расчета сложных цепей
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет цепи методом узлового напряжения
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1
- •3. Расчет цепей методом эквивалентного генератора
- •3.1. Анализ и решение задачи 2
- •3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •4. Самостоятельная работа студента
- •XI. Практическое занятие №3. Расчет цепи переменного тока с последовательным соединением элементов
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет электрических параметров цепи
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •3. Расчет цепи методом комплексных чисел
- •3.1. Дополнительные вопросы к задаче 1
- •4. Определение параметров потребителя по опытным данным
- •4.1. Анализ и решение задачи 2
- •4.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •4. Самостоятельная работа студента
- •XII. Практическое занятие №4. Расчет сложных цепей переменного тока
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет цепи с параллельным соединением элементов
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1
- •3. Расчет разветвленной электрической цепи
- •3.1. Анализ и решение задачи 2
- •3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •4. Самостоятельная работа студента
- •XIII. Практическое занятие №5. Магнитные и нелинейные цепи
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Примеры решения прямой и обратной задачи для магнитных цепей
- •3. Самостоятельная работа студента
- •XIV. Практическое занятие №6. Расчет трехфазных цепей при соединении потребителей звездой и треугольником
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет цепей при соединении источников и потребителей звездой
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1
- •3. Расчет цепей при соединении треугольником
- •3.1. Анализ и решение задачи 2
- •3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •3.3. Анализ и решение задачи 3
- •3.4. Дополнительные вопросы к задаче 3
- •4. Самостоятельная работа студента
- •Контрольные работы по курсу «электротехника» общие методические указания к контрольным работам
- •XV. Контрольная работа №1. Расчёт разветвлённой электрической цепи синусоидального тока постановка задачи
- •1. Предварительные теоретические сведения
- •1.1. Последовательное соединение активных и реактивных элементов
- •1.2. Векторная диаграмма напряжений для неразветвленной цепи
- •1.3. Проводимости и их связь с сопротивлениями
- •1.4 Общий случай разветвленной цепи
- •2. Расчет цепи синусоидального тока со смешанным соединением элементов
- •2.1 Содержание домашнего задания
- •2.2 Пример расчета электрической цепи со смешанным соединением элементов
- •XVI. Контрольная работа №2. Расчёт трёхфазной электрической цепи синусоидального тока постановка задачи
- •1. Предварительные теоретические сведения
- •1.1. Общие положения и определения
- •1.2. Соединение фаз приемников схеме четырехпроводная звезда
- •1.3. Соединение фаз приемника по схеме «треугольник»
- •1.4. Мощность трехфазной цепи
- •2. Расчет трехфазной электрической цепи
- •2.1. Содержание домашнего задания
- •2.2. Пример расчета трехфазной электрической цепи
- •XVII. Вопросы к тестам по курсу «электротехника» общие методические указания к тестовым заданиям
- •Литература
- •Приложения
2. Расчет цепи синусоидального тока со смешанным соединением элементов
2.1 Содержание домашнего задания
В домашнем задании предусматривается расчет электрической цепи со смешанным соединением элементов, состоящей из двух параллельных ветвей, в каждой из которых последовательно включено не менее двух элементов.
В домашнем задании необходимо:
-
По исходной схеме (рис. 135) нарисовать электрическую схему согласно заданному варианту (табл. 15.1). Элементы, сопротивления которых равны нулю, исключаются из схемы.
Рисунок 135. Исходная электрическая схема
-
Методом проводимостей рассчитать токи в параллельных ветвях и неразветвленной части цепи.
-
Вычислить активную, реактивную и полную мощности параллельных ветвей и всей цепи.
-
Построить векторную диаграмму токов и напряжений.
-
Изменяя одно из реактивных сопротивлений параллельной ветви, добиться, чтобы схема работала в режиме резонанса токов. Если в заданной цепи резонанс токов невозможен, ввести в одну из параллельных ветвей дополнительное реактивное сопротивление (индуктивность или емкость).
-
Построить векторную диаграмму токов и напряжений при работе цепи в резонансе токов.
-
При расчетах считать напряжение, приложенное к цепи, равным U=100 (В), сопротивления элементов заданы в табл. 15.1.
2.2 Пример расчета электрической цепи со смешанным соединением элементов
Рассмотрим порядок расчета электрической цепи соответствующей варианту 72.
Дано:
R1=0 Ом, R2=20 Ом,
XL1.1=10 Ом, XC2.1=0,
XC1=40 Ом, XL2=20 Ом,
XL1.2=0 Ом, XC2.2=0 Ом..
Данному варианту соответствует электрическая схема рис. 136.
Рисунок 136. Электрическая схема цепи, согласно варианту 3
Расчет производится в следующем порядке:
-
Определяем полное сопротивление первой ветви:
Ом.
-
Определяем полное сопротивление второй ветви:
Ом.
Примечание: расчет вести до четырех значащих цифр.
-
Определяем активную проводимость первой ветви:
.
-
Определяем реактивную проводимость первой ветви:
См.
-
Определяем полную проводимость первой ветви:
См.
-
Определяем активную составляющую первого тока:
.
-
Определяем реактивную составляющую первого тока:
А.
-
Определяем полный ток первой ветви:
А.
-
Определяем активную проводимость второй ветви:
См.
-
Определяем реактивную проводимость второй ветви:
См.
-
Определяем полную проводимость второй ветви:
См.
-
Определяем активную составляющую тока второй ветви:
А.
-
Определяем реактивную составляющую тока второй ветви:
А.
-
Определяем полный ток второй ветви:
А.
-
Определяем активную проводимость всей цепи:
См.
-
Определяем реактивную проводимость всей цепи:
См.
-
Определяем полную проводимость всей цепи:
См.
18. Определяем активную составляющую тока в неразветвленной части цепи:
A.
19. Определяем реактивную составляющую тока в неразветвленной части цепи:
A.
20. Определяем полный ток в неразветвленной части цепи:
A.
21. Определяем коэффициент мощности первой ветви:
.
22. Определяем коэффициент мощности второй ветви:
.
23. Определяем коэффициент мощности всей цепи:
.
24. Определяем полную мощность первой ветви:
В.
25. Определяем активную мощность первой ветви:
.
26. Определяем реактивную мощность первой ветви:
ВАр.
27. Определяем полную мощность второй ветви:
В.
28. Определяем активную мощность второй ветви:
Вт.
29. Определяем реактивную мощность второй ветви:
ВАр.
30. Определяем полную мощность всей цепи:
В.
31. Определяем активную мощность всей цепи:
Вт.
32. Определяем реактивную мощность всей цепи:
ВАр.
33. Векторная диаграмма токов (рис 137)строится на основании первого закона Кирхгофа для цепей синусоидального тока:
.
Векторная диаграмма токов строится в следующем порядке:
33.1 За базовую ось принимаем вектор напряжения U, который является общим для обеих параллельных ветвей. Строим этот вектор горизонтально в масштабе mU.
33.2 По активной и реактивной составляющей первого тока строится вектор тока I1. Но так как активная составляющая первого тока I1a=0, то полный ток I1 будет равен реактивной составляющей I1р, которая имеет емкостный характер и опережает вектор напряжения U на угол 90° (X=XL1.1 – XC1<0). Этот вектор строим перпендикулярно к вектору напряжения U против часовой стрелки (φ1=-90°) в масштабе m1.
33.3 Аналогично строим вектор тока второй ветви. Активная составляющая тока I2a совпадает по фазе с вектором напряжения U, реактивная составляющая тока второй ветви I2р носит индуктивный характер (X2=XL2>0) и отстает от вектора напряжения U на угол 90°. Этот вектор строим перпендикулярно к вектору напряжения по часовой стрелке. Вектор полного тока второй ветви будет равен диагонали параллелограмма построенного на векторах I2a и I2р.
34. Векторная диаграмма напряжений для первой ветви строится на основании второго закона Кирхгофа:
.
Рисунок 137. Векторная диаграмма токов и напряжений
Векторная диаграмма напряжений строится в следующем порядке:
34.1 Строится вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении XL1.1, модуль которого равен:
B.
На индуктивности напряжение опережает ток на угол 90°, поэтому этот вектор строим перпендикулярно вектору тока I1 против часовой стрелки.
34.2 Из конца вектора UL1.1 строится вектор падения напряжения на емкостном сопротивлении XC1 , модуль которого равен:
B.
На емкости напряжение отстает от тока на угол 90°, поэтому этот вектор строим перпендикулярно вектору тока I1 по часовой стрелке. Если вычисления и построения сделаны верно, то конец вектора UC1 будет совпадать с концом вектора U.
35. Векторная диаграмма напряжений для второй ветви строится на основании второго закона Кирхгофа:
.
Векторная диаграмма напряжений для второй ветви строится в следующем порядке:
35.1 Строится вектор падения напряжения на активном сопротивлении R2, модуль которого равен
B.
На активном сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе, поэтому этот вектор падения напряжения строим совпадающим по направлению с вектором тока I2.
35.2 Из конца вектора UR2 строится вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении XL2, модуль которого равен:
B.
Напряжение на индуктивности опережает ток на угол 90°, поэтому этот вектор строим перпендикулярно вектору тока I2 против часовой стрелки.
Если вычисления и построения сделаны верно, конец вектора напряжения UL2 будет совпадать с концом вектора U.
Рекомендуемый масштаб:
mu=1B/мм,
mI=0,05А/мм.
36. Для обеспечения резонанса токов в электрической схеме с двумя параллельными ветвями должны выполняться следующие условия:
-
параллельные ветви должны иметь разный характер проводимостей (одна индуктивный, другая емкостный).
-
реактивные проводимости параллельных ветвей должны быть равны по модулю, т.е.:
.
В данном варианте первое условие выполняется, т.к. первая ветвь носит емкостный, а вторая – активно-индуктивный характер.
Для достижения резонанса токов, т.к. необходимо в первую ветвь включить дополнительно емкость, величину сопротивления которого можно вычислить следующим образом:
См,
,
Ом.
37. После включения дополнительной емкости в первую ветвь изменится ток в этой ветви и падения напряжения на индуктивности и емкости.
См,
А,
А,
В,
В.
Векторная диаграмма, построенная аналогично п.п. 33-35, представлена на рис. 138.
Рекомендуемый масштаб:
mu=1B/мм,
mI=0,05А/мм.
Рисунок 138. Векторная диаграмма токов и напряжений для случая резонанса токов
Таблица15.1
№ |
Величина сопротивления (Ом) |
||||||||||||
R1 |
XL1.1 |
XC1 |
XL1.2 |
R2 |
XC2.1 |
XL2 |
XC2.2 |
||||||
1 |
0 |
0 |
40 |
20 |
20 |
30 |
0 |
10 |
|||||
2 |
0 |
10 |
0 |
20 |
20 |
0 |
20 |
10 |
|||||
3 |
0 |
10 |
40 |
20 |
20 |
0 |
10 |
20 |
|||||
4 |
0 |
10 |
40 |
20 |
20 |
0 |
0 |
10 |
|||||
5 |
10 |
0 |
0 |
20 |
0 |
30 |
20 |
10 |
|||||
6 |
10 |
0 |
40 |
0 |
0 |
30 |
20 |
0 |
|||||
7 |
10 |
0 |
40 |
20 |
0 |
30 |
0 |
10 |
|||||
8 |
10 |
10 |
0 |
20 |
0 |
0 |
20 |
10 |
|||||
9 |
0 |
0 |
40 |
20 |
20 |
30 |
20 |
0 |
|||||
10 |
0 |
10 |
0 |
20 |
20 |
30 |
0 |
0 |
|||||
11 |
0 |
10 |
40 |
0 |
20 |
0 |
20 |
10 |
|||||
12 |
0 |
10 |
40 |
20 |
20 |
0 |
20 |
0 |
|||||
13 |
10 |
0 |
40 |
0 |
0 |
30 |
20 |
10 |
|||||
14 |
10 |
0 |
40 |
20 |
0 |
30 |
20 |
0 |
|||||
15 |
10 |
10 |
0 |
0 |
0 |
30 |
0 |
10 |
|||||
16 |
10 |
10 |
40 |
0 |
0 |
0 |
20 |
10 |
|||||
17 |
0 |
10 |
0 |
20 |
20 |
30 |
0 |
10 |
|||||
18 |
0 |
10 |
40 |
0 |
20 |
30 |
0 |
0 |
|||||
19 |
0 |
10 |
40 |
20 |
20 |
0 |
20 |
10 |
|||||
20 |
10 |
0 |
0 |
20 |
20 |
0 |
0 |
10 |
|||||
21 |
10 |
0 |
40 |
20 |
0 |
30 |
20 |
10 |
|||||
22 |
10 |
10 |
0 |
0 |
0 |
30 |
20 |
0 |
|||||
23 |
10 |
10 |
0 |
20 |
0 |
30 |
0 |
10 |
|||||
24 |
0 |
10 |
0 |
20 |
20 |
30 |
20 |
0 |
|||||
25 |
0 |
10 |
40 |
0 |
20 |
30 |
0 |
10 |
|||||
26 |
0 |
10 |
40 |
20 |
20 |
30 |
0 |
0 |
|||||
27 |
10 |
0 |
0 |
20 |
20 |
0 |
20 |
0 |
|||||
28 |
10 |
0 |
40 |
0 |
20 |
0 |
0 |
10 |
|||||
№ |
Величина сопротивления (Ом) |
||||||||||||
R1 |
XL1.1 |
XC1 |
XL1.2 |
R2 |
XC2.1 |
XL2 |
XC2.2 |
||||||
29 |
10 |
10 |
0 |
0 |
0 |
30 |
20 |
10 |
|||||
30 |
10 |
10 |
0 |
20 |
0 |
30 |
20 |
0 |
|||||
31 |
10 |
10 |
40 |
0 |
0 |
30 |
0 |
10 |
|||||
32 |
0 |
10 |
40 |
0 |
20 |
30 |
20 |
0 |
|||||
33 |
0 |
10 |
40 |
20 |
20 |
30 |
0 |
10 |
|||||
34 |
10 |
0 |
0 |
20 |
20 |
0 |
20 |
10 |
|||||
35 |
10 |
0 |
40 |
0 |
20 |
0 |
20 |
0 |
|||||
36 |
10 |
0 |
40 |
20 |
20 |
0 |
0 |
10 |
|||||
37 |
10 |
10 |
0 |
20 |
0 |
30 |
20 |
10 |
|||||
38 |
10 |
10 |
40 |
0 |
0 |
30 |
20 |
0 |
|||||
39 |
0 |
10 |
40 |
20 |
20 |
30 |
20 |
0 |
|||||
40 |
10 |
0 |
0 |
20 |
20 |
30 |
0 |
0 |
|||||
41 |
10 |
0 |
40 |
0 |
20 |
0 |
20 |
10 |
|||||
42 |
10 |
0 |
40 |
20 |
20 |
0 |
20 |
0 |
|||||
43 |
10 |
10 |
0 |
0 |
20 |
0 |
0 |
10 |
|||||
44 |
10 |
10 |
40 |
0 |
0 |
30 |
20 |
10 |
|||||
45 |
0 |
0 |
40 |
20 |
0 |
0 |
20 |
10 |
|||||
46 |
10 |
0 |
0 |
20 |
20 |
30 |
0 |
10 |
|||||
47 |
10 |
0 |
40 |
0 |
20 |
30 |
0 |
0 |
|||||
48 |
10 |
0 |
40 |
20 |
20 |
0 |
20 |
10 |
|||||
49 |
10 |
10 |
0 |
0 |
20 |
0 |
20 |
0 |
|||||
50 |
10 |
10 |
0 |
20 |
20 |
0 |
0 |
10 |
|||||
51 |
10 |
0 |
0 |
20 |
20 |
30 |
20 |
0 |
|||||
52 |
10 |
0 |
40 |
0 |
20 |
30 |
0 |
10 |
|||||
53 |
10 |
0 |
40 |
20 |
20 |
30 |
0 |
0 |
|||||
54 |
10 |
10 |
0 |
0 |
20 |
0 |
20 |
10 |
|||||
55 |
10 |
10 |
0 |
20 |
20 |
0 |
20 |
0 |
|||||
56 |
10 |
10 |
40 |
0 |
20 |
0 |
0 |
10 |
|||||
57 |
0 |
0 |
40 |
20 |
0 |
30 |
0 |
10 |
|||||
|
R1 |
XL1.1 |
XC1 |
XL1.2 |
R2 |
XC2.1 |
XL2 |
XC2.2 |
|||||
Величина сопротивления (Ом) |
|||||||||||||
R1 |
XL1.1 |
XC1 |
XL1.2 |
R2 |
XC2.1 |
XL2 |
XC2.2 |
||||||
58 |
0 |
10 |
0 |
20 |
0 |
0 |
20 |
10 |
|||||
59 |
10 |
0 |
40 |
0 |
20 |
30 |
20 |
0 |
|||||
60 |
10 |
0 |
40 |
20 |
20 |
30 |
0 |
10 |
|||||
61 |
10 |
10 |
0 |
0 |
20 |
30 |
0 |
0 |
|||||
62 |
10 |
10 |
0 |
20 |
20 |
0 |
20 |
10 |
|||||
63 |
10 |
10 |
40 |
0 |
20 |
0 |
20 |
0 |
|||||
64 |
0 |
0 |
40 |
20 |
0 |
30 |
20 |
0 |
|||||
65 |
0 |
10 |
40 |
0 |
0 |
0 |
20 |
10 |
|||||
66 |
10 |
0 |
40 |
20 |
20 |
30 |
20 |
0 |
|||||
67 |
10 |
10 |
0 |
0 |
20 |
30 |
0 |
10 |
|||||
68 |
10 |
10 |
0 |
20 |
20 |
30 |
0 |
0 |
|||||
69 |
10 |
10 |
40 |
0 |
20 |
0 |
20 |
10 |
|||||
70 |
0 |
0 |
40 |
20 |
0 |
30 |
20 |
10 |
|||||
71 |
0 |
10 |
0 |
20 |
0 |
30 |
0 |
10 |
|||||
72 |
0 |
10 |
40 |
0 |
20 |
0 |
20 |
0 |