ПЗ2 / ПЗ2

Министерство науки и высшего образования РФ

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»

Кафедра электротехники и электрических машин

Практическое занятие №2

«Применение средств САПР при анализе и оптимизации установившихся режимов электрических цепей постоянного тока»

Выполнил:

ст. гр. 00-НМ-ЭЭ0

Иванов И.И.

Проверил:

Квон А.М.

Краснодар 20__

1. Цель и содержание работы

Цель занятия – ознакомиться с возможностями средств САПР, позволяющими производить расчет, анализ и оптимизацию электрических цепей постоянного тока в установившихся режимах.

Содержание работы: цепь постоянного тока, содержащая активные сопротивления, включает несколько источников постоянной ЭДС. Варианты заданий приведены в приложении А. По результатам выполнения задания составить отчет на листах А4 и в электронной форме.

Исследование и оптимизация:

1) принять за нагрузку R с наибольшим порядковым номером, построить зависимости I_н(R_н), I_н(U_н) при изменении режима от ХХ до КЗ (использовать метод эквивалентного генератора);

2) принять за основной источник Е1 номинальный ток источника 2 А, оценить загрузку источника, предложить меры для оптимальной загрузки;

3) если в схеме есть источники работающие в режиме потребления, проанализировать и построить зависимости перехода их в генераторный режим в зависимости от R_ист и Е_ист;

4) построить зависимости P_н(R_н), η_ист(R_н), P_ист(R_н).

Пояснения к выполнению:

• пункты выполнять в MathCAD, MathLab (программная среда задается преподавателем).

• проверку провести в программе EWB, Simulink (программная среда задается преподавателем) для п.п. 1 (только для ХХ и КЗ), 2 (текущий режим и оптимальный режим), 3 (текущий режим и точка перехода в генераторный режим).

2. Исходные данные

Т а б л и ц а 1 – Исходные значения параметров цепи

Вариант 10
Состав ветвей схемы
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В	R/E, Ом/В
0	6	2/12	12	2/10	∞	∞	∞	0	0	4/40	4	0

I₂

I₁₁

φ₇

φ₆

φ₅

φ₁

I₄

I₃

I₅

I₁₂

φ₄

φ₃

φ₂

Рисунок 1 – Расчетная электрическая цепь

3. Расчет схемы в MathCAD

1 . Принимаем за нагрузку R₁₂ и строим зависимости I_н(R_н), I_н(U_н):

2 . Принимаем за основной источник Е₃ и номинальный ток источника 2 А:

3. Строим зависимости P_н(R_н), η_ист(R_н), P_ист(R_н):

4. Проверка расчета в Multisim

1. Проверяем п. 1 задания для режимов ХХ и КЗ:

Рисунок 2 – Схема цепи в программе Multisim для расчета напряжения ХХ

Рисунок 3 – Схема цепи в программе Multisim для расчета тока КЗ

2. Проверяем п. 2 задания для текущего и оптимального режимов:

Рисунок 4 – Схема цепи в программе Multisim для определения тока нагрузки и тока основного источника в текущем режиме

Рисунок 5 – Схема цепи в программе Multisim для определения тока нагрузки и тока основного источника в оптимальном режиме

5. Заключение

В ходе работы были проведены анализ и оптимизация установившегося режима заданной электрической цепи постоянного тока.

В первой части работы в программе MathCAD методом эквивалентного генератора схема была преобразована в одноконтурную с нагрузкой R₁₂. Были построены зависимости I_н(R_н), I_н(U_н).

Далее, приняв за основной источник E₃, были построены зависимости токов ветвей при изменении величины ЭДС источника и при изменении сопротивления в ветви с основным источником ЭДС. В целях оптимизации и получении номинального тока I₃ рекомендуется снизить величину R₃ до 1,93 Ом. Целесообразность такой оптимизации подтверждена моделированием в программе Multisim (рис. 3-4).

Третий пункт задания не выполнялся, поскольку в схеме нет источников ЭДС, работающих в режиме потребления.

В последней части работы были построены зависимости P_н(R_н), η_ист(R_н), P_ист(R_н). Анализируя кривые, можно сделать вывод, что чем больше величина нагрузки, тем выше КПД, а мощности вырабатываемая и потребляемая стремятся к равенству друг с другом. При этом максимальное значение потребляемой нагрузкой мощности достигается при R_н = 10 Ом.

Все расчёты были проверены в программе Multisim. Результаты совпали.