Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ТОЭ / ТОЭ, ч.II / Методичка 4.doc
Скачиваний:
32
Добавлен:
27.05.2015
Размер:
842.75 Кб
Скачать

Федеральное агентство образования

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

« СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ »

Кафедра электротехники и электрооборудования

РАСЧЁТ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

С НЕСИНУСОИДАЛЬНЫМИ ТОКАМИ

Методические указания к выполнению расчётно-графической

работы для студентов электротехнических специальностей

по курсу «Теоретические основы электротехники»

Новокузнецк

2007

УДК 621.34 ( 075 )

Р

Рецензент

Кандидат технических наук, профессор

кафедры «Автоматизированный электропривод

и промышленная электроника»

СибГИУ

П. Н. Кунинин

Р Расчёт линейных электрических цепей с несинусоидальными токами: Метод. указ. / Сост.: В.С. Князев: СибГИУ. – Новокузнецк, 2007. – 25 с.

Приведены варианты индивидуальных заданий для выполнения расчётно-графической работы по расчёту линейных электрических цепей с несинусоидальными источниками энергии, заданными в виде графиков. Излагается методика выполнения расчётов линейных электрических цепей с несинусоидальными токами, приведён пример расчёта.

Предназначены для студентов электротехнических специальностей всех форм обучения.

Введение

Дисциплина «Теоретические основы электротехники» является общетеоретической базовой дисциплиной, определяющая фундаментальные знания основных принципов действия и построения электротехнических и электронных устройств. Знание основ теории электрических цепей необходимо для специальных профилирующих дисциплин при подготовке квалифицированных специалистов электротехнического профиля, что особенно важно на современном этапе развития технических средств электрификации, управления и автоматизации производственных процессов.

В курсе «Теоретические основы электротехники» знания электромагнитных явлений, рассмотренных в курсе физики, расширяются и развиваются в направлении разработки методов анализа, расчета и экспериментального исследования явлений и процессов, протекающих в электрических и магнитных цепях, электрических и магнитных полях электротехнических и электронных устройств.

Для углубления и закрепления знаний учебными планами предусмотрено по основным разделам курса выполнение студентами индивидуальных расчётно-графических работ. Предлагаемая работа посвящена методике нахождения дискретного частотного спектра периодической несинусоидальной функции времени, алгоритмам расчёта линейных электрических цепей, на входе которых действуют несинусоидальные источники энергии, заданные в виде графиков.

Содержание задачи.

На вход линейной электрической цепи ( рисунок 1 ) воздействует периодическое несинусоидальное напряжение u1(t), заданное в виде графика ( рисунок 2 ). Схема электрической цепи нагружена на активное сопротивление нагрузки Rн . Максимальное значение входного напряжения Um, период его изменения Т, параметры элементов электрической схемы L, С, величина активного сопротивления нагрузки Rн заданы в таблицах индивидуальных вариантов для учебных групп ( таблицы 1-7 ).

Требуется:

1. По данным таблицы варианта для учебной группы ( таблицы 1-7 ) необходимо для индивидуального варианта задания определить схему электрической цепи ( рисунок 1 ), график изменения напряжения на входе цепи ( рисунок 2 ), численные значения максимального напряжения Um, периода изменения Т, параметров элементов схемыL, С и величину активного сопротивления нагрузкиRн. Нарисовать схему электрической цепи с учётом нагрузкиRн.

2. Напряжение на входе схемы u1(t), заданное графически, представить в виде тригонометрического ряда Фурье (найти дискретный частотный спектр входного сигнала).

3. Найти законы изменения тока в источнике и тока в нагрузке Rн, выполнив комплексным методом расчёт режима для каждой гармоники напряжения на входе цепи. Привести расчётную схему цепи для гармоники номера “к”.

4. Найти мгновенное значение напряжения на сопротивлении нагрузки Rн для каждой гармоники и записать результирующий закон его изменения во времени (в виде ряда Фурье).

5. Определить действующие значения напряжений и токов на входе электрической цепи и на сопротивлении нагрузки.

6. Найти активную Р и полнуюS мощности всей цепи. Определить коэффициент мощности цепи.

7. Построить друг под другом линейчатые спектры амплитуд входного (u1) и выходного (u2) напряжений.

8. Построить график напряжения на нагрузке в функции времени по гармоникам и выполнить графическое суммирование гармоник.

Указания к решению задачи:

1) Составляющие ряда Фурье входного напряжения рассчитать аналитически по формулам или записать, используя табличные разложения, приведённые в учебниках и справочниках. Для кривых 2.1 – 2.10 выделить во входном напряжении u1(t) постоянную составляющуюи провести новую ось времени на высоте. Затем относительно новой оси времени оставшуюся часть напряжения записать в виде ряда Фурье по аналогии с табличным разложением, учитывая их соответствие, опережение или запаздывание кривых во времени.

2) Для расчёта взять четыре первые гармоники полученного разложения (включая постоянную составляющую – нулевую гармонику).

Рисунок 1 – Схема электрической цепи

Рисунок 2 – Напряжение на входе цепи

Таблица 1 – Параметры элементов заданной схемы электрической цепи и напряжения на входе ( вариант задания №1)

варианта

задачи

рисунка схемы

графика u1(t)

L,

мГн

C,

мкФ

Т,

мс

Rн ,

Ом

Um ,

В

1

1-2

2-6

1,7

0,9

0,4

32

20

2

1-3

2-3

11

4

2

65,7

30

3

1-4

2-4

0,5

0,4

0,147

27,6

40

4

1-1

2-2

0,4

0,5

0,158

36,5

50

5

1-2

2-3

0,7

0,24

0,134

41,4

60

6

1-3

2-6

5

1

0,625

86,5

70

7

1-4

2-9

3

1,2

1,7

39,5

80

8

1-1

2-4

2,55

1,4

0,63

55,5

90

9

1-2

2-5

4,2

1,44

0,8

41,4

100

10

1-3

2-2

21

1

1,5

185

110

11

1-4

2-6

1

1

0,314

25

100

12

1-1

2-7

21,5

9,85

5,88

58

90

13

1-2

2-1

1,3

0,316

0,23

50

80

14

1-3

2-8

2,58

1,43

0,484

49,8

70

15

1-4

2-1

3

0,9

0,525

45,4

60

16

1-1

2-7

5,4

3

1,34

55,2

50

17

1-2

2-2

6,25

12,4

3,13

17,5

40

18

1-3

2-3

6,25

10

2,5

31,6

30

19

1-4

2-6

0,5

0,4

0,137

28,1

20

20

1-1

2-4

0,7

0,875

0,277

36,4

30

21

1-2

2-3

1,36

0,65

0,30

35

40

22

1-3

2-8

1,6

0,88

0,25

45

50

23

1-4

2-9

0,53

0,375

0,4

30

60

24

1-3

2-10

2,8

8,05

2

24

70

25

1-2

2-4

0,65

0,3

0,15

36

80

Таблица 2 – Параметры элементов заданной схемы электрической цепи и напряжения на входе ( вариант задания №2)

варианта

задачи

рисунка схемы

графика u1(t)

L,

мГн

C,

мкФ

Т,

мс

Rн ,

Ом

Um ,

В

1

1-2

2-2

1,17

0,95

0,40

27,5

120

2

1-3

2-1

9,57

3,48

1,74

65,7

110

3

1-4

2-1

0,55

0,44

0,167

27,5

100

4

1-1

2-4

0,357

0,447

0,142

36,3

90

5

1-2

2-1

0,62

0,212

0,118

41,4

80

6

1-3

2-10

13

3,05

4,1

70

70

7

1-4

2-3

6,15

2,5

1,333

38,6

60

8

1-1

2-7

2,9

1,61

0,725

55,2

50

9

1-2

2-2

2,92

1

0,555

41,4

40

10

1-3

2-7

23

1,15

1,62

179

30

11

1-4

2-2

1,15

1,15

0,362

25

20

12

1-1

2-4

17

8,1

4,6

57,5

30

13

1-2

2-3

1,87

0,330

0,29

59,2

40

14

1-3

2-6

1,95

1,08

0,365

49,8

50

15

1-4

2-3

3,6

1,08

0,60

46

60

16

1-1

2-3

5,94

3,3

1,47

55,2

70

17

1-2

2-2

5,68

11,27

2,84

17,5

80

18

1-3

2-5

6,87

11

2,75

31,6

90

19

1-4

2-8

0,625

0,5

0,18

27,8

100

20

1-1

2-6

0,65

0,81

0,257

36,4

110

21

1-2

2-4

0,52

0,22

0,125

38

120

22

1-4

2-9

1,15

1,15

1,1

25

130

23

1-3

2-10

4,75

1,18

1,6

70

140

24

1-1

2-1

0,285

0,382

0,135

34

150

25

1-2

2-5

0,75

0,28

0,16

40

160

Таблица 3 – Параметры элементов заданной схемы электрической цепи и напряжения на входе ( вариант задания №3)

варианта

задачи

рисунка схемы

графика u1(t)

L,

мГн

C,

мкФ

Т,

мс

Rн ,

Ом

Um ,

В

1

1-2

2-8

1,5

0,75

0,415

35

150

2

1-3

2-7

12,63

4,6

2,3

65,5

140

3

1-4

2-2

0,455

0,364

0,13

27,8

130

4

1-1

2-6

0,333

0,417

0,133

36,3

120

5

1-2

2-5

0,578

0,198

0,11

41,4

110

6

1-3

2-4

5,75

1,15

0,72

86,5

100

7

1-4

2-1

7,28

2,97

1,5

38,8

90

8

1-1

2-3

2,19

1,22

0,55

55

80

9

1-2

2-8

2,69

0,92

0,513

41,4

70

10

1-3

2-5

17,4

0,87

1,25

180

60

11

1-4

2-4

0,87

0,87

0,274

25

50

12

1-1

2-8

26,2

11,7

6,98

59

40

13

1-2

2-5

2,75

0,435

0,422

63

30

14

1-3

2-10

4,05

0,87

1,25

75

20

15

1-4

2-5

3,9

1,17

0,7

45,2

40

16

1-1

2-3

6,37

3,4

1,8

54,5

60

17

1-2

2-6

4,82

9,57

2,41

17,5

80

18

1-3

2-7

7,5

12

3

31,6

100

19

1-4

2-4

0,535

0,43

0,16

27,5

120

20

1-1

2-2

0,61

0,76

0,238

36,4

140

21

1-2

2-3

1,36

0,825

0,4

32

130

22

1-3

2-9

6,1

1

1,6

84

120

23

1-4

2-10

1,32

1,45

1,1

25

110

24

1-1

2-6

6,35

4

2

50

100

25

1-2

2-7

10

1,85

1,5

57

90

Таблица 4 – Параметры элементов заданной схемы электрической цепи и напряжения на входе ( вариант задания №4)

варианта

задачи

рисунка схемы

графика u1(t)

L,

мГн

C,

мкФ

Т,

мс

Rн ,

Ом

Um ,

В

1

1-2

2-4

1,25

0,66

0,364

34,8

60

2

1-3

2-3

14,3

5,2

2,6

65,6

110

3

1-4

2-8

0,385

0,308

0,12

27,3

80

4

1-1

2-8

0,448

0,56

0,178

36,4

30

5

1-2

2-7

0,79

0,27

0,15

41,4

40

6

1-3

2-8

6

1,2

0,75

86,5

50

7

1-4

2-7

5,1

2,08

1,1

38,5

100

8

1-1

2-1

3,05

1,66

0,8

55

40

9

1-2

2-6

4,56

1,56

0,87

41,4

20

10

1-3

2-1

16

0,8

1,0

173

60

11

1-4

2-9

7

2,9

4

39

150

12

1-1

2-2

16,4

6,78

4,6

60

50

13

1-2

2-1

1,45

0,27

0,22

57

35

14

1-3

2-4

2,81

1,56

0,557

50,8

60

15

1-4

2-5

2,5

0,75

0,44

45,4

40

16

1-1

2-5

4,4

2,4

1,21

55

25

17

1-2

2-8

4,46

8,85

2,23

17,5

45

18

1-3

2-7

8,13

13

3,25

31,7

80

19

1-4

2-8

0,463

0,37

0,125

28,2

180

20

1-1

2-2

0,54

0,7

0,247

35

30

21

1-2

2-3

1,8

0,45

0,34

50

50

22

1-3

2-9

1,5

1,05

0,8

40

75

23

1-4

2-10

0,85

0,85

0,8

25

85

24

1-1

2-6

5,65

5,54

2,3

40

95

25

1-2

2-7

7,5

6,8

2,65

26

105

26

1-3

2-4

4,35

0,87

0,544

86,5

85

27

1-4

2-9

0,48

0,38

0,38

28

75

28

1-1

2-5

2,91

1,56

0,85

54

65

29

1-2

2-3

6,9

6,3

2,5

26

55

30

1-3

2-2

5,6

2,68

1,2

58,6

45

Таблица 5 – Параметры элементов заданной схемы электрической цепи и напряжения на входе ( вариант задания №5)

варианта

задачи

рисунка схемы

графика u1(t)

L,

мГн

C,

мкФ

Т,

мс

Rн ,

Ом

Um ,

В

1

1-2

2-2

1,8

1

0,49

33,3

20

2

1-3

2-5

8,48

3,08

1,54

65,6

120

3

1-4

2-9

4,7

2,35

2,5

38

40

4

1-1

2-4

0,48

0,61

0,22

35

150

5

1-2

2-3

0,847

0,29

0,162

41,4

50

6

1-3

2-2

4,17

0,834

0,52

86,4

30

7

1-4

2-1

4,28

1,75

0,922

38,5

50

8

1-1

2-7

2,06

1,1

0,56

55

20

9

1-2

2-8

3,5

1,2

0,667

41,3

60

10

1-3

2-3

25

1,25

1,7

177

80

11

1-4

2-8

1,3

1,3

0,4

25,1

180

12

1-1

2-2

29,1

10,5

7,3

65

50

13

1-2

2-7

1,75

0,27

0,255

63,5

25

14

1-3

2-2

2,13

1,18

0,398

49,8

40

15

1-4

2-7

2,3

0,693

0,35

47,2

75

16

1-1

2-1

4,2

2,3

1,11

55

20

17

1-2

2-4

5,23

10,4

2,64

17,5

150

18

1-3

2-6

8,75

14

3,5

31,6

50

19

1-4

2-10

6,35

2,15

2,95

45

120

20

1-1

2-8

0,5

0,625

0,198

36,5

20

21

1-2

2-4

3,75

1,35

0,7

40

40

22

1-3

2-2

10

17

4

30,5

60

23

1-4

2-6

6,4

2,35

1,25

41

80

24

1-1

2-4

56

9

8,6

100

100

25

1-2

2-5

5,5

1,35

1

50

125

26

1-3

2-7

8

12

2,6

31

150

27

1-4

2-9

2,6

0,85

1,25

45

90

28

1-1

2-3

5,15

12,9

3,22

25

70

29

1-2

2-6

21

3,5

3

58

50

30

1-3

2-8

9

4

1,75

58,5

30

Таблица 6 – Параметры элементов заданной схемы электрической цепи и напряжения на входе ( вариант задания №6)

варианта

задачи

рисунка схемы

графика u1(t)

L,

мГн

C,

мкФ

Т,

мс

Rн ,

Ом

Um ,

В

1

1-2

2-4

7,8

12

3,5

20

40

2

1-3

2-3

6,5

3

1,4

59

50

3

1-4

2-2

5

1,5

0,85

45,8

60

4

1-1

2-6

1,4

0,65

0,354

59

70

5

1-2

2-5

12

8,5

4

30

80

6

1-3

2-10

1,9

1

0,58

60

90

7

1-4

2-1

4

1,2

0,65

46,4

100

8

1-1

2-3

15

6,6

3,83

60

110

9

1-2

2-2

6

5,8

2

25

120

10

1-3

2-7

5,5

1,5

0,8

73,9

130

11

1-4

2-8

3

0,8

0,5

48

140

12

1-1

2-4

4,5

2,4

1,25

55

150

13

1-2

2-3

4,7

0,97

0,8

55

160

14

1-3

2-6

2,5

1,6

0,6

49,5

170

15

1-4

2-5

1

0,79

0,25

29

180

16

1-1

2-3

0,355

0,475

0,15

35

170

17

1-2

2-4

3,5

0,7

0,55

55

160

18

1-3

2-5

2,2

1,2

0,4

49,8

150

19

1-4

2-8

0,5

0,5

0,157

25

140

20

1-1

2-7

0,385

0,65

0,185

31,2

130

21

1-2

2-6

1,75

0,35

0,25

53

120

22

1-3

2-4

5

1

0,45

71,5

110

23

1-4

2-9

3

0,76

1,2

52

100

24

1-1

2-3

0,815

0,62

0,28

45,5

90

25

1-2

2-2

6,75

6,7

2,5

25

80

26

1-3

2-1

14

5,65

2,2

58

70

27

1-4

2-2

6,35

2,56

1,25

39,5

60

28

1-1

2-3

1,26

1,35

0,5

38,5

50

29

1-2

2-4

5,8

9,2

2,8

19,8

40

30

1-3

2-5

16

5,5

2,15

60

30

Таблица 7 – Параметры элементов заданной схемы электрической цепи и напряжения на входе ( вариант задания №7)

варианта

задачи

рисунка схемы

графика u1(t)

L,

мГн

C,

мкФ

Т,

мс

Rн ,

Ом

Um ,

В

1

1-1

2-1

0,438

0,7

0,2

32

20

2

1-2

2-2

2,1

1,05

0,55

35

30

3

1-3

2-3

6

10

2,25

30,3

40

4

1-4

2-4

0,8

0,91

0,22

25

50

5

1-1

2-5

0,652

0,652

0,26

39,5

60

6

1-2

2-6

2,42

1,16

0,635

36

70

7

1-3

2-7

7,3

11,8

2,5

30

80

8

1-4

2-9

1,1

0,79

0,8

30,2

90

9

1-1

2-7

0,765

0,765

0,295

40

100

10

1-2

2-6

3,35

1,52

0,8

36,7

110

11

1-3

2-5

8

3,5

1,25

54

120

12

1-4

2-4

2

0,78

0,4

40

130

13

1-1

2-3

1,09

1,21

0,455

37,5

140

14

1-2

2-2

3,6

1,15

0,75

44

130

15

1-3

2-8

8,3

10

2,5

35

120

16

1-4

2-2

3,25

1,2

0,5

44,3

110

17

1-1

2-3

1,72

1,36

0,6

44,8

100

18

1-2

2-4

4

11,2

2,35

14,6

90

19

1-3

2-5

9

4

1,5

55

80

20

1-4

2-6

4,17

1,9

0,75

39

70

21

1-1

2-7

2,2

1,2

0,6

55

60

22

1-2

2-8

4,5

10,1

2,5

16,5

50

23

1-3

2-10

10

3,5

1,5

63

40

24

1-4

2-6

5,25

2,25

1

39

30

25

1-1

2-5

4,25

2,25

1,2

55

20

26

1-2

2-1

1,44

0,8

0,48

35,4

40

27

1-3

2-2

1

1,25

0,314

35

60

28

1-4

2-3

8,1

3,6

1,15

44,6

80

29

1-1

2-4

0,4

0,5

0,159

36,4

100

30

1-2

2-5

0,7

0,24

0,134

41,4

120

31

1-3

2-6

3

0,9

0,565

74,2

140

32

1-4

2-7

12

4,1

2

44

160

33

1-1

2-8

2,52

1,4

0,63

55

180

34

1-3

2-1

4,5

2,4

1,167

55,9

220

Соседние файлы в папке ТОЭ, ч.II