Анализ линейных электрических цепей постоянного тока
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Оренбургский государственный университет»
Кафедра автоматизированного электропривода, электромеханики и электротехники
Н.Ю.Ушакова, Л.В.Быковская
АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Учебное пособие
Рекомендовано ученым советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Оренбургский государственный университет» для обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлениям и специальностям подготовки, входящим в образовательную область «Инженерное дело, технологии и технические науки»
Оренбург
2018
УДК 621.3.01(07) ББК 31.21я7
У 93
Рецензент - кандидат технических наук, доцент В.М. Нелюбов
У 93 |
Ушакова, Н.Ю. |
|
|
Анализ линейных электрических цепей постоянного тока: |
учебное |
||
|
пособие / Н.Ю.Ушакова, Л.В.Быковская; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2018. – 104 с.
Учебное пособие предназначено для самостоятельной работы студентов. Содержит задания трех уровней сложности к контрольной работе (расчетно- графическому заданию), краткие теоретические сведения, примеры расчетов и блок контроля по теме «Цепи постоянного тока», изучаемой в дисциплинах «Теоретические основы электротехники», «Электротехника», «Общая электротехника», «Электротехника и электроника». Может быть использовано в других дисциплинах, предполагающих изучение раздела «Электротехника».
Предназначено для студентов всех форм обучения, обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлениям бакалавриата и специальностям подготовки, входящим в образовательную область «Инженерное дело, технологии и технические науки».
УДК 621.3.01(07) ББК 31.21я7
© Ушакова Н.Ю., Быковская Л.В., 2018
© ОГУ, 2018
2
|
Содержание |
|
Введение....................................................................................................................... |
4 |
|
1 Задание к выполнению контрольной работы (расчетно-графического задания), |
||
уровень А...................................................................................................................... |
6 |
|
2 Задание к выполнению контрольной работы (расчетно-графического задания), |
||
уровень Б и В ............................................................................................................. |
13 |
|
2.1 |
Задание, уровень Б........................................................................................... |
13 |
2.2 |
Задание, уровень В........................................................................................... |
13 |
3 Краткие теоретические сведения.......................................................................... |
21 |
|
3.1 |
Топологические элементы электрической схемы ........................................ |
21 |
3.2 |
Основные законы и методы анализа электрических цепей......................... |
22 |
4 Пример выполнения задания уровня А................................................................ |
31 |
|
4.1 |
Расчет токов по законам Кирхгофа. Баланс мощностей.............................. |
31 |
4.2 |
Расчет входного сопротивления..................................................................... |
35 |
4.3 |
Расчет показания вольтметра.......................................................................... |
36 |
4.4 |
Расчет и построение потенциальной диаграммы ......................................... |
37 |
5 Пример выполнения задания уровня Б ................................................................ |
41 |
|
5.1 |
Расчет токов по законам Кирхгофа. Баланс мощностей.............................. |
41 |
5.2 |
Преобразование треугольника сопротивлений в звезду.............................. |
45 |
5.3 |
Расчет токов методом контурных токов........................................................ |
46 |
5.4 |
Расчет токов методом двух узлов................................................................... |
50 |
5.5 |
Расчет и построение потенциальной диаграммы ......................................... |
53 |
6 Пример выполнения задания уровня В................................................................ |
57 |
|
6.1 |
Расчет токов по законам Кирхгофа. Баланс мощностей.............................. |
57 |
6.2 |
Расчет токов методом контурных токов........................................................ |
61 |
6.3 |
Метод узловых потенциалов ........................................................................ |
67 |
6.4 |
Определение показания вольтметра .............................................................. |
71 |
6.5 |
Расчет и построение потенциальной диаграммы ........................................ |
71 |
7 Контрольные вопросы и задачи для подготовки к защите контрольной работы |
||
(расчетно-графического задания) ............................................................................ |
74 |
|
7.1 |
Основные определения, топологические элементы электрической цепи . 74 |
|
7.2 |
Закон Ома.......................................................................................................... |
78 |
7.3 |
Законы Кирхгофа. Баланс мощностей......................................................... |
82 |
7.4 |
Метод контурных токов. Метод узловых потенциалов............................. |
87 |
7.5 |
Эквивалентные преобразования в электрических цепях............................ |
90 |
7.6 |
Потенциальная диаграмма............................................................................. |
95 |
7.7 |
Задачи и вопросы повышенной сложности................................................... |
96 |
7.8 |
Ответы на контрольные вопросы и задачи ............................................... |
103 |
Список использованных источников .................................................................... |
104 |
|
3
Введение
Успешное освоение дисциплин, изучающих раздел «Электротехника»,
возможно только при активной самостоятельной работе студентов. Знание основных законов электротехники, методов теоретического исследования электрических и магнитных цепей должно обязательно быть подкреплено
умением применять изученные теоретические сведения на практике,
использовать их для анализа различных режимов работы электротехнического оборудования, применяемого в профессиональной области, для грамотного выбора параметров и конструкции требуемого оборудования при проектировании объектов профессиональной деятельности. Поэтому выполнение индивидуального расчетного задания по электротехнике является важнейшим элементом самостоятельной работы студента. Формат индивидуального расчетного задания (контрольная работа или расчетно-
графическое задание) указан в учебном плане направления подготовки
(специальности) и рабочей программе дисциплины.
Основной целью выполнения задания «Анализ линейных электрических цепей постоянного тока» является освоение методов анализа установившегося режима работы электрической цепи постоянного тока с сосредоточенными параметрами. Выполнение задания предусматривает возможность широкого использования при расчетах вычислительной техники и современных
математических программ.
В учебном пособии предлагается три уровня задания разной сложности,
что позволяет использовать его для различных направлений и специальностей,
а также учитывать индивидуальные способности студентов. Уровень и вариант задания назначается преподавателем. В пособии приводятся краткие теоретические сведения, знание которых требуется для выполнения задания, а
также примеры решения типовых задач, в том числе и с использованием
системы Mathcad. |
|
|
Блок контроля |
содержит вопросы по теоретической части задания, а |
|
также микрозадачи, |
позволяющие |
студенту самостоятельно проверить |
полученные теоретические и практические знания и качественно подготовиться к защите индивидуального задания и к промежуточной аттестации.
4
Оформление задания должно соответствовать действующему стандарту
ОГУ |
СТО 02069024.101–2015 «РАБОТЫ СТУДЕНЧЕСКИЕ. Общие |
требования и правила оформления».
5
1 Задание к выполнению контрольной работы (расчетно- графического задания), уровень А
Для приведенной в таблице 1.1 схемы электрической цепи, параметры
которой указаны в таблице 1.2, выполнить следующее:
Номер схемы
1
3
1)рассчитать токи ветвей по законам Кирхгофа;
2)проверить выполнение баланса мощности;
3)рассчитать входное сопротивление схемы Rвх относительно зажимов
указанного в таблице 1.2 источника ЭДС;
4)определить показание вольтметра, подключенного параллельно к указанному в таблице 1.2 сопротивлению;
5)построить в масштабе потенциальную диаграмму для внешнего
контура.
Таблица 1.1 – Схемы электрической цепи к заданию уровня А
Схема электрической цепи |
Номер |
схемы |
Схема электрической цепи |
|||
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
|
E1 |
|
|
|
E1 |
|
R4 |
R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
E2 |
|
|
|
|
E4 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R5 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
E2 |
R2 |
|
E3 |
|
|
|
|
E3 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
|
4 |
|
E2 |
|
E4 |
R5 |
R2 |
R4 |
R3 |
R1 |
R3 |
|
||
|
R2 |
E3 |
|
|
|
||
|
|
|
E1 |
E3 |
R1 |
|
|
|
|
|
R5 |
E1 |
R4 |
|
|
|
|
|
E2 |
6
Номер схемы
5
7
9
11
Продолжение таблицы 1.1
Схема электрической цепи
E2
R5 R4
E1
R1
E3
R3
R2
|
E2 |
E3 |
R2 |
|
E1 |
|
R1 |
R3 |
R4 |
E4 |
|
|
|
R1 |
R4 |
|
|
|
|
||
E1 |
E2 |
|
|
R2 |
E3 |
||
|
|||
R5 |
R3 |
|
|
E1 |
R1 |
|
|
|
R4 |
R2 |
R5 |
|
E2 |
|
|
|
|
|
R3 |
E3 |
|
|
Номер схемы
6
8
10
12
Схема электрической цепи
E1 |
R4 |
R1 |
E2 |
|
|
R2 |
R3 |
|
R5 |
E3 |
E1 |
R1 |
|
E3 |
R2 |
R3 |
|
R4 |
|
R5 |
E2
R1 |
E4 |
E1 |
E3 |
|
R2 |
R4
R3
E2
|
R3 |
|
E3 |
E1 |
R1 |
|
|
|
|
|
E2 |
|
R4 |
R2 |
|
|
|
E4 |
|
|
7
Номер схемы
13
15
17
19
Продолжение таблицы 1.1
Схема электрической цепи
R5
R4
R2
E1
E2 |
R1 |
E3
R3
R1
E1
R4
R1
E2
R3
E3 |
R2 |
R3 
E3
E1 R1
E2
R4 R2
E2 |
R5 |
E1
R2
R3
E4
R1
E3
R4 |
Номер схемы
14
16
18
20
Схема электрической цепи
E1 |
R5 |
R1
R3
E3 R2
R4 E2
R2 E4
E2
R4
R1 |
E1 |
R3 |
E3 |
|
R2 |
|
R3 |
E1 |
E2 |
|
E3 |
|
R4 |
R1 |
|
|
E2 |
R5 |
|
R2 |
|
E1 |
R1 |
|
|
R4
R3
E3
8
Номер схемы
21
23
25
27
Продолжение таблицы 1.1
Схема электрической цепи
R1 |
E1 |
|
|
R2 |
|
E3 |
R4 |
|
|
R3 |
E2 |
|
E3 |
R3 |
|
E1
R4
R1
R2
E2
E1 |
R1 |
R2 |
E2 |
|
|
E4 |
R3 |
|
|
R4 |
E3 |
|
E3 |
R5 |
R3
|
E1 |
R4 |
|
|
|
R1 |
|
|
R2 |
|
E2 |
Номер схемы
22
24
26
28
Схема электрической цепи
|
E4 |
|
R2 |
E1 |
R4 |
|
||
|
R1 |
|
E2 |
R3 |
E3 |
|
|
|
|
R4 |
R5 |
|
|
|
E1 |
|
E3 |
|
E2 |
|
|
|
|
|
R2 |
|
R1 |
|
R3 |
|
E4 |
|
R1 |
E1 |
|
|
R5 |
R4 |
R3 |
|
|
E3 |
R2 |
E2 |
|
|
|
E1 |
||||
R1 |
|
|
|
E2 |
|
|
R5 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E4
R3
R5 E3
9
Номер схемы
29
Продолжение таблицы 1.1
Схема электрической цепи
E1
R1
E4
R4
E3 R3
E1 |
R5 |
R1 |
|
Номер схемы
30
Схема электрической цепи
E1 |
|
R1 |
R5 |
|
|
E2 |
E4 |
R2 |
|
R3 |
R4 |
|
|
|
E3 |
Таблица 1.2 – Параметры схем электрической цепи к заданию уровня А
|
E1 |
E2 |
E3 |
E4 |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
Номер |
Номер R |
|
|
ЭДС для |
|||||||||||
Вариант |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для |
||
В |
В |
В |
В |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
расчета |
|||
расчета |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rвх |
показания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вольтметра |
|
1 |
22 |
24 |
10 |
6 |
2 |
1 |
8 |
4 |
7 |
E1 |
R4 |
|
2 |
55 |
18 |
4 |
12 |
8 |
4 |
3 |
2 |
8 |
E2 |
R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
36 |
10 |
25 |
48 |
4 |
8 |
3 |
1 |
12 |
E3 |
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
16 |
5 |
32 |
30 |
9 |
3 |
2 |
4 |
2 |
E4 |
R1 |
|
5 |
14 |
25 |
28 |
6 |
5 |
2 |
8 |
3 |
1 |
E1 |
R5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
20 |
22 |
9 |
63 |
1 |
2 |
6 |
2 |
4 |
E2 |
R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
5 |
16 |
30 |
27 |
6 |
4 |
3 |
6 |
12 |
E3 |
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
10 |
6 |
24 |
9 |
4 |
5 |
6 |
8 |
2 |
E4 |
R5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
6 |
20 |
4 |
56 |
5 |
6 |
4 |
8 |
5 |
E1 |
R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
21 |
4 |
10 |
30 |
3 |
7 |
2 |
6 |
7 |
E2 |
R3 |
|
11 |
4 |
9 |
18 |
16 |
9 |
10 |
4 |
5 |
6 |
E3 |
R5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
4 |
24 |
6 |
32 |
5 |
8 |
1 |
12 |
4 |
E4 |
R1 |
|
13 |
16 |
8 |
9 |
10 |
4 |
6 |
6 |
2 |
1 |
E1 |
R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
48 |
12 |
12 |
25 |
2 |
4 |
2 |
6 |
2 |
E2 |
R5 |
|
15 |
12 |
36 |
40 |
30 |
5 |
5 |
1 |
8 |
3 |
E3 |
R2 |
10