1538

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно – строительный

университет»

Кафедра технологии строительства

Н. Л. Александрова, В. П. Костров

Решение задач по электроснабжению на персональном компьютере

Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по дисциплине «Электроснабжение и освещение» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль – городское строительство

Нижний Новгород

2016

1

УДК 621.3

Александрова Н.Л. Решение задач по электроснабжению на персональном компьютере, [электронный ресурс]: учеб. – метод. пос. / Н. Л. Александрова, В. П. Костров: Нижегор. гос. архитектур. – строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016 – 14 с; электрон. опт. диск

(CD – RW)

Приведены необходимые теоретические сведения для решения задач по дисциплине «Электроснабжение и освещение», рассмотрены содержание и последовательность выполнения задач на компьютере.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для практических занятий в компьютерном классе по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль – городское строительство.

©Н.Л. Александрова

©В.П. Костров

©ННГАСУ, 2016

2

Общие сведения.

Силовое электрооборудование зданий и сооружений, а также осветительное оборудование получают питание от трансформаторных подстанций по трехфазной четырехпроводной схеме с глухо заземленной нейтралью. Электрооборудование зданий и сооружений включает в себя как однофазные, так и трехфазные потребители. Однофазные потребители - это осветительные приборы, холодильники, телевизоры, компьютеры и другие потребители. К трехфазным потребителям относятся: насосы, вентиляторы, компрессоры, лифты и другое оборудование.

Расчет различных участков электрической цепи производят на схемах замещения, где реальные потребители представлены в виде элементов: активных R, индуктивных XL и емкостных XC сопротивлений, соединенных соответствующим образом. Зная эти сопротивления, а также напряжения, подаваемые на схему, можно определить токи, потребляемую мощность, потери напряжения в линии, выбрать сечения проводов и кабелей, а также защитные аппараты.

На практических занятиях по дисциплине «Электроснабжение и освещение» используется компьютерная программа, которая дает возможность рассчитать эти параметры для различных схем соединения. Расчет производится с использованием символического (комплексного) метода анализа цепей синусоидального тока.

Программа используется таким образом, что каждый раздел включает в себя теоретическую часть, изучая которую студент также и проверяет свои знания, ведя диалог с компьютером. Затем по каждой теме студент выполняет задание, предлагаемое компьютером.

Электронный учебник генерирует для каждого студента свой индивидуальный вариант учебного задания по одной и той же теме. Перед началом выполнения задания студент регистрируется, записывая в компьютер фамилию, имя и отчество, число и группу. В процессе решения при необходимости можно пользоваться подсказками компьютера. Необходимые графические работы студент вычерчивает на дисплее. После окончания выполнения задания компьютер выставляет оценку в баллах от 0 до 5. Оценка за выполнение задания рассчитывается компьютером с учетом общего числа заданных вопросов, числа безошибочных ответов с первой попытки, количества попыток. В некоторых случаях вводится весовой коэффициент для учета различной степени сложности задаваемых вопросов.

В программе имеется калькулятор, который вызывается нажатием клавиши «С». Убрать калькулятор можно нажатием клавиши «Esc».

3

ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1.

Символический (комплексный) метод анализа цепей синусоидального тока.

Сущность комплексного метода:

Анализ цепи синусоидального тока осуществляют, используя символические изображения синусоидальных функций времени в виде комплексных чисел.

Метод позволяет перейти от интегро-дифференциальных уравнений для мгновенных значений синусоидальных величин к алгебраическим уравнениям для их изображений, что существенно упрощает анализ цепей синусоидального тока.

+j

А

b

α

Комплексное числоА можно представить вектором на комплексной плоскости.

Формы записи комплексного числа:

Алгебраическая а

Показательная

Тригонометрическая cos sin

Здесь:

√1 – мнимая величина

a- вещественная часть комплексного числа b- мнимая часть комплексного числа

4

A -модуль комплексно го числа

α-аргументкомплексн огочисла

Отсчет аргумента производится от оси +1,

Если α > 0 – отсчет против часовой стрелки Если α < 0 – отсчет по часовой стрелке.

Примеры изображения синусоидальных функций времени комплексным числом показаны в таб лице .

5

Работа на компьютере.

Решение задач на преобразование одной формы записи комплексных чисел в другие

1.Открыть программу OZ -2.1.

2.Ознакомиться с теоретической частью, записать в тетрадь основные правила и форм улы.

3.Открыть программу OZ -2.2, раздел «ПРИМЕРЫ». Зарегистрироват ься, записав в компьютер свою фамилию, номер группы и дату.

4.Решить четыре з адания, используя, если нужно, подсказки компьютера.

5.Построить на дисплее графики и векторные диаграм мы, округляя величины в соответствии с указаниями компьютера.

6.Записать решен ие в тетрадь.

7.Получить оценку у компьютера.

П РАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2.

Мощ ность цепи синусоидального тока.

i

u

Напряжение и т ок на зажимах пассивного двухполюсника изменяются гармонически:

Ради простоты положим ψu = 0, тогда φ ψu - ψi = -ψi .

6

Мгновенная мощность (скорость совершения работы):

Когда p> 0, энергия поступает от источника в приемник.

Когда p< 0, приемник возвращает энергию источнику.

Энергия А, поступающая в приемник за интервал времени, равный периоду Т, определяется площадью, ограниченной кривой р и осью абсцисс на данном интервале:

44

Активная мощность (среднее за период значение мгновенной мощности)

Активная мощность Р численно равна энергии, поступающей от источника в приемник за единицу времени (за секунду),

- коэффициент мощности.

Активную мощность можно определить через активное сопротивление:

9 & - 567 0 > - - 567 0 > 567 0 -? @ -? ;<8=

Комплексную мощность можно также рассчитать как произведение

комплексного значения напряжения Uна комплексное значение токаC. A I C

= *

7

Треугольник мощностей:A A O

Работа на компьютере.

Расчет мощности цепей синусоидального тока.

1.Открыть программу OZ -3.

2.Ознакомиться с теоретической частью, записать в тетрадь основные правила и формулы.

3.Открыть раздел «ПРИМЕРЫ». Зарегистрироваться, записав в компьютер свою фамилию, номер группы и дату.

4.Решить предложенные задачи, используя, если нужно, подсказки компьютера.

5.Записать решение в тетрадь.

6.Получить оценку у компьютера.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3.

Комплексные сопротивления.

Комплексное сопротивление того или иного участка цепи есть отношение комплексов напряжения и тока этого участка.

B IC модуль комплексного сопротивления .полное сопротивление1

H cd ce- аргумент комплексного сопротивления, равный углу сдвига фаз между напряжением и током;

Формы записи комплексного сопротивления:

Здесь:

h B cos H активное сопротивление G B sin φ реактивное сопротивление

Работа на компьютере.

Расчет комплексных сопротивлений.

1.Открыть программу OZ -2-4.

2.Ознакомиться с теоретической частью, записать в тетрадь основные правила и формулы.

3.Открыть раздел «ПРИМЕРЫ». Зарегистрироваться, записав в компьютер свою фамилию, номер группы и дату.

4.Решить предложенные задачи, используя, если нужно, подсказки компьютера.

5.Записать решение в тетрадь.

6.Получить оценку у компьютера.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4.

Смешанное соединение проводников.

Анализ цепи со смешанным соединением приемников чаще всего осуществляют путем преобразования схем.

При последовательном соединении двух приемников эквивалентное комплексное сопротивление

Bэкв. Bl BD

9

При параллельном соединении двух приемников эквивалентное комплексное сопротивление определяется по формуле

Заметим, что сложение и вычитание комплексных чисел удобно производить, представляя их в алгебраической форме, а умножение и деление в показательной. При этом следует помнить, что при умножении двух комплексных чисел в показательной форме их модули умножаются, а аргументы складываются, а при делении – модули делятся друг на друга, а аргументы вычитаются.

Например,

Работа на компьютере.

Исследование однофазной электрической цепи

1.Открыть программу OZ -5.

2.Ознакомиться с теоретической частью, записать в тетрадь основные правила и формулы.

3.Открыть раздел «ЗАДАНИЕ». Зарегистрироваться, записав в компьютер свою фамилию, номер группы и дату.

4.Вычертить в тетради предложенную компьютером схему смешанного соединения потребителей с сопротивлениями R, XL,XC.

5.Определить полные сопротивления Z последовательных и параллельных цепей в символической форме, используя, если нужно, подсказки компьютера.

6.Определить и записать на дисплее токи всех ветвей, напряжения на отдельных участках, мощности P, Q и S на всех участках, используя, если нужно, подсказки компьютера.

7.Построить на дисплее векторные диаграммы.

8.По виду векторной диаграммы напряжений и токов дать ответ о характере электрической цепи (активно-индуктивный, активноемкостной, активный)

9.Рассчитать активную, реактивную и полную мощности всей цепи.

10.Записать решение в тетрадь.

10