3504

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

Теоретические основы электротехники

Учебно-методическое пособие к лабораторным занятиям в компьютерном классе по дисциплине «Теоретические основы электротехники» для обучающихся по специальности 08.05.01Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация – строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений

Нижний Новгород

2016

УДК 621.3

Александрова Н.Л. Теоретические основы электротехники, [электронный ресурс]: учеб. – метод. пос. / Н. Л. Александрова, В. П. Костров]: Нижегор. гос. архитектур. – строит. ун-т

– Н. Новгород: ННГАСУ, 2016 электрон.опт. диск (CD – RW)

Приведены необходимые теоретические сведения по разделу «Теория линейных электрических цепей» дисциплины «Теоретические основы электротехники», дается последовательность выполнения заданий на компьютере.

©Н.Л. Александрова В.П. Костров

©ННГАСУ, 2016

Общие сведения.

Курс «Теоретические основы электротехники» охватывает обширную область теоретических и экспериментальных электромагнитных явлений и их техническое применение. Курс состоит их 4-х частей. Первая часть «Основные понятия и законы электромагнитного поля и теории электрических и магнитных цепей», вторая часть «Теория линейных электрических цепей», третья часть «Теория нелинейных электрических и магнитных цепей», четвертая часть «Теория электромагнитного поля».

Для студентов направления 27101.65 «Строительство уникальных зданий и сооружений» специализации «Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений» наиболее близка вторая часть ТОЭ «Теория линейных электрических цепей», в которой излагаются свойства линейных электрических цепей и методы расчета процессов в таких цепях. Данная дисциплина базируется на основных понятиях физики и математики – дисциплин, предшествующих данному курсу.

Лабораторные занятия по дисциплине ТОЭ проводятся в компьютерном классе. Содержание лабораторного занятия включает в себя однофазные цепи переменного тока, трехфазные цепи при соединении потребителей по схеме четырех и трехпроводной звезды при симметричной и несимметричной нагрузке, а также при соединении потребителей по схеме треугольник; в работах рассматриваются аварийные режимы цепей. Расчет цепей производится с использованием символического(комплексного) метода как наиболее универсального. Для выполнения лабораторной работы используется компьютерная программа «Электронный учебник».

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».

A -модуль комплексного числа

α-аргументкомплексногочисла

Отсчет аргумента производится от оси +1,

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

Примеры изображения синусоидальных функций времен и комплексным числом показаны в таблице 2.

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 формулы.

3.Открыть программу OZ -2.2, раздел «ПРИМЕРЫ». Зарегистрироваться, записав в компьютер свою фам илию, номер группы и дату.

4.Решить четыре задания, используя, если нужно, поддсказки компьютера.

5.Построить на д исплее графики и векторные диагра ммы, округляя величины в соответствии с указаниями компьютера.

6.Записать решение в тетрадь.

7.Получить оценк у у компьютера.

Л АБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №2.

Мощность цепи синусоидального ток а.

i

u

Рис. 3

Напряжение и ток на зажимах пассивного двухполююсника изменяются гармонически:

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

= *

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.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 3.

Комплексные сопротивления.

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

Здесь:

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.

ЛАБОРАТОРНОЕ 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

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.

11.Получить оценку у компьютера.