Задания для выполнения

Задание на курсовую работу по дисциплине «Общая электротехника и электроника»

Курсовая работа выполняется в соответствии с учебным планом специальности 190401 «Эксплуатация железных дорог» (Безопасность движения и эксплуатация железнодорожного транспорта).

Курсовая работа включает в себя шесть заданий из различных разделов дисциплины, что позволяет студенту расширить свое представление об изучаемой дисциплине и получить практический навык расчета и анализа электрических, магнитных и нелинейных цепей, а также выпрямителя, усилителя на биполярном транзисторе и логических элементов.

Курсовая работа выполняется по вариантам. Вариант выбирается по двум последним цифрам шифра зачетной книжки. Порядок выбора данных и схем для расчета прописан в соответствующих заданиях.

Оформляется работа на листах формата А4 в соответствии с СТП– ОмГУПС 1.2. – 2005. Образец оформления работы прилагается.

ВВЕДЕНИЕ

Электротехника – это наука о техническом применении электрических и электромагнитных явлений в практических целях.

Почти все области деятельности современного общества развиваются на базе широкого применения электротехнических устройств. Электротехническим устройством называют промышленное изделие, предназначенное для определенной функции: получения, преобразования, передачи и распределения электрической энергии. Электротехническое устройство может содержать электрические и магнитные цепи.

Электрической цепью называют совокупность элементов, предназначенных для протекания электрического тока. Анализ режимов работы цепей заключается в расчете основных электрических величин: тока, напряжения и мощности при известных значениях параметров элементов электрической цепи и моделировании расчетного режима на ЭВМ. Величина тока является определяющей в расчетах электрической цепи, поэтому анализ режимов работы цепей часто сводится к отысканию значений тока в ветвях.

Существуют различные методы расчета цепей, эффективность применения которых зависит от свойств электрической цепи.

Таблица 1 Области применения методов расчета линейных электрических цепей

Студентам предлагается изучение названных методов на примере сложных электрических цепей постоянного тока.

Расчет одно- и трехфазных цепей переменного тока рассматривается с применением аппарата комплексных чисел.

Правильность анализа электрических цепей оценивается с помощью составления баланса мощности, в соответствии с которым сумма значений мощности, отдаваемой источниками, равна сумме значений мощности, потребляемой приемниками. Если значения этих мощностей равны, значит, расчеты выполнены верно. Для проверки правильности расчетов в цепях переменного тока также используются векторные диаграммы, которые строятся по результатам расчетов и должны отражать реальное распределение энергетических параметров и выполнение законов электротехники, важнейшими из которых являются закон Ома и законы Кирхгофа.

Магнитные цепи относятся к нелинейным цепям. Они состоят, как правило, из ферромагнитного магнитопровода и обмотки возбуждения, по которой протекает электрический ток. Расчет нелинейных магнитных цепей представляет собой сложную математическую задачу. В инженерной практике для анализа таких задач применяют графоаналические методы расчета, построенные на использовании вебер-амперных характеристик и кривых намагничивания материалов, из которых выполняются сердечники.

Данное учебное пособие способствует изучению различных методов расчета и овладению практическими навыками их применения к анализу электрических и магнитных цепей.

Расчеты рекомендуется вести на ЭВМ, что устраняет арифметические ошибки и развивает навыки работы на компьютере, тем самым повышая квалификацию специалиста.

Дополнительным подтверждением и проверкой выполненных расчетов служит моделирование режимов работы цепей на ЭВМ с помощь системы схемотехнического моделирования Electronics Workbench. Моделирование процессов обеспечивает наглядность, способствует освоению способов «подключения» измерительной аппаратуры и управления режимами ее работы, заменяя дорогостоящие натурные испытания.

Приведенный в пособии материал предназначен для выполнения самостоятельных заданий студентами дневной формы обучения и курсовой работы студентами заочной формы обучения. Индивидуальное задание для

выполнения выбирается студентом по двум цифрам предложенного преподавателем варианта: цифра, обозначающая десятки, определяет выбор значений параметров цепи из таблицы, цифра, обозначающая

единицы, – схему. Оформление результатов расчетов и моделирования предложенных заданий необходимо выполнять с учетом требований стандарта предприятия СТП ОмГУПС-1.2-05 на бумаге формата А4, графический материал – на миллиметровке или средствами компьютерной графики в соответствии с требованиями стандартов.

Задание №1

Расчет трехфазной линейной электрической цепи

1. Задание для самостоятельной работы

Для электрической цепи, схема которой выбирается в соответствии с вариантом по рис. 17, а параметры элементов – по табл. 11 выполнить следующее.

1. При соединении приемников «звездой» определить значения тока в линейных и нейтральном проводах, построить векторные диаграммы напряжений и токов при работе цепи в следующих режимах:

а) при симметричной системе напряжений; б) обрыве одной фазы;

в) обрыве нейтрального провода и коротком замыкании одной фазы.

2.Определить значения потребляемой активной и реактивной мощности трехфазной цепи в режиме п. 1, а.

3.При соединении тех же приемников «треугольником» определить фазные и линейные токи, значения потребляемой активной и реактивной мощности. Построить векторные диаграммы напряжений и токов в рассматриваемом режиме.

4.Сопоставить значения мощности при разных способах соединения.

5.Выполнить моделирование рассчитанных режимов работы трехфазной цепи с помощью системы схемотехнического моделирования Electronics Workbench, сопоставить полученные результаты.

Таблица 11

Числовые значения параметров элементов схемы

2. Методические указания к выполнению аналитического расчета

Расчет трехфазной цепи переменного тока во всех режимах ведется символическим методом. Разберем порядок расчета на примере анализа схемы, представленной на рис. 18. Числовые значения параметров указаны в табл. 12.

Таблица 12

Числовые значения параметров элементов схемы

2.1. Соединение приемников «звездой».

Неравномерная нагрузка с нейтральным проводом. Наличие нейтрального

напряжение приемника и источника имеет одинаковые значения во всех фазах соответственно.

Смещение нейтрали нагрузки отсутствует.

Значения сопротивления нагрузок фаз рассчитываются по формулам:

Фазный и линейный ток при соединении нагрузки «звездой» есть одно и то же. Значения тока определяем по закону Ома:

В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в нейтральном проводе при неравномерной нагрузке будет равен сумме токов фаз:

I 0 (2,54 j5,08) ( 0,34 j5,68) ( 3,66 j2,1) 1,47 j12,8712,95e j(83 180)o 12,95 j970 A.

Нужно обратить внимание на то, что если действительная часть комплекса в алгебраической форме записи отрицательна, то при выполнении расчетов на калькуляторе необходимо к величине угла, определенного с помощью функции арктангенса, прибавить 180о для получения правильного результата. Мощность, потребляемая цепью при соединении «звездой», может быть найдена как сумма мощностей трех фаз:

активная –

реактивная –

комплекс полной мощности –

0'. Векторы фазного напряжения соединяют нейтральную точку с вершинами А, В и С. Строим векторы фазного тока, которые равны линейному. При построении векторной диаграммы откладываем направление вектора под углом, равным величине аргумента комплексного числа, а длину вектора – в соответствии с выбранным масштабом, равную величине полученного модуля. Для проверки правильности результатов показываем на диаграмме, что

I0 Ia Ib Ic (см. рис. 19).

Листинг расчета рассматриваемой цепи с помощью математического редактора Mathсad приведен в прил. 4.

Неравномерная нагрузка при обрыве линейного провода фазы С (рис. 20):

Ток в нейтральном проводе рассчитывается по формуле:

Рис. 21