Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
МУ по выполнению контрольной работы.doc
Скачиваний:
13
Добавлен:
03.08.2018
Размер:
707.58 Кб
Скачать

2 Задания к контрольным работам

2.1 Контрольная работа № 1

2.1.1 Дана следующая электрическая схема

Рисунок 2.1 – Исходная электрическая схема

Для данной схемы, используя программу MathCad, произвести следующие расчеты:

1. Рассчитать суммарный ток и токи в отдельных ветвях в комплексной форме. Значения сопротивлений и их вид приведены по вариантам в таблице 2.1, а значения ЭДС – в таблице 2.2.

2. Определить в комплексной форме напряжения в узлах 1, 2 и 3.

3. Для двух параметров, приведенных в таблице 2.2 по вариантам, определить их модуль и фазу.

4. Выразить функциональную зависимость данных параметров от времени. Построить графики этих зависимостей с помощью задания ранжированной переменной аргумента в интервале от 0 до 0,02 с, и с шагом 0,001. С использованием целочисленной ранжированной переменной создать массивы значений аргумента и рассматриваемых функций.

5. Определить активную, реактивную и полную мощности, потребляемые в схеме. Сохранить файл результатов расчетов на диске с именем «имя 11.mcd».

Таблица 2.1 – Варианты электрических сопротивлений схемы

Предпоследняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Тип Z1

R

L

C

C

R

L

R

L

L

C

Значение Z1

4

84

436

591

5

98

3

121

76

769

Тип Z2

C

R

L

L

R

C

L

R

C

R

Значение Z2

911

6

109

77

5

666

103

3

794

7

Тип Z3

L

C

R

R

L

R

C

C

R

L

Значение Z3

85

941

9

5

132

4

877

901

4

111

Тип Z4

R

L

R

C

L

R

C

R

R

L

Значение Z4

3

89

6

115

98

4

654

5

5

867

Тип Z5

C

R

L

L

C

C

R

L

L

C

Значение Z5

890

6

123

79

895

790

7

67

90

796

Примечание. Единицы измерения величин: R– в Омах;

L– в мГн;

C– в мкФ.

Таблица 2.2 – Варианты ЭДС и исследуемых параметров

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Значение ЭДС, В

100

ej30

120

ej40

110

ej20

135

ej45

115

ej10

125

ej70

140

ej60

145

ej15

105

ej35

130

ej65

Исследуемые параметры

2.1.2 Используя программу MathCad, произвести следующие расчеты:

1. Составить проблемный текст на основании приведенной ниже методики расчета характеристик асинхронного электродвигателя:

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Необходимо рассчитать и построить электромеханическую и механическую характеристики асинхронного электродвигателя.

а) Рассчитаем приведенные значения индуктивного и активного сопротивлений обмотки ротора и индуктивное сопротивление короткого замыкания двигателя

;

;

,

где – абсолютные значения индуктивного и активного сопротивлений ротора двигателя соответственно, Ом;

– приведенные к статору значения индуктивного и активного сопротивлений ротора двигателя соответственно Ом;

– индуктивное сопротивление статора двигателя Ом;

– коэффициент трансформации между обмотками статора и ротора двигателя;

– индуктивное сопротивление короткого замыкания двигателя, Ом.

б) Для расчета электромеханической характеристики используем следующую формулу:

,

где – ток электродвигателя, А;

– фазное напряжение на зажимах электродвигателя, В;

– текущее значение скольжения, отн. ед.

в) Расчет механической характеристики выполним по уточненной формуле Клосса:

,

где – коэффициент, определяемый соотношением

;

– активное сопротивление статора двигателя, Ом;

– критическое скольжение, отн. ед., определяемое выражением

;

– максимальный момент двигателя, кНм, соответствующий критическому скольжению , равный

;

– кратность максимального момента;

– номинальный момент двигателя, кНм, определяемый по формуле

;

- номинальная мощность двигателя, кВт;

- номинальная скорость вращения ротора, об/мин.

2 Ввести в данный проблемный текст следующие каталожные данные по вариантам:

= 2,66;

= 2,5;

= 220 В;

(далее добавить параметры по варианту согласно таблицам 2.3 и 2.4).

Таблица 2.3 – Первая таблица исходных данных по вариантам

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

, кВт

4,5

8

12

17,5

22

28

32

35

40

45

, Ом

0,97

0,71

0,47

0,34

0,29

0,23

0,19

0,14

0,10

0,07

, Ом

1,14

0,86

0,54

0,43

0,37

0,31

0,26

0,18

0,16

0,13

, Ом

0,31

0,25

0,16

0,12

0,10

0,08

0,07

0,05

0,04

0,03

, Ом

0,65

0,53

0,34

0,25

0,22

0,17

0,15

0,12

0,09

0,07

Таблица 2.4 – Вторая таблица исходных данных по вариантам

Предпоследняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

, об/мин

2880

1445

945

730

2885

1450

960

735

2900

1440

3 Построить график функции I(s). Для этого создать ранжированную переменную для скольжения, при этом начальное значение скольжения задать равным нулю, шаг изменения аргумента задать равным 0,05, количество значений задать равным 21. Создать массивы значений аргумента и функции, аналогично примеру к первой задаче.

4 Произвести аналогичные действия для функции M(s).

5 Результаты расчетов и графики сохранить на диске с именем «имя12.mcd».

2.1.3 Дана следующая схема электроснабжения

Рисунок 2.2 – Исходная схема электроснабжения

Для данной схемы, используя программу MathCad, произвести следующие расчеты:

1 Составить проблемный текст на основании приведенной ниже методики расчета режима короткого замыкания:

РАСЧЕТ РЕЖИМА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Для расчета тока короткого замыкания на шинах 10 кВ силового трансформатора необходимо предварительно рассчитать параметры элементов, входящих в энергосистему.

а) Индуктивное сопротивление энергосистемы определяется по формуле

,

где - индуктивное сопротивление системы, Ом;

- номинальное напряжение системы, кВ;

- мощность короткого замыкания на шинах системы, МВА.

б) Активное сопротивление энергосистемы обычно принимают равным

,

где - активное сопротивление системы, Ом.

в) Индуктивное и активное сопротивления линии электропередачи

определяются на основании погонных ее сопротивлений и длины линии по формулам

;

,

где - индуктивное и активное сопротивления линии электропередачи соответственно, Ом;

- индуктивное и активное погонные сопротивления линии электропередачи соответственно, Ом/км;

- длина линии, км.

г) Индуктивное и активное сопротивления трансформатора определяются по формулам:

;

,

где - индуктивное и активное сопротивления трансформатора соответственно, Ом;

- напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

- мощность короткого замыкания трансформатора, кВт;

- напряжение обмотки высокого напряжения трансформатора, кВ;

- номинальная мощность трансформатора, МВА.

д) Суммарные сопротивления цепи короткого замыкания определяются по формулам

;

.

е) Действующее значение периодической тока короткого замыкания равно, А

.

ж) Мгновенные значения периодической, апериодической слагающих и полного тока короткого замыкания, А, равны

;

;

,

где - постоянная времени затухания апериодической слагающей тока короткого замыкания, с, равная

.

2. Ввести в данный проблемный текст следующие каталожные данные по вариантам, согласно таблицам 2.5 и 2.6:

Таблица 2.5 – Первая таблица исходных данных по вариантам

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Сечение

провода ВЛ, мм2

50

70

95

120

150

120

70

95

50

120

Продолжение таблицы 2.5

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Среднегеометрическое расстояние между проводами, м

0,9

1,1

1,3

1,5

2,0

2,0

1,3

1,5

1,1

2,5

Мощность трансформатора, кВА

100

250

400

630

1000

1000

400

630

250

1600

Таблица 2.6 – Вторая таблица исходных данных по вариантам

Предпоследняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Длина линии, км

24

56

32

21

34

19

44

37

29

25

, МВА

2500

2000

1800

2200

1980

2144

1780

2300

2400

2100

3. Аналогично предыдущей задаче, построить графики функций периодической, апериодической слагающих и полного тока короткого замыкания, создать таблицы значений данных функций. При этом начальное значение времени задать равным нулю, а шаг изменения аргумента и количество значений для обеих функций задать такими, чтобы на графиках отображался один полный период синусоиды тока короткого замыкания. Создать массивы значений аргумента и функций.

Результаты расчетов и графики сохранить на диске с именем «имя13.mcd.

2.1.4 Создать с помощью программы MathCad квадратную матрицуXс комплексными значениями размерома х а, гдеа– предпоследняя цифра зачетной книжки. (Если a = 0, то принять значение 10, если a = 1 илиa= 2, то принять значение равное 5). Заполнить верхнюю треугольную часть матрицы слева направо и сверху вниз. Первый элемент равенb + bi, гдеb– последняя цифра зачетной книжки. Для каждого последующего элемента верхней треугольной матрицы каждое слагаемое увеличивается на единицу. Нижняя треугольная часть матрицы должна быть симметрична верхней относительно главной диагонали. Пример заполнения матрицы размерностью 3 х 3 приb= 4 приведен в приложении Б.

На основании созданной матрицы, используя палитру «Матрицы», получить:

- транспонированную матрицу Xt;

- обратную матрицу Y;

- значение определителя матрицы D;

- вывести значения трех любых элементов матрицы.

Сохранить файл с результатами расчетов на диске с именем «имя14.mcd».

2.2 Контрольная работа № 2

2.2.1 Используя вычислительную систему MatLabв режиме прямых вычислений, выполнить следующие действия:

1. С помощью любого текстового редактора (например, блокнота) создать файл матрицы A. Содержимое данной матрицы должно быть в соответствии с п. 4 задания к контрольной работе № 1, при этом элементы матрицы должны содержать только действительную часть. Файл сохранить в каталоге результатов диска в кодахasciiс именем «a.txt».

2. Запустить систему MatLab, в качестве рабочего каталога установить каталог результатов на диске. Открыть файл журнала сессии с именем «имя2.txt». Загрузить матрицуAиз ранее созданного файла в рабочую среду MatLab и выполнить над матрицей следующие действия:

  • вычислить транспонированную матрицу AT;

  • вычислить обратную матрицу AI;

  • найти определитель матрицы D.

Каждую из двух полученных матриц не только вывести на экран, но и записать в одноименные файлы каталога результатов диска в кодах asciiс расширением .txt.

3. Создать матрицу комплексных чисел, аналогичную матрице по п. 4 контрольной работы № 1, путем выполнения матричной операции . Над данной матрицей выполнить следующие действия:

  • вычислить транспонированную матрицу AAT;

  • вычислить комплексно-сопряженную матрицу AAS;

  • вычислить обратную матрицу AAI;

  • найти определитель матрицы D2;

  • возвести в квадрат матрицу АА (результат в виде матрицы AA2);

  • выполнить поэлементное возведение в квадрат матрицы АА (результат в виде матрицы AA3);

  • вывести на экран значения любых трех элементов матрицы АА.

Каждую из этих матриц вывести только на экран, полученные результаты сравнить с аналогичными результатами контрольной работы № 1. Удалить затем у матрицы AAS любую строку и любой столбец.

4. Создать следующие матрицы специального вида:

  • нулевую;

  • диагонально-единичную;

  • единичную;

  • выделить диагональ матрицы Aв векторd;

  • на основании вектора dсоздать диагональную матрицуADс нулевыми недиагональными элементами.

Каждую из этих матриц вывести только на экран. Имена первым трем матрицам дать самостоятельно, матрицы сделать квадратными, их размерность равна сумме предпоследней и последней цифр зачетной книжки. Если эта сумма меньше пяти, то размерность следует увеличить на пять.

5. С использованием символа двоеточия сгенерировать вектор-строку Bсо значениями элементов от 1 до 5 с шагом 0,2. Из данного вектора выделить с использованием символа двоеточия новый векторB1, содержащийXэлементов вектора B со 2 поX+1, гдеX– число строк в матрицеAD. Найти произведение вектораB1 на матрицуAD.

6. Сохранить рабочую среду сессии в виде файла с именем «имя2 .mat». Затем закрыть журнал сессии и выйти из программы. С помощью блокнота просмотреть журнал сессии.

2.2.2 Используя вычислительную систему MatLabв режиме работы с М-файлами, выполнить следующие действия:

1. Составить файл-функцию для следующей синусоидальной функции

.

Вместо aиbподставить значения своего варианта. Сохранить файл-функцию на диске в каталоге результатов с именем «имя21.m». Для последующей работы с ней добавить в состав путей поиска MatLabкаталог результатов диска.

2. Используя созданную файл-функцию, в командном окне вычислить значение переменной, равной этой функции при значении аргумента, равном 2. Полученное значение отразить в пояснительной записке к контрольной работе.

3. Используя вызов созданной файл-функции, создать и запустить на выполнение М-файл программы построения анимированного графика этой функции. Изменение аргумента задать в интервале от 0 до 2 с шагом 0,0005. М-файл данной программы сохранить в каталоге результатов диска с именем «имя22.m».

4. Составить программу с использованием цикла forдля построения на одной плоскости серии графиков созданной файл-функции при изменении ее амплитуды от 1 до 0,5 с шагом 0,1. Аргумент при этом должен изменяться в тех же пределах, что и в п. 3 данного задания.

Полученный график отредактировать следующим образом:

  • для верхней кривой толщину линии установить равной 2 мм, изменить тип ее линии на штриховую, а цвет – на красный;

  • сделать сноску для данной кривой в виде стрелки с горизонтальной полкой. Над полкой сделать надпись «y = asin(bx)», где вместоaиbподставить значения по варианту. Отредактировать созданную надпись, установив для нее шрифт Times New Roman, курсив, размер 14 пт. Цвет шрифта, а также стрелки с горизонтальной полкой изменить на красный;

  • сделать заголовки: для оси X– «x», для осиY– «Y», для графика – «Семейство кривыхAsin(bx)». Для заголовков осей установить шрифт Arial размером 12 пт, стиль полужирный и курсив. Для заголовка графика установить шрифтMSSansSerifразмером 14 пт, полужирный, цвет сиреневый. Используя команды редактирования интерпретатора ТеХ (см. справочное приложение В), фрагмент заголовка «Asin(bx)» выполнить шрифтом Arial размером 16 пт. и добавить курсивность.

М-файл программы сохранить в каталоге результатов с именем «имя23.m», а полученный график сохранить в каталоге результатов с именем «имя24.jpg».

5. Составить М-файлы программ построения трехмерных графиков следующих функций:

а) поверхности одной функции:

;

б) поверхностей двух функций на одном графике:

;

.

Вместо aиbподставить значения своего варианта. Для построения обоих графиков задать изменение аргументов X и Y в диапазоне от –10 до +10 с шагом 0,5.

Отредактировать полученные графики. Для первого графика установить цвет линий сетки черным, а цвет поверхности – в виде изменяющейся цветовой палитры (Blended CData). Для второго графика цвет линий сетки также установить черным, а каждую поверхность окрасить равномерным цветом. Цвет каждой поверхности выбрать самостоятельно так, чтобы контрастно отображалось место пересечения поверхностей.

Дать заголовки графикам: первому – «График одной поверхности», второму – «График двух поверхностей». Заголовки осям можно не давать. Для заголовков выбрать шрифт Сourier обычного начертания размером 14 пт. Цвета заголовков установить отличные от черного по своему усмотрению.

Для второго графика включить панель камеры, с помощью кнопок этой панели развернуть график таким образом, чтобы было хорошо видно место пересечения поверхностей. После этого другими кнопками этой панели установить рациональный масштаб и местоположение графика в окне.

М-файлы программ сохранить в каталоге результатов с именами соответственно «имя25.m» и «имя26.m», а полученные графики сохранить в каталоге результатов с именами соответственно «имя27.jpg» и «имя28.jpg».

2.2.3 С помощью пакета Simulink системы MatLabсоздать модель, содержащую виртуальный осциллограф (Scope)cтремя входами и три подключенных к нему блока из следующих пяти по вариантам:

а) блок прямоугольных импульсов (Pulse Generator);

б) блок нарастающего воздействия (Ramp);

в) блок пилообразного сигнала (Repeating Sequence);

г) блок синусоидального воздействия (Sine Wave);

д) блок одиночного перепада сигнала (Step).

Выбор трех блоков по вариантам производится в соответствии с таблицей 2.7

Таблица 2.7 – Блоки, входящие в модель по вариантам

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

блок «а»

+

+

+

+

+

+

блок «б»

+

+

+

+

+

+

блок «в»

+

+

+

+

+

+

блок «г»

+

+

+

+

+

+

блок «д»

+

+

+

+

+

+

Блоки сигналов выбрать из библиотеки Simulinkв разделеSources, а виртуальный осциллограф – в разделеSinks. Для установки числа входов осциллографа необходимо дважды щелкнуть на его изображении и в появившемся окне вызвать окно параметров кнопкойParameters. На вкладкеGeneralэтого окна в полеNumber of axesввести значение, равное трем.

Окно параметров любого блока сигналов вызывается двойным щелчком мыши на его изображении. Установить для выбранных блоков следующие значения по вариантам:

Блок «а» - период равен ax 0,001, амплитуда равнаb.

Блок «б» - коэффициент k равен ax 100.

Блок «в» - период равен ax 0,001, амплитуда равнаb.

Блок «г» - частота равна 314 рад/сек, амплитуда равна b.

Блок «д» - время наступления перепада равно ax 0,001, начальное значение равно нулю, конечное равноb.

Здесь a– предпоследняя цифра зачетной книжки,b– последняя цифра зачетной книжки.

Запустить модель на выполнение. Перед запуском с помощью меню Simulation и команды Simulation Parametersустановить в одноименном диалоговом окне конечное время процесса моделирования 0,02 с и максимальный размер шага 0,0001. Эти же параметры использовать и для последующих моделей. По завершении моделирования вызвать окно с осциллограммами и установить для каждого графика рациональный масштаб по оси Y, используя командуAxes propertiesиз контекстного меню вызываемого правой кнопкой мыши. Сохранить сделанные установки, а затем сохранить модель в каталоге результатов диска с именем «имя21.mdl».

2 Создать модель, состоящую из трех блоков: блок синусоидального воздействия дифференцирующий блокблок ограничения. Дифференцирующий блок (Derivative) выбрать в библиотеке Simulink в разделеContinuous, а блок ограничения (Saturation) – в разделеNonlinear. Для блока синусоидального воздействия установить те же параметры, что и в предыдущей модели. К выходу каждого блока подключить осциллограф. Для блока ограничения верхний и нижний пределы установить равными половине амплитудных сигнала на выходе дифференцирующего блока. По завершении процесса моделирования скорректировать масштабы по оси Y каждого графика, как и в предыдущей модели, после чего сохранить сделанные установки. Сохранить модель в каталоге результатов диска с именем «имя22.mdl».

3 С помощью пакета Simulink и его дополнения Power System Blockset создать модель следующей схемы с ветвями по вариантам (рисунок 2.3):

Номера ветвей, входящих в схему, приведены по вариантам в таблице 2.8.

Рисунок 2.3 – Исходная электрическая схема

Таблица 2.8 – Номера ветвей, входящих в электрическую схему по вариантам

Последняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Номера ветвей, входящих в схему

1, 2

1, 3

1, 4

1, 5

2, 3

2, 4

2, 5

3, 4

3,5

4, 5

Величины параметров по вариантам приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 – Значения параметров электрической схемы по вариантам

Обозначение

параметра

Предпоследняя цифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

E, В

20

30

45

19

24

62

58

74

51

37

R1, Ом

3

5

7

6

9

8

1

12

4

11

R2, Ом

4

6

5

9

8

1

13

15

3

7

R3, Ом

3

5

4

1

6

9

8

7

11

12

R4, Ом

3

6

9

8

1

4

5

2

7

10

L1, мГн

132

56

154

208

233

315

111

88

92

107

L2, мГн

67

54

96

44

121

34

45

67

22

59

L3, мГн

333

145

274

321

259

222

196

133

205

233

L4, мГн

104

87

45

56

71

99

104

122

49

43

C1, мкФ

567

876

911

456

891

784

654

391

321

679

C2, мкФ

774

912

365

892

903

403

607

305

629

791

При составлении модели источник ЭДС (ACVoltageSource) выбрать в библиотеке Power System Blockset в разделеElectrical Sources, для него установить частоту 50 Гц и фазу, равную нулю. Для моделирования остальных ветвей использовать RLC-блоки из разделаElements. При организации соединения в узел сходящихся ветвей использоватьT-connector из разделаConnectors. Обозначения элементов на схеме модели выполнить такими же, как и в электрической схеме. Предусмотреть снятие осциллограмм токов отдельных ветвей, суммарного тока и напряжения на любом элементе. Для этого в соответствующие точки схемы включить измерительные блокиCurrentMeasuremets иVoltageMeasuremets из разделаMeasuremets библиотеки Power System Blockset. На выходы этих блоков подключить виртуальные осциллографы. Кроме того, для измерения амплитудного и действующего значений этих же токов и напряжения в поле модели поместить блокpowerguiиз корневого каталога библиотеки Power System Blockset. Запустить модель на выполнение, после чего скорректировать масштабы по оси Y каждого графика, как и в предыдущей модели, затем сохранить сделанные установки. Сохранить модель в каталоге результатов диска с именем «имя23.mdl». Открыть блокpowergui, снять показания амплитудных и действующих значений параметров, которые привести в отчете.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

Пример составления проблемного текста

Дана следующая электрическая схема

Параметры схемы: R1 = 3 Ом;

R2 = 2 Ом;

L= 9,55 мГн;

E= 100 В.

Проблемный текст

1 Введем исходные данные

R1 := 3;

R2 := 2;

L := 9.55mH;

f := 50Hz.

2 Выразим значение мнимой единицы для комплексных чисел

.

3 Полное сопротивление цепи является активно-индуктивным и равно

Z  R1 + R2 + i314L;

Z= 5 + 3i.

4 Преобразуем комплексное значение Zиз алгебраической формы в показательную. Модуль определим с помощью следующей функции

Z1|Z|,

а фазу определим с помощью следующей функции

;

1 = 30.966.

5 Ток в цепи будет равен

;

I = 14.705 – 8.824i A,

где ЭДС источника Eравна

E100V.

Полученное значение тока также выразим в показательной форме

I1  |I|;

I1 = 17.15 A;

;

2 = -30.966.

6 Построим зависимости тока и ЭДС во времени через ранжированную переменную аргумента

;

;

.

7 Создадим массивы аргумента и функции на основании целочисленной ранжированной переменной

j:= 0 .. 20;; ;

.