Расчетно-графическая работа по электротехнике

Молекулярная физика и термодинамика Сборник задач с решениями по физике, математике. Лекции
Электротехника
Лабораторные работы
Примеры расчета типовых задач
Расчетно-графическая работа
Электрические цепи постоянного и переменного тока
Расчеты цепей постоянного и переменного тока
Основные законы электрических цепей
Расчет простых цепей постоянного тока
Расчёт сложной цепи методом контурных токов
Электрические цепи переменного тока
Расчёт цепей переменного тока
Трехфазная цепь переменного тока
Расчет трехфазной цепи при соединении потребителей звездой
Нелинейные электрические цепи постоянного тока
Магнитные цепи
Трансформаторы
Расчёт параметров трёхфазного трансформатора
Работа асинхронной машины при вращающемся роторе
Выпрямители переменного тока

Трехфазная схема выпрямления с нулевой точкой

Сопромат
Сопротивление материалов
Расчетно-графическое задание
Машиностроительное черчение
Математика
Математический анализ
Функции и их графики
Теория и задачи на вычисления пределов
Примеры решения задач на вычисление производной и дифференциала
Возрастание и убывание функции
Система координат
Системы линейных уравнений
Матрицы
Курсовая по Кузнецову
Задачи по мат. анализу
Интегральное исчисление
Кратные интегралы. Двойной интеграл
Примеры решения задач типового расчета
Энергетика
Технологическое оборудование АС с реактором РБМК 1000
Физика
Элементы квантовой механики
Кинематика примеры задач
Молекулярные спектры
Полупроводники
Ядерная физика
Лекции и задачи по физике
Физические основы термодинамики
Лабораторная работа
Деление кристаллов на диэлектрики, металлы и полупроводники
Атомная физика
Закон радиоактивного распада
Задача
Уравнение динамики поступательного движения тела
Мерой инертности твердого тела
Точка совершает гармоническое колебание
Средняя кинетическия энергия
Изотермическое расширение
Идеальный 3х атомный газ
Информатика
Концепция организации локальных сетей
Типы глобальных сетей
Помехоустойчивые коды
История искусства
Введение в историческое изучение искусства
Печатная графика
Скульптура
Архитектура
 

Анализ линейных электрических цепей постоянного тока

Компонентные уравнения идеализированных активных элементов. Идеальный источник напряжения (источник напряжения, источник ЭДС) представляет собой идеализированный активный элемент с внутреннем сопротивлением, равным нулю Rвн = 0, а напряжение на зажимах которого не зависят от тока через эти зажимы

Составить систему узловых уравнений, определить потенциалы, напряжения на ветвях и токи в ветвях. Метод узловых потенциалов (напряжений) Сущность этого метода сводится к решению системы уравнений, составленных только по первому закону Кирхгофа. Из этих уравнений определяют напряжение в узлах схемы электрической цепи относительно некоторого базисного узла, потенциал которого изначально принимают равным нулю.

Составить систему контурных уравнений, определить токи в ветвях Метод контурных токов сводится к составлению и решению систем уравнений, получаемых только по второму закону Кирхгофа применительно к понятиям контурных токов, сопротивлений и ЭДС.

Определить ток I3 в третьей ветви методом эквивалентного генератора

Проверяем соблюдение баланса мощности в электрической цепи.

Лабораторная работа 2

Анализ электрических цепей при воздействии гармонических сигналов

  Цель работы: изучить метод комплексных амплитуд и метод векторных диаграмм.

Задание 1

Расчёт токов и напряжений в электрической цепи

 1.1. Рассчитайте мгновенные значения токов во всех ветвях электрической цепи и мгновенные значения напряжений на всех элементах цепи. Постройте векторную диаграмму, содержащую все токи и все напряжения.

1.2. Определите показания трёх вольтметров (амперметров): V, V1, V2. (A, A1, A2) Запишите комплексные амплитуды напряжений на этих вольтметрах Um, Um1, Um2 (комплексные амплитуды токов в амперметрах Im, Im1, Im2) в показательной и алгебраической формах. Изобразите напряжения на вольтметрах (токи в амперметрах) на векторной диаграмме. Запишите мгновенные значения напряжений на вольтметрах u(t), u1(t), u2(t) (мгновенные значения токов в амперметрах i(t), i1(t) и i2(t)). Постройте на одном графике зависимости этих напряжений (токов) от времени.

Задание 2

Моделирование электрической цепи

 2.1. Моделирование цепи. Измерение действующих значений напряжений (токов)

Соберите заданную электрическую цепь на экране компьютера. Подключите к ней источник гармонического напряжения с заданными параметрами и вольтметры (амперметры). При этом обратите внимание на следующие три обстоятельства.

1). Для подключения генератора гармонического сигнала с указанной в задании амплитудой Um следует ввести параметр “Амплитуда” в EWB равный Um2-1/2. В EWB под термином “Амплитуда” понимается действующее значение напряжения.

2). Для получения сигнала с заданной фазой Umcos(wt + j) следует ввести параметр “фаза” равный 90°j° + (360°). Значение 360° прибавляется в том случае, если величина 90°j° оказывается отрицательной.

3). Вольтметры (амперметры) необходимо поставить в режим измерения переменного напряжения (тока) режим - “AC”.

Запишите показания вольтметров (амперметров) и сравните их со значениями, рассчитанными в п. 1.2.

 2.2. Измерение комплексных амплитуд напряжений (комплексных амплитуд токов). Проверка закона Кирхгофа в комплексной форме

Измерьте комплексные амплитуды напряжений Um, Um1 и Um2 (комплексные амплитуды токов Im, Im1 и Im2). Для этого рекомендуется создать подцепь, предназначенную для измерения комплексных амплитуд напряжений. Для создания такой подцепи следует на экране компьютера создать схему, изображённую на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Подцепь для измерения комплексной амплитуды гармонического напряжения

  Объясним вкратце принцип работы этой схемы.

Гармоническое напряжение Umcos(wt + j), комплексную амплитуду которого необходимо измерить, через повторитель (усилитель с коэффициентом усиления 1) поступает на два умножителя. На второй вход верхнего умножителя подаётся сигнал 2coswt ( в EWB “фаза” равна 90° , “амплитуда” равна 21/2 » 1.414). На второй вход нижнего умножителя подаётся сигнал 2sinwt ( в EWB “фаза” равна 0° , “амплитуда” равна 21/2 » 1.414). ВНИМАНИЕ. Частоты генераторов f = w/2p обязательно должны равняться частоте измеряемого гармонического напряжения.

На выходах умножителей появляются сигналы.

 

 

Постоянные составляющие этих сигналов равны действительной и мнимой частям комплексной амплитуды входного гармонического напряжения.

 

Постоянные составляющие напряжений на выходах умножителей измеряются вольтметрами. ВНИМАНИЕ. Вольтметры в схеме на рис. 2.1 должны работать в режиме измерения постоянного напряжения (“DC”). Перед измерением напряжений вольтметрами сигналы с выходов умножителей подаются на RC – цепи для уменьшения влияния переменных составляющих. Постоянные RC – цепей рекомендуется брать равными периоду гармонического сигнала (RC = 1/f). С выходов RC – цепей на вольтметры сигналы поступают через повторители.

 Для создания подцепи следует выделить собранную на экране цепь (рис. 2.1). При этом не выделяются входные зажимы (две левые точки на рис. 2.1) и вольтметры. После этого в опции “Circuit” следует выбрать “Create Subcircuit”. Затем в появившемся окне следует ввести имя подцепи, например “Vcomp”. После этого подцепь может вставляться в схему как обычный элемент. Находится подцепь в разделе “Favorites”.

 При измерениях входные зажимы подцепи “Vcomp” подключаются к тем точкам схемы, комплексную амплитуду напряжения между которыми необходимо измерить. Верхний входной конец подключается к началу стрелки (хвосту стрелки), указывающей выбранное направление напряжения. Нижний входной зажим подключается к концу стрелки (к острию). К выходным зажимам подцепи “Vcomp” подключаются два вольтметра в режиме “DC”. Верхний вольтметр измеряет действительную часть ReUm комплексной амплитуды входного гармонического напряжения, нижний вольтметр – мнимую часть ImUm. То есть, комплексная амплитуда измеряемого напряжения равна

 

Для измерения комплексной амплитуды тока, ток преобразуется в напряжение с помощью источника напряжения, управляемого током.

  Подключите три подсхемы “Vcomp” вместо вольтметров и измерьте комплексные амплитуды напряжений Um, Um1 и Um2 (комплексные амплитуды токов Im, Im1 и Im2). Сравните результаты измерений с результатами расчётов в п. 1.2. Убедитесь по результатам измерений в справедливости второго (первого) закона Кирхгофа в комплексной форме.

  2.3. Наблюдение мгновенных значений гармонических сигналов

 Наблюдайте на экране осциллографа сначала мгновенные значения напряжений u(t) и u1(t), а затем u(t) и u2(t) (сначала мгновенные значения токов i(t) и i1(t), а затем i(t) и i2(t)). Для наблюдения напряжения u1(t) используйте усилитель в режиме повторителя (K = 1), для наблюдения токов – источник напряжения, управляемый током. Чтобы избавиться от мелькания графиков на экране осциллографа следует использовать режим “Pause” или прекратить моделирование выключателем. Приведите осциллограммы напряжений (токов) в отчёте и сравните их с расчётными графиками из п. 1.2.

Контрольные вопросы

 1. Гармонические функции и их параметры. Представление гармонических функций векторами и комплексными числами.

 2. Гармонический ток в элементах (R, L, C) цепи и напряжение на них. Графики мгновенных значений напряжения и тока, изображение напряжения и тока на векторной диаграмме, связь комплексных амплитуд напряжения и тока в элементах цепи.

 3. Законы Кирхгофа в комплексной форме.

 4. Закон Ома в комплексной форме и его физический смысл.

 5. Комплексное сопротивление и комплексная проводимость цепи. Расчёт комплексного сопротивления и комплексной проводимости при последовательном и параллельном соединении ветвей.

  6. Анализ электрических цепей при гармоническом воздействии с помощью векторных диаграмм.

 7. Решите следующую задачу. По известным показаниям первого и второго приборов в электрических цепях на рис 2.2а и 2.2б определите показание третьего прибора. В цепях действует источник гармонического напряжения Umcos(wt + j). Круговая частота источника w = 108 рад/с. C = 10 пФ, R = 2,2 кОм. Величина индуктивности L не задана. Показания вольтметров на рис. 2.2а указаны в вольтах, показания амперметров на рис. 2.2б в амперах. 

Рис 2.2 Схемы с измерительными приборами к вопросу 7; а) с вольтметрами, б) с амперметрами.

  8. Метод комплексных амплитуд и его применение к расчёту электрических цепей.

  9. Активная мощность, потребляемая цепью, и её связь с мгновенной мощностью. Расчёт активной, реактивной и полной мощностей, потребляемой цепью.

 10. Рассчитайте мгновенные значения токов во всех ветвях электрической цепи, схема которой изображена на рис. 2.3. Подсчитайте активную, реактивную и полную мощности, потребляемые цепью от источника гармонического сигнала e(t) = Emcos(wt + j). Em = 20 В, w = 107 1/с, j = p/6, C = 100 пФ, L = 100 мкГн, R = 1 кОм.

Рис. 2.3. Схема к вопросу 10.

Литература

1. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. Энергия. М. 1969 г.

2. Попов В.П. Основы теории цепей. Высшая школа. М. 2000 г.