Кафедра теоретических основ электротехники
ОСНОВЫ
ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ
Методические
указания к выполнению расчетно-графических работ (для студентов очной формы
обучения специальности 050717 – Теплоэнергетика)
Алматы
2006
Составитель:
А.С. Баймаганов. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ
по дисциплине «Электротехника и электроника» (для студентов очной формы
обучения специальности 050717 – Теплоэнергетика). –
Алматы: АИЭС, 2006. – 15 с.
Методическая разработка включает в себя
методические указания и четыре расчетно-графических задания по основным
разделам курса электротехники и электроники.
Выполнение расчетно-графических работ поможет
студентам овладеть методами расчета линейных электрических цепей постоянного и
трехфазного синусоидального токов, ознакомиться с проблемой компенсации
реактивной мощности и расчетом характеристик синхронных машин, а также усвоить
критерии расчета и выбора основных компонентов современных источников вторичного
электропитания, в частности, импульсных стабилизаторов напряжения.
Расчетно-графические задания разработаны для
студентов специальности 050717 – Теплоэнергетика
очной формы обучения.
Ил. 3, табл. 8, библиограф. – 10 назв.
Печатается по плану издания Алматинского
института энергетики и связи на 2006 г.
Ó
Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.
Введение
Настоящая работа включает в себя методические указания и
расчетно-графические задания по дисциплине «Электротехника и электроника» для
студентов специальности 050717 – Теплоэнергетика очной формы обучения.
Согласно учебному плану, на изучение этой дисциплины отводится всего
180 часов, из них 132 часа – на самостоятельную работу и 48 часов – на аудиторные занятия. Аудиторные
занятия включают в себя: курс лекций – 24 часа, лабораторные работы – 12 часов
и практические занятия – 12 часов. Студенты должны выполнить четыре расчетно-графические
работы по основным разделам курса электротехники и электроники, представленные
здесь.
Целью изучения дисциплины «Основы электротехники и электроники»
является формирование у студентов необходимых навыков по применению основных
методов расчета электрических цепей и электронных устройств, приобретение ими
знаний о физических процессах, протекающих в электрических цепях,
трансформаторах, электрических машинах, а также в электронных устройствах и
измерительных цепях.
Здесь представлены расчетно-графические задания по следующим темам:
- расчет линейных электрических цепей постоянного тока;
- расчет трехфазных электрических цепей;
- расчет характеристик электрических машин;
- расчет источников вторичного электропитания.
Выполнение расчетно-графических работ поможет студентам овладеть методами
расчета линейных электрических цепей постоянного и трехфазного синусоидального
токов, ознакомиться с проблемой компенсации реактивной мощности и расчетом
характеристик синхронных машин, а также усвоить критерии расчета и выбора
основных компонентов современных источников вторичного электропитания, в частности,
импульсных стабилизаторов напряжения.
1 Методические
указания
1.1 Общие
положения
Расчетно-графические задания приведены в следующей главе. Каждое задание имеет несколько вариантов схем и исходных данных. Номер варианта студент выбирает по году поступления (четный или нечетный), последней и предпоследней цифрам номера зачетной книжки из соответствующих таблиц.
Расчетно-графические работы следует оформлять на листах формата А4. Графические построения и некоторые расчеты удобно выполнять в программах MathCAD или Excel. Все графические построения должны быть выполнены с соблюдением выбранных масштабов. Буквенные обозначения и размерность физических величин, а также графические изображения элементов схемы должны отвечать требованиям соответствующих ГОСТов.
На титульном листе указываются наименование вуза, кафедры, название работы, фамилия и инициалы, шифр группы и номер зачетной книжки студента, выполнившего работу, а также фамилия и инициалы преподавателя, проверившего ее.
Расчетно-графическая работа должна начинаться с задания, которое полностью переписывается, включая необходимые рисунки и исходные данные, согласно варианту задания. Расчет должен сопровождаться пояснениями. Все уравнения, их преобразование и расчетные формулы следует записывать в общем виде и только в последнюю очередь подставлять числовые значения. Это позволит легко контролировать выполнение необходимых преобразований, правильность расчетных формул. Операции вычисления следует проводить с числами, размерности которых приведены к основным единицам системы СИ (В, А, Ом, Вт, вар, ВА и т.п.).
1.2 Методические указания к расчетно-графическим
заданиям
Для выполнения расчетно-графического задания №1 необходимо повторить
законы Кирхгофа, метод единичного тока (метод пропорциональных величин) и
принцип наложения [1], [2].
Для выполнения расчетно-графического задания №2 необходимо повторить
теорию трехфазных электрических цепей, в частности, симметричный режим и схемы
соединения фаз «звезда» и «треугольник», а также основные критерии и принципы
компенсации реактивной мощности (КРМ).
Необходимо уметь работать с комплексными числами [1], [2].
Для выполнения расчетно-графического задания №3 необходимо повторить
раздел теории синхронных машин. Обратите внимание на основные достоинства
синхронных двигателей, такие, как постоянная скорость вращения якоря двигателя
независимо от нагрузки на его валу и возможность генерирования, потребления и
плавного регулирования реактивной мощности. При построении механической
характеристики синхронного двигателя выделите область его устойчивой работы,
приведите обоснование [1], [2].
Для выполнения расчетно-графического задания №4 необходимо повторить
раздел теории импульсных источников вторичного электропитания. Обратите
внимание на то, что импульсные преобразователи работают на высоких частотах, порядка
нескольких десятков и даже сотен килогерц. В связи с этим к динамическим
характеристикам компонентов преобразователя предъявляются высокие требования.
В качестве внешнего ключевого транзистора (если это необходимо) следует
применять высокочастотные транзисторы, причем предпочтение следует отдавать
полевым (МОП –
металл-окисел-полупроводник) транзисторам, так как они имеют значительно лучшие
динамические характеристики в ключевом режиме работы по сравнению с биполярными
транзисторами.
В качестве внешнего ключевого диода (если это необходимо) следует применять
высокочастотные диоды Шоттки.
В качестве конденсаторов фильтра на выходе преобразователя следует
применять высокочастотные танталовые электролитические конденсаторы.
Расчетные формулы, типовые схемы включения понижающих, повышающих и инвертирующих
импульсных преобразователей – стабилизаторов напряжения, а также примеры
расчета приведены в [Л3], [Л4].
2 Расчетно-графические задания
Задание 1. Расчет линейных
электрических цепей постоянного тока
Расчет лестничных схем
Для одной из схем, представленных на рисунке 2.1, по данным таблиц 2.2 и 2.3 необходимо рассчитать токи в ветвях лестничной схемы и напряжения на резисторах и источниках U1 и U2, а также проверить баланс мощностей и КПД источников для трех комбинаций значений ЭДС E1 и E2 источников напряжения (для схем с источниками ЭДС) или токов J1 и J2 источников тока (для схем с источниками тока). Внутренние сопротивления источников считать неизменными и принять равными rвн1 = rвн2 = 10 Ом.
Вариант схемы выбирается по таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Варианты схемы
Год поступления |
Последняя цифра зачетной книжки |
|||||||||
Четный |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
Нечетный |
3 |
2 |
1 |
0 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
№ схемы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Таблица 2.2 – Варианты параметров схемы
Год поступления |
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
|||||||||
Четный |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
Нечетный |
3 |
2 |
1 |
0 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
R1, Ом |
100 |
400 |
550 |
850 |
600 |
15 |
90 |
450 |
750 |
80 |
R2, Ом |
150 |
250 |
900 |
1000 |
750 |
50 |
70 |
300 |
800 |
100 |
R3, Ом |
50 |
300 |
600 |
900 |
800 |
30 |
95 |
500 |
850 |
55 |
R4, Ом |
175 |
500 |
750 |
800 |
650 |
45 |
100 |
350 |
900 |
70 |
R5, Ом |
200 |
375 |
700 |
750 |
900 |
20 |
85 |
400 |
1000 |
90 |
R6, Ом |
75 |
450 |
850 |
600 |
500 |
25 |
110 |
250 |
950 |
60 |
R7, Ом |
250 |
475 |
500 |
650 |
700 |
10 |
80 |
550 |
600 |
75 |
R8, Ом |
275 |
350 |
800 |
700 |
950 |
35 |
75 |
375 |
650 |
50 |
Таблица 2.3 – Значения E1 и E2, J1 и J2 для трех комбинаций
Комбинация |
E1, В |
E1, В |
J1, А |
J2, А |
1 |
100 |
300 |
10 |
50 |
2 |
200 |
200 |
25 |
25 |
3 |
300 |
100 |
50 |
10 |
Для расчета применить принцип наложения и метод единичного тока. Результаты расчета представить в табличной форме.
Схема 1 Схема 2
Схема 3 Схема 4
Схема 5 Схема 6
Схема 7 Схема 8
Схема 9 Схема 10
Рисунок 2.1