АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ 

Кафедра теоретических основ электротехники

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ 1, 2 

Программа, методические указания и контрольные задания

для студентов специальности 050702 – Автоматизация и управление

 

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛИ: С.Ю. Креслина, Л.П. Болдырева. ТОЭ 1,2 Программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 050702 – Автоматизация и управление – Алматы: АИЭС, 2008. – 20 с.

Представлены программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 050702 – Автоматизация и управление  по курсу “Теоретические основы электротехники” по разделам “Линейные электрические цепи постоянного тока”, “Электрические цепи однофазного синусоидального тока”, “Четырехполюсники” и “Трансформаторы”. Контрольные задания предназначены для студентов второго курса, обучающихся в бакалавриате по специальности 050702 “Автоматизация и управление”

 

Содержание

Введение …………………………………………………………………......……..4

1 Содержание дисциплины   ………………………………………………………5

2 Задание № 1. Расчёт линейных цепей постоянного тока ………………….…...7

3 Задание № 2. Расчет линейных электрических цепей однофазного синусоидального тока      …...10

4 Задание № 3. Четырехполюсники. Трансформаторы     ….…………..……....13

Список литературы    …….…………………………………………………….....17

Введение

Контрольные задания  являются важнейшим компонентом при изучении курса “Теоретические основы электротехники” (ТОЭ). Выполнение заданий позволяет студенту применить теоретические положения при проведении практических расчётов, получить навыки самостоятельного анализа электрических цепей, что в конечном итоге, способствует успешному освоению курса ТОЭ.

Предлагаемая методическая разработка содержит задания и методические указания к трем контрольным заданиям по основным разделам ТОЭ. Задание №1 посвящено расчёту  линейных электрических цепей постоянного тока с использованием основных методов расчёта электрических цепей. В задании №2 производится расчёт линейных электрических цепей однофазного синусоидального тока. В задании №3 рассчитываются параметры четырехполюсника, и исследуется четырехполюсник на примере трансформатора.

При выполнении контрольных  работ необходимо:

– выбрать свой вариант, текст задания должен быть переписан полностью без сокращений в пояснительную записку контрольной работы;

– каждый пункт контрольной  работы должен быть озаглавлен;

– в пояснительной записке приводить не только расчётные формулы и конечные результаты, но также пояснения и необходимые промежуточные вычисления;

– номер варианта и группа, фамилия и инициалы студента должны быть написаны на титульном листе;

– для параметров, имеющих определённые размерности, писать соответствующие единицы измерения, над комплексами ставить точки либо подчеркивать;

– при расчете одной и той же электрической цепи разными методами не допускать изменений наименований узлов, параметров резисторов, индуктивностей, ёмкостей, условных положительных направлений токов и напряжений;

– потенциальные, векторные, топографические диаграммы должны выполняться с указанием  названия изображаемых величин на листах миллиметровой или клетчатой бумаги;

– все текстовые и графические материалы должны соответствовать фирменному стандарту (ФС РК 10352-1910-У-е-002-2003). Работы учебные.

 

1 Содержание дисциплины

1.1 Основные понятия, законы и методы расчета электрических цепей постоянного тока

Элементы электрической цепи. Электрическая схема. Топология электрической цепи. Законы Ома и Кирхгофа. Преобразование электрических схем. Принцип наложения. Метод контурных токов. Метод узловых потенциалов. Метод двух узлов. Метод эквивалентного генератора. Баланс мощности. Расчет электрических цепей с использованием компьютерных технологий.

1.1.1 Электрические цепи в режиме гармонических воздействий

Способы представления гармонических колебаний. Гармонические колебания в резистивных, индуктивных и емкостных цепях. Гармонические колебания в цепи при последовательном и параллельном соединениях R, L, C элементов. Символический метод расчета цепей в разветвленных электрических цепях. Мощности в цепях синусоидального тока. Баланс мощностей в цепях при гармонических воздействиях. Топографические диаграммы. Трехфазные электрические цепи. Расчет трехфазных цепей. Мощности в трехфазных цепях. Компьютерное моделирование электрических цепей.

1.1.2 Резонанс в электрических цепях

Явление  резонанса. Последовательный колебательный контур. Резонанс напряжений. Частотные характеристики последовательного контура. Полоса пропускания. Параллельный колебательный контур. Резонанс токов. Частотные характеристики параллельного контура.

1.1.3 Индуктивно связанные цепи

Явление взаимной индукции. Последовательное и параллельное соединения индуктивно связанных элементов. Методы расчета индуктивно связанных цепей.

1.1.4 Цепи при периодических несинусоидальных воздействиях

Несинусоидальные воздействия. Разложение в ряд Фурье. Действующее, среднее значения и мощность периодического несинусоидального сигнала. Расчет цепей при периодических несинусоидальных воздействиях.

1.1.5 Четырехполюсники. Трансформаторы.

Общие положения и классификация. Уравнения передачи четырехполюсника. Параметры холостого хода и короткого замыкания четырехполюсника. Характеристические параметры четырехполюсников. Уравнения с гиперболическими  функциями. Режимы работы трансформаторов.

1.1.6 Электрические фильтры

Определение фильтров, их назначение и классификация. Низкочастотные, высокочастотные, полосовые, заграждающие фильтры. 

 

1.2 Перечень практических занятий

1.2.1 Преобразование электрических цепей. Расчет цепей постоянного тока на основе законов Ома и Кирхгофа.

1.2.2 Расчет цепей постоянного тока методами контурных токов, узловых потенциалов и эквивалентного генератора. Построение потенциальной диаграммы цепи.

1.2.3 Расчет цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединением элементов при гармоническом воздействии. Векторные и топографические диаграммы.

1.2.4 Расчет разветвленных цепей при гармонических воздействиях символическим методом.

1.2.5 Расчет  резонанса напряжений и токов в колебательном контуре.

1.2.6 Расчет цепей с взаимной индуктивностью.

1.2.7 Расчет цепей периодического несинусоидального тока.

1.2.8 Четырехполюсники. Трансформаторы.

1.3 Перечень лабораторных работ

1.3.1 Исследование линейной электрической цепи постоянного тока.

1.3.2 Экспериментальное исследование методов расчёта линейной  электрической цепи постоянного тока.

1.3.3 Исследование неразветвленной электрической цепи  однофазного синусоидального тока.

1.3.4 Исследование разветвленной линейной электрической цепи однофазного синусоидального тока.

1.3.5 Резонанс напряжений.

1.3.6 Частотные электрические фильтры.

1.4 Перечень контрольных работ

1.4.1 Расчет линейных цепей постоянного тока.

1.4.2 Расчет линейных электрических цепей однофазного синусоидального тока

1.4.3 Четырехполюсники. Трансформаторы.

 

2. Задание № 1 Расчёт линейных цепей постоянного тока

Для электрической цепи, заданной в соответствии с вариантом таблицами 2.1…2.3 и рисунками 2.1…2.10, выполнить следующее:

 составить систему уравнений по законам Кирхгофа;

 составить систему уравнений по методам контурных токов, узловых потенциалов и расчета токов в ветвях;

 рассчитать токи во всех ветвях методами контурных токов и узловых потенциалов;

 составить уравнение баланса мощностей и проверить его точность;

 рассчитать указанный в таблице ток методом активного двухполюсника;

 построить потенциальную диаграмму для внешнего контура.

 

Таблица 2.1

Год

поступления

Последняя цифра зачётной книжки

нечётный

№ рисунка

1

2.1

2

2.2

3

2.3

4

2.4

5

2.5

6

2.6

7

2.7

8

2.8

9

2.9

0

2.10

чётный

№ рисунка

1

2.10

2

2.9

3

2.8

4

2.7

5

2.6

6

2.5

7

2.4

8

2.3

9

2.2

0

2.1

Е1, В

20

70

20

40

50

20

60

30

40

30

Е2, В

40

10

50

80

60

10

20

80

30

50

Е3, В

50

20

70

50

40

60

10

50

60

40

Е4, В

10

50

60

60

20

30

30

20

70

20

Е5, В

30

40

10

30

70

40

50

40

50

40

Е6, В

30

30

30

50

80

20

40

70

20

60

 

Таблица 2.2

Год

поступления

Предпоследняя цифра зачётной книжки

нечётный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

чётный

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

R1, Ом

30

10

5

20

15

5

30

5

10

25

R2, Ом

15

20

10

15

20

15

5

15

20

5

R3, Ом

10

15

20

30

25

25

20

20

30

15

R4, Ом

25

30

30

25

30

10

15

25

5

20

R5, Ом

5

25

15

10

5

20

25

30

25

10

R6, Ом

20

5

25

5

10

30

10

10

15

30

 

Таблица 2.3

Год

поступления

Первая буква фамилии

нечётный

ЕАЖНУ

МБОЗФЫ

ВИПХЩТ

ГКРЭЦЯ

ДЛСЮЧШ

чётный

ВИПХЩТ

ЕАЖНУ

ДЛСЮЧШ

МБОЗФЫ

ГКРЭЦЯ

J, A

7

3

4

5

6

Рассчитать ток МАД

I1

I2

I3

I4

I5

 

 

     

Рисунок 2.1                                                Рисунок 2.2

 

 

            

                             Рисунок 2.3                                         Рисунок 2.4

 

     

                             Рисунок 2.5                                        Рисунок 2.6

 

 

                      

 

Рисунок 2.7                                           Рисунок 2.8

 

 

                            

 

Рисунок 2.9                                          Рисунок 2.10

 

3. Задание № 2. Расчёт линейных электрических цепей однофазного синусоидального тока

Выполнить следующее:

 составить систему уравнений по законам Кирхгофа в двух формах: для мгновенных и действующих значений;

 составить уравнения для расчета токов во всех ветвях двумя методами: методом контурных токов и методом узловых потенциалов (методом двух узлов);

 рассчитать токи в ветвях. Записать мгновенные значения токов в ветвях;

 составить уравнение баланса мощностей в цепи и проверить точность его выполнения;

 определить показания приборов электродинамической системы;

 построить векторно-топографическую диаграмму токов и напряжений;

 составить уравнения по 2-му закону Кирхгофа в комплексной форме с учётом индуктивных связей.

 

Таблица 2.1

Год

поступления

Последняя цифра зачётной книжки

 

нечётный

№ рисунка

0

3.1

1

3.2

2

3.3

3

3.4

4

3.5

5

3.6

6

3.7

7

3.8

8

3.9

9

3.10

чётный

№ рисунка

9

3.4

8

3.5

7

3.6

6

3.9

5

3.8

4

3.7

3

3.10

2

3.2

1

3.1

0

3.3

Е1, В

20

60

80

100

50

30

50

80

40

40

, град.

30

90

-30

45

0

-60

-60

0

60

-60

Е      2, В

40

40

50

90

40

20

60

100

50

30

, град.

45

30

-90

-60

-45

45

90

90

-45

0

Е3, В

30

50

70

70

40

40

30

70

60

50

, град.

-90

30

0

90

-60

30

45

-60

30

45

 

Таблица 3.2

Год

поступления

Предпоследняя цифра зачётной книжки

нечётный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

чётный

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

, Ом

15

5

5

25

45

15

35

5

20

15

,Ом

10

25

20

40

30

40

15

10

35

10

, Ом

20

10

15

20

40

20

30

25

40

20

, Ом

15

45

25

35

35

15

25

45

5

15

, Ом

45

15

35

10

25

30

10

10

25

30

, Ом

30

10

30

5

15

25

5

15

30

25

 

Таблица 2.3

Год

поступления

Первая буква фамилии

нечётный

БЛЦ

КХ

 

ВМЧ

ГНШ

ДОЩ

ЕПР

 

ЖСЗ

 

ТЭИ

 

УЮФ

АЯ

чётный

ГНШ

ДОЩ

ЕПР

ЖСЗ

ТЭИ

 

УЮФ

АЯ

БЛЦ

КХ

ВМЧ

R1, Ом

20

25

15

35

20

35

15

20

10

35

R2, Ом

30

15

5

20

10

15

25

10

35

10

R3, Ом

10

20

10

15

30

30

20

15

25

20

 

 

           

                  Рисунок 3.1                                                Рисунок 3.2

 

     

                   Рисунок 3.3                                              Рисунок 3.4

 

 

       

                   Рисунок 3.5                                             Рисунок 3.6

 

 

        

                  Рисунок 3.7                                            Рисунок 3.8

 

 

               

                   Рисунок 3.9                                                   Рисунок 3.10

 

4. Задание № 3. Четырехполюсники. Трансформаторы.

Задача 3.1

Задана схема четырехполюсника (рисунки 4.1-4.10), значение сопротивлений (таблицы 4.1-4.3), выполнить следующее:

а) определить А-параметры четырехполюсника;

б) проверить соотношение: Δ=А11А22 - А12А21=1;

в) характеристическое сопротивление (ZC) и постоянную передачи (ГС) относительно первичных зажимов.

 

Задача 3.2

Задана схема замещения однофазного трансформатора с ферромагнитным сердечником (рисунок 4.11), приведенная к первичной обмотке, с коэффициентом трансформации k. Активное и реактивное сопротивление рассеяния первичной обмотки равны соответственным приведенным сопротивлениям вторичной обмотки (,).

Требуется:

1.    Записать законы Кирхгофа для первичной и вторичной обмоток трансформатора.

2.    По данным опытов холостого хода и короткого замыкания (U1ХХ, I1ХХ, P1ХХ, U1КЗ,  I1КЗ, Р1КЗ) определить величины сопротивлений первичной и вторичной обмоток (R1, R2,  X1, X2). Построить векторные диаграммы.

3.    К вторичным зажимам трансформатора подключен приемник энергии, имеющий cos =0,92 (>0). Известно напряжение на вторичных зажимах (U2), сила тока во вторичной цепи (I2). Найти напряжение на первичных зажимах (U1), силу тока в первичной обмотке (I1), кпд (η), коэффициент мощности (cos φ1), потери в стали (РСТ), потери в меди (РОБ).

 

Указания:

При холостом ходе можно пренебречь падением напряжения в первичной обмотке (UR1,UX1). При коротком замыкании можно пренебречь намагничивающей составляющей первичного тока (I0).

 

Таблица 4.1

Год

поступления

Последняя цифра зачётной книжки

 

нечётный

№ рисунка

0

4.1

1

4.2

2

4.3

3

4.4

4

4.5

5

4.6

6

4.7

7

4.8

8

4.9

9

4.10

чётный

№ рисунка

9

4.4

8

4.5

7

4.6

6

4.9

5

4.8

4

4.7

3

4.10

2

4.2

1

4.1

0

4.3

R1, Ом

10

18

17

16

15

14

11

20

22

25

R2, Ом

18

15

10

23

22

19

21

25

28

30

k

U2, кВ

4

6

7

6

8

5

6

7

9

8

I2, А

0,42

0,25

0,18

0,19

0,17

0,35

0,31

0,27

0,17

0,28

 

Таблица 4.2

Год

поступления

Предпоследняя цифра зачётной книжки

нечётный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

чётный

5

6

7

8

9

1

2

3

4

0

XL, Ом

10

15

20

13

18

24

30

28

23

14

XC,Ом

20

22

16

21

25

15

17

14

12

27

U1ХХ, В

400

380

430

510

470

350

500

440

530

370

I1ХХ, А

0,42

0,35

0,41

0,55

0,45

0,37

0,52

0,43

0,49

0,36

Р1ХХ, Вт

20

21

22

35

26

16

33

24

32

17

 

Таблица 4.3

Год

поступления

Первая буква фамилии

нечётный

БЛЦ

КХ

Ы

ВМЧ

ГНШ

ДОЩ

ЕПР

 

ЖСЗ

 

ТЭИ

 

УЮФ

АЯ

чётный

ГНШ

ДОЩ

ЕПР

ЖСЗ

ТЭИ

 

УЮФ

АЯ

БЛЦ

КХ

Ы

ВМЧ

U1КЗ, В

32

30

34

41

38

28

40

35

42

30

I1КЗ, А

4,8

6,2

5,1

8,2

7,6

5,5

7,5

6,8

8,4

5,7

Р1КЗ, Вт

77

93

87

170

145

77

150

119

176

86

           

                       Рисунок 4.1                                           Рисунок 4.2

 

 

             

    Рисунок 4.3                                          Рисунок 4.4

 

 

            

    Рисунок 4.5                                         Рисунок 4.6

 

 

             

    Рисунок 4.7                                        Рисунок 4.8

 

 

                    

                   Рисунок 4.9                                                         Рисунок 4.10

 

 

 

Рисунок 4.11

 

 Список литературы

                1. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники.- том 1. – СПб.: Питер, 2003.-463с.

                2. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В.

Основы теории цепей.- М.: Энергоатомиздат, 1989.-528с.

          3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. – М.: Гардарики, 1999.-638с.

         4. Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей.-М.: Высшая школа, 1990.-544с.

          5. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/ Л.Д.Бессонов, И.Г.Демидова, М.Е.Заруди и др.-М.: Высшая школа, 1988.-543с.

          6. Сборник задач  и упражнений по теоретическим основам электротехники/ Под ред. П.А.Ионкина.-М.: Энергоиздат, 1982.-768с.

          7. Денисенко В.И., Зуслина Е.Х. Теоретические основы электротехники: Учебное пособие.-Алматы.: АИЭС,2000.-83с.

 

Методическая разработка содержит программу, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 050702 – Автоматизация и управление  по курсу  “Теоретические основы электротехники” по разделам “Линейные электрические цепи постоянного тока”, “Электрические цепи однофазного синусоидального тока”, “Четырехполюсники” и “Трансформаторы”. Контрольные задания предназначены для студентов второго курса, обучающихся в бакалавриате по специальности 050702 “Автоматизация и управление”

Представленная работа соответствует рабочей программе курса ТОЭ для специальности БАУ, удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к методическим разработкам,  и может быть рекомендована к печати.