Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ ИСВЯЗИ

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 

Методические указания и задания к расчетно-графическим работам № 1 - 3

  (для студентов специальности 5В071600 – Приборостроение)

   

 

 

Алматы 2012

СОСТАВИТЕЛИ: А.С. Баймаганов, С.Ю. Креслина. Методические указания и задания к расчетно-графическим работам № 1 - 3 (для студентов специальности 5В071600 – Приборостроение) – Алматы: АУЭС, 2012. – 16 с.

 

Методические указания и задания к расчетно-графическим работам № 1-3 содержат требования к выполнению и оформлению РГР, задания, схемы и параметры электрических цепей. Методические указания и задания к РГР соответствуют типовой программе по Электротехнике.

Ил.52 , табл.9 , библиогр.- 9 назв.

 

Рецензенты: д-р. техн. наук, профессор Ибраев А.Т. ст. препод. Елеукулов Е.О.

  

Печатается по плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012 г.

  

Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.

 

1 Методические указания к выполнению заданий

            

Одним из основных видов занятий по курсу “Электротехника” является выполнение расчетно-графических заданий.

Номер варианта, который должен быть выполнен студентом, определяется последними двумя цифрами зачетной книжки и первой буквой фамилии студента.

К представленным на рецензию РГР заданиям предъявляются следующие требования:

- Основные положения решения должны быть достаточно подробно пояснены.

- Рисунки, графики, схемы, в том числе и заданные условием задачи, не следует размещать среди текста. Они должны быть выполнены на отдельном листе бумаги, аккуратно и в удобно читаемом масштабе.

- Вычисления должны быть сделаны с точностью, которая может быть получена при использовании калькулятора.

- Задания должны быть датированы и подписаны студентом.

- Незачтенное задание должно быть выполнено заново и отдано на повторную рецензию вместе с первоначальной работой и замечаниями рецензента. Исправления ошибок в отрецензированном тексте не допускаются. Если неправильно выполнена не вся работа, а только ее часть, то после переработки исправленный текст нужно написать в тетради после первоначального текста, указав, что это исправление ошибок.

РГР зачитываются, если решения не содержат ошибок принципиального характера  и если выполнены перечисленные требования.

Работа над контрольным заданием помогает студентам проверить степень усвоения ими курса, вырабатывает у них навык четко и кратко излагать свои мысли. Для успешного достижения этой цели необходимо руководствоваться следующими правилами:

- Начиная решение задачи, указать, какие физические законы или расчетные методы предполагается использовать при решении, привести математическую запись этих законов и методов.

- Тщательно продумать, какие буквенные символы предполагается использовать в решении. Пояснить значение каждого буквенного символа словами или же соответствующими обозначениями на схеме.

- В ходе решения задачи не следует изменять однажды принятые направления токов и наименования узлов, сопротивлений и т. д. Не следует изменять обозначения, заданные условием. При решении одной и той же задачи различными методами одну и ту же величину надлежит обозначать одним и тем же буквенным символом.

- Расчет каждой искомой величины следует выполнять сначала в общем виде, а затем в полученную формулу подставить числовые значения и привести окончательный результат с указанием единиц измерения. При решении системы уравнений целесообразно воспользоваться известными методами упрощения расчета определителей (например, вынесение за знак определителя общего множителя и другими, а ещё проще методом подстановки).

- Промежуточные и конечные результаты расчетов должны быть ясно выделены из общего текста.

- Решение задач не следует перегружать приведением всех алгебраических преобразований и арифметических расчетов.

- Для элементов электрических схем следует пользоваться обозначениями, применяемыми в учебниках по электротехнике.

- Каждому этапу решения задачи нужно давать пояснения.

- При построении кривых выбирать такой масштаб, чтобы на 1 см оси координат приходилось 1·10^±n или 2∙10^±n единиц измерения физической величины, где n-целое число. Градуировку осей выполнять, начиная с нуля, равномерно через один или через два сантиметра. Числовые значения координат точек, по которым строятся кривые, не приводить. Весь график в целом и отдельные кривые на нем должны иметь названия.

  

2 Расчетно-графическая работа №1. Расчет линейных электрических цепей постоянного тока

 

         2.1 Задача № 1

 

На вход схемы делителя напряжения (см. рисунок 2.1) подано напряжение U_вх, известно напряжение U_вых, мощность Р₂. Определить ток в цепи I, значения сопротивлений R₁, R₂, кпд η.

 

2.2 Задача № 2

 

Для электрической цепи постоянного тока (см. рисунки 2.2-2.11) выполнить следующее:

- рассчитать токи и напряжения на элементах;

- рассчитать энергию, накопленную в конденсаторе и индуктивности;

- рассчитать энергию, выделенную в резисторе R₃ в течение 1 часа.

 

2.3 Задача № 3

 

Для электрической цепи постоянного тока (см. рисунки 2.12-2.21) выполнить следующее:

         Составить системы уравнений и уравнения для определения токов в ветвях схемы:

- по законам Кирхгофа;

- методом контурных токов;

- методом узловых потенциалов.

         Рассчитать токи во всех ветвях электрической цепи методом, указанным в таблице 2.3.

         Проверить баланс мощностей.

Рассчитать ток в ветви с сопротивлением  R_x  методом эквивалентного генератора.

Рассчитать сопротивление R_x , при котором потребляемая им мощность будет максимальна и значение этой мощности.

        

         Вариант выбирается по таблицам 2.1-2.3 в соответствии с номером  зачетной книжки и первой буквой фамилии.

 

Т а б л и ц а  2.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
№ схемы	2.2	2.3	2.4	2.5	2.6	2.7	2.8	2.9	2.10	2.11
Е1, В	70	60	50	65	80	55	75	85	95	100
Е2, В	85	75	90	55	95	50	80	70	60	65
Е3, В	70	80	75	60	45	80	40	50	85	50
Е4, В	65	90	80	85	50	40	65	100	55	80
Rx, Ом	R1	R2	R3	R4	R1	R2	R3	R4	R1	R2

 

         Т а б л и ц а  2.2

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
R1, Ом	50	45	75	70	50	70	95	45	90	85
R2, Ом	70	75	80	55	85	55	65	60	90	50
R3, Ом	80	65	90	65	75	95	45	85	50	65
R4, Ом	60	80	50	45	100	60	75	55	85	45
Uвх, В	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
L, мГн	70	60	50	65	80	55	75	85	95	100

 

         Т а б л и ц а  2.3

Год поступления	Первая буква фамилии
чётный	БЛЦ	КХ	ВМЧ	ГНШ	ДОЯ	ЕПР	ЖСЗ	ТЭИ	УЮФ	АЩ
нечётный	КХ	ВМЧ	ГНШ	БЛЦ	ЕПР	ДОЯ	ТЭИ	ЖСЗ	АЩ	УЮФ
E5, B	45	55	85	90	75	95	50	45	75	80
J, A	0,1	0,3	0,2	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,6
Uвых, В	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р2, Вт	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5	0,55
С, мкФ	0,01	0,03	0,02	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,06
Метод	КТ	УП	КТ	УП	КТ	УП	КТ	УП	КТ	УП

 

                                                     

                                                         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                                Рисунок 2.11

 

                                               

                              Рисунок 2.12                                               Рисунок 2.13

 

                                                  

                      Рисунок 2.14                                                Рисунок 2.15

 

 

                                             

     Рисунок 2.16                                               Рисунок 2.17

 

                                    

                             Рисунок 2.18                                           Рисунок 2.19          

 

 

                                  

 

                 Рисунок 2.20                                                   Рисунок 2.21

 

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

 

         3.1 Задача № 1

 

 Задана схема обобщенного сбалансированного моста (см. рисунок 3.1).  Определить незаданное сопротивление (Z).

 

3.2 Задача № 2

 

Для разветвленных электрических цепей однофазного синусоидального тока (см. рисунки 3.2-3.11) выполнить следующее:

         Составить системы уравнений и уравнения для определения токов в ветвях схемы:

- по законам Кирхгофа в дифференциальной и комплексной формах;

- методом контурных токов;

- методом узловых потенциалов.

Рассчитать токи во всех ветвях электрической цепи методом, указанным в таблице 3.3.

         Проверить баланс мощностей.

         Построить топографическую диаграмму, совмещённую с векторной диаграммой токов. Вариант выбирается по таблицам 3.1-3.3 в соответствии с номером  зачетной книжки и первой буквой фамилии.

 

Т а б л и ц а 3.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
№ схемы	3.2	3.3	3.4	3.5	3.6	3.7	3.8	3.9	3.10	3.11
Е1, В	90	55	95	70	80	50	60	75	85	100
Ψe1, град.	-45	30	60	30	0	-45	-30	90	60	45
Е2, В	80	70	85	65	60	90	50	55	65	40
Ψe2, град.	45	-45	60	30	-60	45	-30	60	90	-З0
Е3, В	65	70	80	50	45	40	60	55	88	75
Ψe3, град.	30	-60	45	-30	60	-45	90	-90	30	-60
Е4, В	50	80	70	75	90	85	100	80	55	60
Ψe4, град.	0	90	45	-45	-60	-30	45	30	45	-90
Z1, Ом	___	R1+ jXL1	R1-jXc1	R1+ jXL1	R1-jXc1	___	R1-jXc1	R1+ jXL1	___	R1+ jXL1
Z2, Ом	R2+ jXL2	R2 -jXc2	R2+ jXL2	___	R2+ jXL2	R2 -jXc2	R2+ jXL2	___	R2+ jXL2	R2 -jXc2
Z3, Ом	R3 -jXc3	___	R3 -jXc3	R3+ jXL3	___	R3 -jXc3	R3 -jXc3	R3+ jXL3	R3 -jXc3	R3+ jXL3
Z4, Ом	R4+ jXL4	R4 -jXc4	___	R4+ jXL4	R4 -jXc4	R4+ jXL4	___	R4+ jXL4	R4 -jXc4	___

        

Т а б л и ц а 3.2

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
Е5, В	50	70	90	60	100	55	75	85	90	80
Ψe5, град.	-60	30	-45	45	-30	45	90	60	-90	60
R1, Ом	50	40	70	80	60	85	90	95	80	75
R2, Ом	60	55	60	90	75	80	45	50	65	40
R3, Ом	85	75	85	60	50	45	60	80	65	60
R4,Ом	80	60	75	45	55	40	35	65	90	100

 

Т а б л и ц а 3.3

Год поступления	Первая буква фамилии
чётный	БЛЦ	КХ	ВМЧ	ГНШ	ДОЯ	ЕПР	ЖСЗ	ТЭИ	УЮФ	АЩ
нечётный	КХ	ВМЧ	ГНШ	БЛЦ	ЕПР	ДОЯ	ТЭИ	ЖСЗ	АЩ	УЮФ
Метод	УП	КТ	УП	КТ	УП	КТ	УП	КТ	УП	КТ
J, A	0, 4	0, 2	0, 5	0, 3	0, 6	0, 7	0, 8	0, 4	0, 2	0, 5
ΨJ, град.	90	45	-60	60	30	-30	45	-45	-90	40
XL1, Ом	50	80	70	90	20	90	60	50	90	60
XC1, Ом	90	20	30	50	65	65	100	90	40	95
XL2, Ом	90	20	40	75	30	80	68	25	36	70
XC2, Ом	44	70	80	10	80	20	30	75	88	20
XL3, Ом	86	50	35	75	40	95	80	96	50	76
XC3, Ом	34	90	75	25	90	35	40	44	92	26
XL4, Ом	90	80	40	56	88	64	75	54	46	85
XC4, Ом	40	45	78	80	48	80	45	84	82	45

 

                                                    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                                   Рисунок 3.11

 

 

4 Задание №3. Расчет четырехполюсников

 

Заданы схемы и сопротивления двух четырехполюсников, способ их соединения. Определить:

- необходимые для данного вида соединения параметры обоих четырехполюсников;

- параметры результирующего четырехполюсника;

- Z_c, γ;

- при согласованной нагрузке четырехполюсника: I_вх, I_вых, U_вых, Р₁,Р₂, η, Q₁, Q₂.

 

Т а б л и ц а 4.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
№ схемы 1 четырехпол	4.1	4.2	4.3	4.4	4.5	4.6	4.7	4.8	4.1	4.2
L, мГн	70	60	50	65	80	55	75	85	95	100
f, кГц	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5

 

         Т а б л и ц а 4.2

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
R, кОм	1	5	10	15	20	3	7	12	18	4
Вид соединения	Пос лед.	Па рал	смеш	Кас кад	Пос лед.	Па рал	смеш	Кас кад	Пос лед.	Кас кад
Uвх, В	3	10	16	20	25	32	38	43	46	50

 

         Т а б л и ц а  4.3

Год поступления	Первая буква фамилии
чётный	БЛЦ	КХ	ВМЧ	ГНШ	ДОЯ	ЕПР	ЖСЗ	ТЭИ	УЮФ	АЩ
нечётный	КХ	ВМЧ	ГНШ	БЛЦ	ЕПР	ДОЯ	ТЭИ	ЖСЗ	АЩ	УЮФ
№ схемы 2 четырехпол	4.9	4.10	4.11	4.12	4.13	4.14	4.15	4.16	4.12	4.15
С, мкФ	0,01	0,03	0,02	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,06

 

 

                  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                                            Рисунок 4.12

 

                  Рисунок 4.13                                            Рисунок 4.14

 

                  Рисунок 4.15                                            Рисунок 4.16

  

5 Методические указания

 

Для уменьшения значения входного (питающего) напряжения используют делитель напряжения на резисторах. В нём выходное напряжение Uвых зависит от значения входного (питающего) напряжения Uвх и значения сопротивления резисторов. Делитель напряжения – наиболее часто применяемое соединение резисторов. Используя закон Ома и пренебрегая малым током нагрузки, делитель напряжения можно описать соотношением:

 

                        .

 

Для обобщённого моста переменного тока выполнение условий баланса должно происходить в том случае, когда отношение комплексных сопротивлений каждой ветви равно:

                                                 .

 

Способы соединения четырехполюсников.

 

Каскадное соединение четырехполюсников.

 Каскадным соединением четырехполюсников называется такое соединение, при котором выход предыдущего четырехполюсника соединяется со входом последующего.

                        

Рисунок 5.1 

 

На рисунке 5.1 показано каскадное соединение двух четырехполюсников, которые заданы своими матрицами А-параметров:

 

       .                                       (5.1)

Зная матрицы двух четырехполюсников (5.1) запишем их уравнения передачи в А-параметрах в матричном виде:

 

       ,                                  (5.2)

       ,                                  (5.3)

Из схемы рис. 5.1 видно, что

,

поэтому выражение (5.3) можно записать в следующем виде:

.          (5.4)

Из выражения (5.4) видно, что при каскадном соединении четырехполюсников матрица А-параметров результирующего четырехполюсника равна произведению одноименных матриц  соединенных четырехполюсников, то есть:

.

 

Последовательное соединение четырехполюсников.

 Последовательное соединение двух четырехполюсников, заданных матрицами Z-параметров, показано на рисунке 5.2.

                                                        Рисунок 5.2

 

 Из рисунка. 5.2 видно, что и .

Уравнения передачи четырехполюсников Z ′ и Z ″ в матричном виде имеют вид:

,                                  (5.5)

.                                  (5.6)

Складывая матричные уравнения (5.5) и (5.6) получим:

 

.          (5.7)

Из выражения (5.7) видно, что при последовательном соединении четырехполюсников матрица Z-параметров результирующего четырехполюсника равна сумме одноименных матриц соединенных четырехполюсников, то есть:

.

                                                        

Параллельное соединение четырехполюсников.

Параллельное соединение четырехполюсников заданных матрицами Y- параметров показано на рисунке 5.3.

                                                    Рисунок 5.3

 

 Из схемы видно, что:

 

;        ;

;        .

Записывая уравнения передачи в Y-параметрах в матричном виде для каждого четырехполюсника и суммируя матричные уравнения, доказывается, что Y-матрица результирующего четырехполюсника равна сумме одноименных матриц соединенных четырехполюсников, то есть:

.

                                                 

Смешанное соединение четырехполюсников.

Схема смешанного соединения двух четырехполюсников, заданных матрицами Н-параметров приведена на рисунке. 5.4.

                                                           Рисунок 5.4

 

Записав уравнения передачи в Н-параметрах для каждого четырехполюсника в матричном виде и сложить полученные матричные равенства. При смешанном соединении четырехполюсников матрица Н-параметров общего четырехполюсника получается путем суммирования одноименных матриц соединяемых четырехполюсников, то есть:

.

 

Список литературы 

1. Электротехника и электроника: Учебник для вузов. В 3-х кн. Кн.3.

2. Электрические измерения и основы электроники. /Под ред. проф. Герасимова В. Г. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 432 с.

3. Сборник задач по электротехнике и основам электроники: Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов. Под ред. Герасимова В. Г. – М.: ВШ, 1987.

4. Касаткин А.С. Электротехника – М., 1969,1973,1983

5. Электротехника./Под ред. Пантюшина В.С. – М., 1976

6. Мұхити И.М. Электротехника – А., 2005.

7. Бессонов Л.А. ТОЭ. Электрические цепи. – М., 2002.

8. Электротехника и электроника: Учебник для вузов. /Под ред. Петленко Б. И. – М.: Академия, 2003. – 230 с

9. Данилов И.А., Иванов П.И. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. пособие – М.: ВШ, 2000. – 752 с.

  

Содержание

 

1 Методические указания к выполнению заданий                                         3

2 Задание №1. Расчет линейные электрических цепей постоянного

   тока                                                                                                              5

3 Задание №2. Расчет линейных электрических цепей однофазного

  синусоидального тока                                                                                   10

4 Задание №3.  Расчет четырехполюсников                                                   14

5 Методические указания                                                                                17

Список литературы                                                                                         20

 

Сводный план 2012 г., поз.49