АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

 

ТОЭ. Расчет электрических цепей

 и электромагнитных полей. 

Методические указания и контрольные задания

к расчетно-графическим работам № 7-11

(для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2005

Составители: В.И. Денисенко, Е.Х. Зуслина, Л.Н. Кондратенко. ТОЭ. Расчет электрических цепей и электромагнитных полей. Методические указания и задания к РГР №7-11. –Алматы: АИЭС, 2005.-30 стр.

 

 

 

 

Представлены методические указания и задания к расчетно-графическим работам по курсу  «Теоретические основы электротехники» по разделам «Цепи несинусоидального тока», «Переходные процессы в линейных электрических цепях», «Цепи с распределенными параметрами», «Нелинейные электрические и магнитные цепи», « Теория электромагнитного поля».

Расчетно-графические работы предназначены для студентов второго курса, обучающихся в бакалавриате по специальности 050718 «Электроэнергетика».

Ил. 40 , табл.16 , библиогр.12 назв.

 

 

 

Рецензент: канд. техн. наук, профессор кафедры ЭССиС В.Н. Борисов   

 

 

 

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2005 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2005г.

 

                                                

 

 

                                                 Содержание

1 Методические указания к выполнению и оформлению расчетно -  

графических работ……………………………………………………………….4          

2 Задание №7……………………………………………………………………..5

3 Задание №8…………………………………………………………………....13

4 Задание №9……………………………………………………………………16

5 Задание №10…………………………………………………………………..18

6 Задание №11…………………………………………………………………..22

Список литературы…………………………………………………………......29

 

 

 

1 Методические указания к выполнению и оформлению расчетно-графических работ.

При выполнении расчетно-графических работ необходимо руководствоваться следующими требованиями:

 - выбрать свой вариант в соответствии с номером зачетной книжки и первой буквой фамилии, текст задания переписать полностью без сокращений в пояснительную записку расчетно-графической работы;

- каждый этап расчетно- графической работы должен быть озаглавлен. Работа выполняется только на одной стороне листа;

 - в пояснительной записке приводить не только расчетные формулы и конечные результаты, но также пояснения и необходимые промежуточные вычисления, позволяющие понимать выполняемые действия и проверять их;

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

 - у параметров, имеющих определенные размерности, писать соответствующие единицы измерения, над комплексами ставить точки;

- не допускать изменений наименований узлов, параметров резисторов, индуктивностей, емкостей, условных положительных направлений токов и напряжений;

 - кривые мгновенных величин,векторные, топографические и круговые диаграммы должны выполняться на вклеенных листах миллиметровой или клетчатой бумаги;

 - на графике обязательно указывать названия изображаемых величин. Подбирать масштабы так, чтобы было удобно пользоваться графиком или диаграммой. Схемы в пояснительной записке должны быть выполнены карандашом с применением линейки, циркуля;

 - избегать сокращений слов (не писать вместо “уравнение” – “ур-ие” , “напряжение” – “напр.”и т. д.);

 - оформление расчетно-графических работ необходимо осуществлять в соответствии с фирменным стандартом “Работы учебные. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию”, АИЭС, 2002.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Задание №7

Расчет трехфазных цепей с несинусоидальными периодическими ЭДС

 

К симметричному трехфазному генератору с несинусоидальными фазными ЭДС подключена симметричная нагрузка.

Определить для схемы с нейтральным проводом :

- гармонический состав фазных ЭДС в фазах А,В,С;

- мгновенные значения токов в фазах А,В,С;

- мгновенное значение тока в нейтральном проводе;

- показания приборов;

- активную, реактивную, полную мощности.

Произвести аналогичный расчет при обрыве нейтрального провода.

 

Электрические схемы приведены на рисунках 7.1 – 7.10.

Несинусоидальные кривые фазных ЭДС для фазы А представлены на рисунках 7.11 – 7.13. Параметры цепи приведены в таблицах 7.1 – 7.3. Основная частота фазных ЭДС генератора 

 

Таблица 7.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
Четный № схемы	1 7.1	2 7.2	3 7.3	4 7.4	5 7.5	6 7.6	7 7.7	8 7.8	9 7.9	0 7.10
Нечетный № схемы	9 7.1	7 7.2	5 7.3	3 7.4	1 7.5	8 7.6	6 7.7	4 7.8	0 7.9	2 7.10
	20	15	10	22	13	12	8	14	16	9
	-	-	50	90	-	-	40	60	-	45
	35	-	-	45	65	-	-	55	25	45
	40	30	60	50	-	-	-	-	70	90
	-	-	-	-	-	80	90	95	-	85
	-	20	25	-	80	30	40	35	45	70
	-	-	-	-	-	100	50	80	-	-
	60	70	50	40	50	-	-	-	60	-

 

 

 

 

 

 

Таблица 7.2   

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
Четный	0	2	4	6	8	1	3	5	7	9
Нечетный	9	7	5	3	1	8	6	4	2	0
№ рисунка	7.11	7.12	7.13	7.11	7.12	7.13	7.11	7.12	7.13	7.11

 

Таблица 7.3

Год поступления	Первая буква фамилии
Четный	АЛХ	БМЦ	ВНЧ	ГОШ	ДПЩ	ЕРЭ	ЖСЮ	ЗТЯ	ИУ	КФ
Нечетный	КФ	ИУ	ЗТЯ	ЖСЮ	ЕРЭ	ДПЩ	ГОШ	ВНЧ	БМЦ	АЛХ
	3	5	2,5	2	5,5	1,5	4	6	3,5	4,5
	220	270	100	360	127	120	60	110	380	200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Задание № 8

Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях

 

В электрической цепи (рисунок 8.1-8.10) возникает переходный процесс в результате коммутации. Номер схемы и параметры элементов цепи выбираются по таблицам 8.1-8.3 в соответствии с номером зачетной книжки и первой буквой фамилии.

Требуется выполнить следующее:

- определить закон изменения во времени переходного тока в одной из ветвей или переходного напряжения на каком-либо элементе цепи после коммутации. Расчет следует провести двумя методами: классическим и операторным;

- построить график изменения искомой величины в функции времени на основании полученного аналитического выражения.

 

Таблица 8.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
Нечетный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
№ схемы	8.1	8.2	8.3	8.4	8.5	8.6	8.7	8.8	8.9	8.10
Четный	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
№ схемы	8.1	8.2	8.3	8.4	8.5	8.6	8.7	8.8	8.9	8.10

 

 

 

  Таблица 8.2

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
Нечетный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Четный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
	200	250	300	350	400	100	150	220	380	450
	100	150	200	250	300	50	75	120	180	220
	20	30	40	50	60	10	70	25	35	45
	150	200	300	100	120	80	90	180	250	140

 

 

Таблица 8.3

Год поступления	Начальная буква фамилии
Нечетный	АВ М	БО Ю	НП Я	ГР Щ	ДИ С	ЖУ Ш	ЧХ Л	КЦ Э	ЕТ	ЗФ
Четный	НП Я	ГР Щ	ДИ С	ЖУ Ш	ЧХ Л	АВ М	ЕТ	ЗФ	БО Ю	КЦ Э
	40	60	80	100	120	140	160	180	200	220
	2	4	5	6	10	9	8	7	3	12
Искомая величина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Задание № 9

 

Расчет цепей с распределенными  параметрами

 

Трехфазная линия передачи электроэнергии длиной  с первичными параметрами  работает при номинальном  фазном напряжении  и частоте   Первичные параметры линии, номинальное напряжение, длина линии, параметры нагрузки выбираются в соответствии с вариантом по таблицам 9.1¸9.3.

Произвести расчет для следующих режимов работы линии:

а) линия питает трехфазную нагрузку с активной мощностью одной фазы  напряжение на нагрузке равно номинальному, коэффициент мощности нагрузки  Рассчитать напряжение   в начале и ток  в конце линии, к.п.д. работы линии;

б) определить напряжение в конце линии  и ток в начале линии   при сбросе всей нагрузки в конце линии (в режиме холостого хода) и напряжении в начале линии, равном номинальному;

в) при согласованной нагрузке (сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению линии) определить естественную мощность, передаваемую нагрузке, напряжение и ток  в начале и ток  в конце линии, к.п.д. линии, напряжения на нагрузке  равно номинальному.

 

 

 

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
Нечетный	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Четный	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
	750	500	400	330	220	110	750	500	330	220
	0,03	0,05	0,06	0,07	0,09	0,1	0,04	0,06	0,08	0,1
	0,08	0,06	0,04	0,03	0,02	0,015	0,07	0,05	0,04	0,03
	500	300	200	150	100	50	450	250	170	120

Таблица 9.1

 

Таблица 9.2

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
Нечетный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Четный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
	2,4	2,3	2,2	2,1	2,0	2,5	2,6	2,7	2,25	2,35
	0,99	0,98	0,97	0,96	0,95	0,985	0,975	0,965	0,955	0,97

 

Таблица 9.3

Год поступления	Начальная буква фамилии
Нечетный	АН М	БС Ю	ВП Я	ГР Щ	ДО И	ЕТ Ш	ЖУ	ЗФ	ЧХ Л	КЦЭ
Четный	КЦ Э	ЧХ Л	ЗФ	ЖУ	ЕТ Ш	ДО И	ГР Щ	ВП Я	БС Ю	АНМ
	12,0	12,5	13,0	13,5	14,0	14,5	12,3	12,7	13,7	14,3
	700	750	800	850	900	950	820	730	870	920

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Задание № 10

 

Расчет магнитных цепей

 

Схемы магнитных цепей представлены на рисунках 10.1 – 10.10.

Значение намагничивающего тока I, числа витков катушки w, длины средней магнитной линии каждого участка магнитной цепи ℓ, длины воздушного зазора ℓ _в, сечения участков магнитопровода S заданы в таблицах 10.1 – 10.3.

Магнитные свойства стали, из которой изготовлены магнитопроводы, определяются основной кривой намагничивания, которая дана в таблице 10.4.

Для магнитной цепи необходимо выполнить следующее:

- изобразить эквивалентную схему заданной магнитной цепи;

- составить систему уравнений по законам Кирхгофа;

- рассчитать магнитную цепь графическим методом двух узлов и определить магнитные потоки Ф₁, Ф₂, Ф_3.

 

Таблица 10.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
Нечетный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
№ схемы	10.1	10.2	10.3	10.4	10.5	10.6	10.7	10.8	10.9	10.10
	0.95	-	0.4	-	1.45	0.6	1.3	0.5	1.25	-
	700	-	200	-	300	600	250	150	150	-
	-	0.3	-	1.2	0.8	0.5	-	-	-	0.65
	-	400	-	120	200	550	-	-	-	550
	0.8	0.6	0.5	0.8	-	-	0.85	0.75	0.6	1.3
	650	300	150	250	-	-	400	250	250	600
	0.7	0.4	0.6	1.2	0.9	1.0	1.4	0.8	1.1	0.5
Четный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
№ схемы	10.8	10.5	10.6	10.1	10.3	10.2	10.9	10.10	10.7	10.4
	1.6	0.45	0.9	0.8	0.7	-	1.35	-	0.65	-
	150	200	300	250	500	-	400	-	200	-
	-	0.8	1.2	-	-	0.35	-	0.45	-	0.3
	-	150	200	-	-	350	-	500	-	400
	2.2	-	-	1.3	0.9	0.8	0.85	0.6	0.8	1.25
	300	-	-	150	300	200	250	200	300	200
	1.5	0.7	1.3	0.6	1.3	0.8	0.4	0.9	1.4	0.7

Таблица 10.2

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
Нечетный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Четный	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	20	92	16	45	62	35	74	52	88	26
	10	65	8	36	28	12	30	25	45	10
	22	98	20	47	66	32	68	58	86	25

 

Таблица 10.3

 

Год поступления	Первая буква фамилии
Нечетный	АЛ М	БМЦ	ВН Ч	ГО Щ	ДП Ш	ЕР Э	ЖС Ю	ЗТ Я	ИУ	КФ
Четный	ЕР Э	АЛХ	ЖСЮ	БМ Ц	ЗТ Я	ВН Ч	ИУ	ГО Щ	КФ	ДПШ
S1 ,см2	12.6	4.3	18.5	6.3	8.6	5.7	10.7	7.4	20.5	15.3
S2, см2	8.2	5.8	10.2	5.2	6.3	6.3	8.4	5.6	10.3	10.2
S3, см2	12.6	4.3	18.5	6.3	8.6	5.7	10.7	7.4	20.5	15.3

Таблица 10.4

Н,А/м	20	40	60	80	120	200	400	600	800	1200
В,Тл	0.22	0.75	0.93	1.02	1.14	1.28	1.47	1.53	1.57	1.6

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Задание № 11

 

Расчет электрических и магнитных полей

 

Задание содержит две задачи на темы:

- расчет электрических полей;

- расчет магнитных полей постоянного тока.

Номера задач, которые должны быть решены студентом и данные для расчета, указаны в таблицах 11.1, 11.2, 11.3.

 

Задача 11.1 Параллельно плоской границе раздела двух сред с диэлектрическими проницаемостями  протянуты два параллельных длинных провода одинакового сечения с радиусом R на расстоянии d друг от друга и на расстоянии  от граничной плоскости. Проводам сообщены заряды . Взаимное расположение проводов и плоскости раздела двух сред показано на рисунке 11.1.

Требуется:

для   варианта а:      определить напряжение между проводами,

для варианта б: определить плотность связанного заряда в точке  на граничной плоскости.

 

Задача 11.2  Два тонких параллельных бесконечно длинных провода одинакового сечения радиусом R расположены в воздухе параллельно поверхности земли на высоте  . Расстояние между проводами d. К проводам приложено напряжение U от незаземленного источника питания (рисунок 11.2).

Требуется:

- рассчитать потенциальные и емкостные коэффициенты;

- определить линейные плотности зарядов каждого провода;

- рассчитать рабочую емкость двухпроводной линии.

 

Задача 11.3 Полусферический заземлитель зарыт в грунт с удельной проводимостью  вровень с поверхностью. Радиус заземлителя. К заземлителю подводится постоянный ток I (рисунок 11.3).

Требуется:

- определить шаговое напряжение , точки А и В расположены соотвтственно на расстоянии м от центра заземлителя;

- определить сопротивление растекания; 

- определить напряженность электрического поля в точке С, расположенной в грунте на расстоянии  от центра заземлителя.

 

Задача 11.4 Сферический заземлитель радиуса  находится глубоко в грунте с удельной проводимостью, на расстоянии d от границы раздела двух сред с удельными проводимостями и .К заземлителю подводится ток I (рисунок 11.4). Влиянием поверхности грунта можно пренебречь.

Требуется:

- определить напряжение растекания  ;

- определить вектор напряженности электрического поля в точках А и D.

 

Задача 11.5 По уединенному бесконечно длинному прямому проводу круглого сечения радиусом R протекает постоянный ток I. Магнитная проницаемость провода - , окружающая среда – воздух. Плотность тока по сечению провода равномерная (рисунок 11.5).

Требуется:

для варианта а: рассчитать напряженность магнитного поля  и магнитную индукцию  внутри и вне провода. Построить графики H (r) и B (r) (где r – расстояние от оси провода ),

для варианта б: рассчитать внутреннюю индуктивность участка провода длиной ,

для варианта в: определить векторный потенциал  внутри и вне провода, на расстоянии от оси провода:  r и r,

Задача 11.6 Двухпроводная линия состоит из длинных цилиндрических проводов круглого сечения. Радиусы проводов одинаковы и равны R. Провода расположены параллельно друг другу на расстоянии d.Ток в линии – I, окружающая среда-воздух (рисунок 11.6)

Требуется:

для варианта а: определить вектор напряженности магнитного поля в точке .

для варианта б: определить векторный потенциал для точки ,

для варианта в: определить внешнюю индуктивность на единицу длины линии.

 

Задача 11.7 На расстоянии d от прямого длинного тонкого провода с постоянным током I расположена прямоугольная рамка со сторонами а и в, с числом витков w из тонкого изолированного провода. По рамке протекает ток  . Две стороны рамки параллельны оси провода (рисунок 11.7)

Требуется:

 - рассчитать магнитный поток, пронизывающий рамку;

 - рассчитать взаимную индуктивность между проводом и рамкой;

 - определить силу , действующую на рамку.

Год поступления	Начальная буква фамилии
Четный	АБВ	ЕТД	ИЗЖ	ЦХ	ЩШЧ	ЯЮЭ	ЛК	ОНМ	СРП	ФУТ
Нечетный	ЮТ	ЭИУ	СЗ	ПРЖ	ОЩЕ	НШД	МЧГ	ЛЦВ	КХБ	АЯФ
№ задач	11.1а 11.6а	11.2 11.5в	11.3 11.6а	11.1б 11.7	11.4 11.5б	11.1а 11.5а	11.2 11.6б	11.3 11.5а	11.1б 11.5б	11.4 11.6в
	3	-	-	4	-	6	-	-	9	-
	5	-	-	2	-	8	-	-	7
		-	-		-		-	-		-
		-	-		-		-	-		-
	0,3	-	-	0,4	-	0,2	-	-	0,5	-

Таблица 11.1

Таблица 11.2

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
Четный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Нечетный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
	0,60	0,80	0,66	0,70	0,74	0,90	0,68	0,86	0,76	0,64
	0,009	0,007	0,008	0,006	0,004	0,005	0,008	0,007	0,006	0,004
	0,40	0,60	0,58	0,46	0,30	0,38	0,56	0,44	0,34	0,48
	20	10	30	20	28	18	16	25	15	35
	0,80	0,96	0,90	0,86	0,90	1,20	0,88	1,15	1,00	0,95
	100	150	200	300	250	50	350	90	280	180
	0,40	0,60	0,30	0,25	0,35	0,45	0,48	0,50	0,40	0,20
	0,50	0,60	0,55	0,70	0,64	0,76	0,80	0,58	0,68	0,85

 

 

Таблица 11.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
Четный	0	9	1	8	7	2	6	3	4	5
Нечетный	5	4	3	6	2	7	8	1	9	0
	0,68	0,74	0,88	0,90	0,98	0,76	0,84	0,70	0,96	0,86
	300	500	600	700	400	800	220	380	900	750
	0,12	0,20	0,25	0,15	0,10	0,18	0,26	0,16	0,24	0,14
	0,30	0,40	0,45	0,25	0,20	0,40	0,36	0,28	0,40	0,22
	0,40	0,50	0,45	0,35	0,30	0,36	0,55	0,60	0,50	0,38
	40	80	60	50	100	90	70	95	75	85
	0,80	0,64	0,70	0,60	0,90	0,86	0,78	0,96	0,66	0,75
	250	300	450	500	600	550	350	200	700	650
	0,42	0,36	0,28	0,40	0,30	0,20	0,40	0,38	0,24	0,34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

 

1. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы         теории цепей.- М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

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

3. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники, т.2. - СПб.: Питер,2003.-576с. 

4. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники, т.3. - СПб.: Питер,2003.-377с. 

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

6. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. - М.: Высшая школа, 1986. - 263с.

7. Атабеков Г.И., Купалян С.Д. Тимофеев А.Б., Хухриков С.С. Теоретические основы электротехники, ч.2. Нелинейные электрические цепи, ч.3. Электромагнитное поле. - М.: Энергия, 1979. - 432с.

8. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/ Л.Д.Бессонов, И.Г.Демидова, М.Е.Заруди и др.-М.: Высшая школа, 2003.-528 с.

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

10. Прянишников В.А. ТОЭ: Курс лекций: Учебное пособие – 3-е изд., перераб. и доп. – СПб., 2000. – 368 с.

11. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. В 2-х томах/ Под ред. Д.И. Панфилова – М.: ДОДЭКА, 1999.- т.1.-Электротехника. – 304с.

 12.  Денисенко В.И., Зуслина Е.Х ТОЭ.: Учебное пособие.- Алматы: АИЭС,2000.-83с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сводный план 2005 г., поз. 58

 

 

 

Владислав Иосифович Денисенко

Екатерина Хаскелевна Зуслина

Лидия Николаевна Кондратенко

 

 

 

ТОЭ. Расчет электрических цепей

 и электромагнитных полей. 

Методические указания и контрольные задания

к расчетно-графическим работам № 7-11

 

(для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика)

 

 

 

 

 

 

 

 

Редактор Ж.М. Сыздыкова

 

 

 

 

          Подписано в печать _________                       Формат 60х84  1/16

Тираж 100 экз.                                                   Бумаг типографская№1

 Объем  1,9  уч. - изд. л.                                              Заказ ____. Цена     тенге.

 

 

 

 

 

 

 

 

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

480013, Алматы, Байтурсынова 126.