МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
Автономное профессиональное образовательное учреждение Удмуртской Республики «Техникум радиоэлектроники и информационных технологий
имени А.В. Воскресенского
Практические работы по дисциплине ОП.03 «Основы электротехники» специальность 11.02.17 Разработка электронных устройств и систем
| |
Разработал Т.Н. Корнева преподаватель:
|
|
Ижевск, 2023 |
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1
«Расчет параметров батареи конденсаторов»
Цель работы: Научиться производить расчет параметров батареи конденсаторов
Задание:
Вычертить схему (см. рисунок) с учетом данных для своего варианта (см. таблицу). Определить эквивалентные емкость C, заряд Q батареи конденсаторов и энергию W, накопленную батареей конденсаторов.
Вычислить напряжение и заряд на каждом конденсаторе.
Рисунок 1 – Схема батареи конденсаторов
Таблица 1 – Данные к схеме по вариантам
вариант | U, В | C1, мкФ | C2, мкФ | C3, мкФ | C4, мкФ | C5, мкФ |
1 | 150 | 10 | 20 | 30 | 60 | - |
2 | 60 | 20 | - | 90 | 15 | 30 |
3 | 150 | 15 | 15 | 30 | 20 | 40 |
4 | 60 | - | 20 | 90 | 40 | 5 |
5 | 150 | 20 | 10 | 30 | - | 60 |
6 | 60 | 10 | 10 | 90 | 45 | - |
7 | 150 | 30 | - | 30 | 10 | 50 |
8 | 60 | - | 20 | 90 | 25 | 20 |
9 | 150 | - | 30 | 30 | 30 | 30 |
10 | 60 | 15 | 5 | 90 | - | 45 |
Методические указания: Эквивалентную емкость, заряд и энергию рассчитать методом последовательных преобразований в соответствии с таблицей
Таблица 2 – Особенности соединения конденсаторов
Вид соединения | последовательное | параллельное |
Схема соединения | ||
Эквивалентная емкость | ||
Напряжение
| ||
Заряд | ||
Энергия |
Практическая работа №2
Тема: Расчет простых цепей
Задача 1. Цепь постоянного тока содержит несколько резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи с указанием сопротивлений резисторов приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка, заданные значения одного из напряжений или токов приведены в табл. 1. Определить токи и падение напряжения на каждом участке цепи, составить баланс мощностей.
Таблица 1
Номер варианта | Номер рисунка | Задаваемая величина |
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 | 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 1 | UAB = 100 B I1 = 20 A U2 = 30 B I5 = 10 A U1 = 20 B UAB = 50 B I2 = 2 A I1 = 5 A U5 = 18 B U4 = 10 B UAB = 120 B U3 = 24 B I6 = 4 A I1= 24 A I4 = 3 A I2 = 15 A U2 = 120 B UAB = 250 B I6 = 8 A I3 = 2,4 A U4 = 12 B I3 = 6 A UAB = 60 B I1 = 24 A I2 = 4 A I3 = 1 A |
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3
«Расчет электрических цепей с применением законов Ома и Кирхгофа»
Задание: Для схемы согласно варианта рассчитать токи в ветвях с применением законов Кирхгофа. Составить баланс мощностей и для любого замкнутого контура построить потенциальную диаграмму.
№ варианта | схема | дано |
1; 14 | E2 = 2 В, E3 = 6 В; R1 = 2 Ом, R2 = 7 Ом, R3 = 4 Ом.
| |
2; 15 | E1 = 24 В, E3 = 6 В; R1 = 12 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 1 Ом | |
3; 16 | E1 = 60 В, E2 = 65 В; R1 = 5 Ом, R2 = 5 Ом, R3 = 10 Ом. | |
4; 17 | E1 = 29 В, E3 = 3 В; R1 = 3 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 1 Ом.
| |
5; 18 | E2 = 2 В, E3 = 35 В; R1 = 1 Ом, R2 = 3 Ом, R3 = 5 Ом. | |
6; 19 | E1 = 11 В, E2 = 10 В; R1 = 6 Ом, R2 = 3 Ом, R3 = 1 Ом. | |
7; 20 | E1 = 19 В, E3 = 32 В; R1 = 4 Ом, R2 = 9 Ом, R3 = 1 Ом. | |
8; 21 | E1 = 24 В, E2 = 28 В; R1 = 8 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 2 Ом | |
9; 22 | E2 = 12 В, E3 = 26 В; R1 = 6 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 2 Ом. | |
10; 23 | E1 = 50 В, E2 = 69 В; R1 = 2 Ом, R2 = 7 Ом, R3 = 12 Ом. | |
11; 24 | E1 = 14 В, E3 = 24 В; R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом.
| |
12; 25 | E1 = 12 В, E2 = 6 В; R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом. | |
13; 26 | E1 = 11 В, E3 = 2 В; R1 = 2 Ом, R2 = 5 Ом, R3 = 1 Ом.
|
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4
Расчеты электрических цепей методом преобразований
Цель: научиться рассчитывать нелинейные электрические цепи постоянного тока методом преобразований.
Теоретическая часть
В сложных электрических цепях часто встречаются ветви, соединенные треугольником (рис. 1.4, а ) или звездой (рис. 1.4, б) .
Соединения такого вида очень распространены в трехфазных цепях, при этом часто возникает необходимость перехода от одного вида соединения к другому, но эквивалентному. Кроме того, такое преобразование часто применяется для упрощения схемы.
Рис. 1.4. Схемное соединение резисторов треугольником (рис. а) и звездой (рис. б)
Практический интерес представляют соотношения сопротивлений резисторов этих цепей при их эквивалентных преобразованиях. Условие эквивалентности преобразования этих цепей заключается в том, что при одинаковых напряжениях между узлами 1, 2 и 3 , втекающие (вытекающие) извне токи I1, I2, I3 в этих узлах также одинаковы, т.е. должны быть одинаковыми сопротивления между этими узлами.
Рассмотрим эквивалентное преобразование звезды в треугольник и треугольника в звезду на схемах приведенных на рис.
Рис. Схема для расчета правила эквивалентного преобразование звезды в треугольник и треугольника в звезду
Для того, чтобы преобразование было эквивалентным, достаточно равенства сопротивлений между точками 1 – 2, 2 – 3 и 3 – 1 в обеих схемах. Запишем систему уравнений для сопротивлений между указанными точками для обеих схем.
Для точек 1 – 2:
Для точек 2 – 3:
Для точек 3 – 1:
Если решить эту систему относительно сопротивлений R12, R23 и R31 получим формулы преобразования звезды в треугольник:
Если решить систему исходных уравнений относительно сопротивлений R1, R2 и R3 получим формулы преобразования треугольника в звезду:
Пример выполнения работы.
Требуется рассчитать цепь, показанную на рис. а, при следующих числовых значениях ее параметров: Е = 660 В, R1 = 20 Ом, R2 = 30 Ом, R3 = 5 Ом, R4 = 20 Ом, R5 = 50 Ом.
Рис. 1.7. Преобразования электрической цепи в примере 2.
Попытка определить общее сопротивления цепи на рис. не зная правил эквивалентного преобразования треугольника в звезду и наоборот, оказывается безрезультатной, так как здесь мы не находим ни последовательно, ни параллельно соединенных сопротивлений. Решить задачу помогает преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду.
Решение.
Решение выполняем преобразованием треугольника в звезду.
После преобразования треугольника, образованного сопротивлениями R1, R2 и R5, в звезду, получаем схему, показанную на рис. б. Обращаем внимание на то, что токи в непреобразованной части схемы (I, I3 и I4) остались теми же.
Сопротивления звезды определяем по сформулированному выше правилу:
Теперь общее сопротивление цепи легко находится:
Ток, протекающий по источнику (одинаковый в заданной и преобразованной схемах), равен
Токи в параллельных ветвях:
Возвращаемся к исходной схеме (рис. а) и находим:
Ток в пятой ветви находим из первого закона Кирхгофа: I5 = I1 – I3 = 26 –2 8 = –2 A. Знак минус говорит о том, что действительное направление тока I5 противоположно указанному на схеме.
Задание
Для заданной схемы согласно своему варианту выданному преподавателем, рассчитать цепь методом преобразования.
Вариант | E1, Ом | R1, Ом | R2, Ом | R3, Ом | R4, Ом | R5, Ом |
1 | 150 | 18 | 2 | 18 | 8 | 12 |
2 | 140 | 5 | 10 | 4 | 6 | 5 |
3 | 130 | 5 | 2 | 2 | 2 | 9 |
4 | 125 | 3 | 6 | 8 | 10 | 4 |
5 | 120 | 18 | 2 | 2 | 2 | 2 |
6 | 115 | 4 | 8 | 8 | 6 | 7 |
7 | 110 | 2 | 5 | 5 | 2 | 3 |
8 | 135 | 8 | 4 | 4 | 8 | 2 |
9 | 145 | 10 | 5 | 10 | 5 | 1 |
10 | 230 | 6 | 2 | 3 | 4 | 15 |
Содержание отчета
1. Наименование работы.
2. Цель работы.
3. Схема
4. Задание
5. Вывод.
Практическая работа №5
«Расчет цепей постоянного тока методом контурных токов»
Задание: Для электрической схемы, вычерченной в соответствии с вариантом:
Определить токи в ветвях методом контурных токов. Составить баланс мощностей, для любого контура вычертить потенциальную диаграмму.
Практическая работа №6
«Графический расчет нелинейной цепи»
I= 0,04⋅U02
Определить статическое и динамическое сопротивление в точке 0,6 U0
№ варианта | r, Ом | U0 цепи, В |
1;6 | 17 | 10 |
2; 7 | 13 | 15 |
3; 8 | 12 | 15 |
4; 9 | 10 | 12 |
5;10 | 5 | 20 |
Последовательность решения:
1) построить ВАХ линейного элемента по уравнению
Это прямая, которая строится по двум точкам (0;0) (U0;I2);
U, B |
|
|
|
|
|
|
I1, A |
|
|
|
|
|
|
3) строим на одной координатной плоскости два графика I1=f(U) и I2=f(U). Строим сумму графиков I. Для значения U = 0,6U0, определяем значение тока в цепи I и падение напряжения на каждом элементе U1 U2.
Практическая работа 7
Расчет характеристик магнитного поля
Варианты 1-5 Задача 1, 6
Варианты 6-10 Задача 2, 6
Варианты 11-15 Задача 3, 6
Варианты 16-20 Задача 4, 6
Варианты 21-25 Задача 5, 6
1.Вычислите индукцию магнитного поля, обеспечивающую в контуре с числом витков w= 100 и активной длиной проводника l = 60 мм ЭДС, равную 4,8 В. Контур движется с линейной скоростью v = 1 000 мм/с. По правилу какой руки определяется направление ЭДС ?
2.Вычислите индукцию магнитного поля, действующего на проводник длиной l = 60 см, по которому течет ток I= 15 А, если электромагнитная сила F = 6,3 Н. По правилу какой руки определяется направление электромагнитной силы ?
3.На проводник длиной l = 10 см с током I = 2 А действует магнитное поле с индукцией В = 1,3 Тл (рис. 4.4, а). Определите значение и направление силы, действующей на проводник.
Рис. 4.4. Проводник с током в магнитном поле: а — к задаче 3; б — к задаче 4
5.Чему равна индуктивность катушки L, если при скорости изменения тока ΔI/Δt = 2 А/с в ней индуцируется ЭДС самоиндукции Е =3В?
6.Покажите прямыми линиями на рисунке соответствие между параметром магнитного поля, его буквенным обозначением и единицей измерения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №8
Расчет цепи переменного тока с последовательным соединением элементов.
Задание Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, емкости), включенные последовательно. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка и значения сопротивлений всех элементов, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 1.
Начертить схему цепи и определить следующие величины, относящиеся к данной цепи, если они не заданы в табл. 4: 1) полное сопротивление Z; 2) напряжение U, приложенное к цепи; 3) ток I; 4) угол сдвига фаз φ (по величине и знаку); 5) активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить ее построение. С помощью логических рассуждений пояснить характер изменения (увеличится, уменьшится, останется без изменения) тока, активной, реактивной мощности в цепи при увеличении частоты тока в два раза, Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным.
Таблица 1
Номер варианта | Номер рисунка | R1, Ом | R2, Ом | XL1, Ом | XL2, Ом | XС1, Ом | XС2, Ом | Дополнительный параметр |
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 | 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 | 4 6 10 6 4 3 8 16 10 2 3 4 4 8 6 6 12 6 8 8 6 4 5 3 4 8 6 4 2 4 8 3 2 4 2 16 4 12 4 1 12 8 2 10 6 12 3 6 1 10 | - 2 6 2 4 - - - 6 2 - 4 2 4 10 - - - 4 8 - 2 3 1 8 - - - 6 2 - 3 2 4 4 - - - 2 2 - 4 1 6 2 - - - 3 6 | 6 3 - 6 3 - 12 10 - 5 2 4 - 16 8 - 4 8 - 12 10 12 - 3 10 - 12 8 - 4 4 2 - 6 2 - 10 14 - 6 18 20 - 12 4 - 8 5 - 18 | - - - - 3 - - 8 - - - - - - 4 - - 4 - - - - - - 6 - - 4 - - - - - - 6 - - 10 - - - - - - 2 - - 3 - - | 3 9 12 - - 2 4 6 8 6 6 10 8 - - 5 12 4 6 4 2 4 6 - - 4 2 9 4 8 10 10 3 - - 4 4 8 4 8 2 4 4 - - 10 2 8 2 4 | - - - - - 2 2 - 4 2 - - - - - 3 8 - 10 2 - - - - - 2 2 - 2 4 - - - - - 8 3 - 4 2 - - - - - 6 10 - 1 2 | QL1 = 150 вар U = 40 B I = 5 A PR1 = 150 Вт S = 360 B · A I = 4 A P = 200 Вт U = 80 B I = 2 A Q = - 192 вар U = 50 B I = 4 A UR1 = 20 В S = 320 B · A P = 400 Вт S = 160 B · A I = 4 A P = 54 Вт S = 180 B · A P = 256 Вт I = 5 A P = 24 Вт S = 250 B · A QL1 = 80 вар Q = 64 вар U = 40 B UL1 = 60 В Q = 75 вар PR2 = 24 Вт QL1 = 16 вар P = 800 Вт QC1 = -160 вар P = 100 Вт I = 2 A U = 60 B Q = - 300 вар UC2 = 15 В UR1 = 60 В QC2 = -256 вар UC1 = 40 В S = 500 B · A QL1 = 500 вар QC1 = -100 вар U = 100 B I = 4 A P = 48 Вт Q = - 400 вар UC1 = 16 В Q = - 48 вар S = 80 B · A |
Практическая работа №9
Тема: Расчет сложных цепей переменного тока.
Задание:
Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, емкости), образующие две параллельные ветви. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка, значения всех сопротивлений, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 1. Индекс «1» у дополнительного параметра означает, что он относится к первой ветви; индекс «2» — ко второй.
Начертить схему цепи и определить следующие величины, если они не заданы в табл. 1: 1) токи I1 и I2 в обеих ветвях; 2) ток I в неразветвленной части цепи; 3) напряжение U приложенное к цепи; 4) активную Р реактивную Q и полную S мощности для всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.
Таблица 1
№ вар | № рис | R1 Ом | R2 Ом | XL1 Ом | XL2 Ом | XC1 Ом | XC2 Ом | Дополнительный параметр |
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 | 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 36 37 38 39 40 41 42 43 | 5 10 4 4 16 24 5 15 8 4 10 2 12 6 32 12 2 5 3 8 4 5 2 8 48 3 6 10 | 3 8 - 6 - 16 4 12 16 8 6 3 - 3 - 8 2 8 6 4 4 4 - 12 - 8 3 6 | - - - 3 12 - - - - - - - - 8 24 - - - - - - - - 6 64 - - - | 4 - - 8 - 12 6 20 - 12 8 - - 4 - 10 3 4 - 5 3 - - 16 - 6 8 12 | - - - - - 32 - - 6 3 - - - - - 16 - - 4 6 - - - - - 4 - - | - 6 5 - 10 - - 4 12 6 - 4 8 - 40 - - 10 8 8 - 3 4 - 60 - - 4 | Q = 64 вар U = 20 B I1 = 5 A I2 = 4 A P = 256 Вт U = 80 B I2 = 6 A P1 = 240 Вт U = 100 B P2 = 288 Вт U = 50 B I1 = 5 A I2 = 6 A P2 = 300 Вт U = 120 B QL2 = 250 вар P2 = 16 Вт U = 30 B I2 = 4 A U = 20 B I2 = 8 A I2 = 2 A U = 8 B Q2 = 144 вар UR1 = 144 B I1 = 5 A Q = 72 вар Q = 32 вар |
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10
Расчет цепи переменного тока методом комплексных чисел
В схеме последовательно – параллельного соединения заданы напряжение цепи синусоидального тока и сопротивления элементов схемы.
Начертить схему цепи, включая те элементы, численные значения которых заданы в таблице по Вашему варианту.
Определить с помощью метода комплексных чисел значения всех токов I, I1, I2, напряжений U0, U12; активную P, реактивную Q и полную S мощности цепи, коэффициент мощности cos φ.
Построить векторную диаграмму токов и напряжений в масштабах на комплексной плоскости (по комплексам напряжений U, U0, U12 и комплексам токов I, I1, I2).
№ вар. | U, В | R0, Ом | XL0, Ом | XC0, Ом | R1, Ом | XL1, Ом | XC1, Ом | R2, Ом | XL2, Ом | XC2, Ом |
1 | 60 | 5 | 5 | 0 | 8 | 0 | 6 | 6 | 8 | 0 |
2 | 130 | 10 | 0 | 0 | 6 | 8 | 0 | 0 | 0 | 10 |
3 | 85 | 5 | 0 | 0 | 4 | 3 | 6 | 0 | 5 | 0 |
4 | 130 | 0 | 0 | 5 | 3 | 7 | 3 | 5 | 0 | 0 |
5 | 185 | 5 | 0 | 40 | 20 | 40 | 0 | 20 | 0 | 40 |
6 | 100 | 5 | 5 | 0 | 6 | 0 | 8 | 8 | 6 | 0 |
7 | 130 | 3 | 4 | 0 | 0 | 0 | 5 | 5 | 5 | 0 |
8 | 125 | 0 | 50 | 0 | 30 | 80 | 40 | 0 | 0 | 50 |
9 | 200 | 3,2 | 17,6 | 0 | 16 | 12 | 0 | 8 | 14 | 20 |
10 | 125 | 11,6 | 0 | 13,8 | 10 | 10 | 0 | 30 | 10 | 50 |
11 | 120 | 12 | 8 | 0 | 16 | 0 | 14 | 18 | 12 | 0 |
12 | 280 | 24 | 0 | 0 | 12 | 18 | 0 | 0 | 0 | 26 |
13 | 170 | 10 | 0 | 0 | 9,6 | 12,2 | 8 | 0 | 14 | 0 |
14 | 260 | 0 | 0 | 10 | 15 | 5 | 16 | 10 | 0 | 0 |
15 | 270 | 10 | 0 | 30 | 60 | 80 | 0 | 25 | 0 | 35 |
16 | 300 | 24 | 12 | 0 | 32 | 0 | 28 | 20 | 20 | 0 |
17 | 390 | 9 | 9 | 0 | 0 | 0 | 5 | 10 | 12 | 0 |
18 | 250 | 0 | 75 | 0 | 55 | 90 | 45 | 0 | 0 | 30 |
19 | 500 | 18 | 0 | 22 | 20,8 | 24,6 | 0 | 20 | 50 | 30 |
20 | 400 | 34,2 | 6,6 | 0 | 24 | 36 | 0 | 26 | 16 | 38 |
21 | 180 | 18 | 20 | 0 | 16 | 0 | 22 | 20 | 24 | 0 |
22 | 380 | 32 | 0 | 0 | 22,5 | 26,5 | 0 | 0 | 0 | 30 |
23 | 255 | 15 | 0 | 0 | 10 | 13 | 19 | 0 | 17 | 0 |
24 | 400 | 0 | 0 | 22 | 16 | 24 | 18 | 8 | 0 | 0 |
25 | 90 | 10 | 0 | 26 | 34 | 26 | 0 | 16 | 0 | 12 |
26 | 200 | 14 | 21 | 0 | 13 | 0 | 13 | 19 | 15 | 0 |
27 | 260 | 12 | 9 | 0 | 0 | 0 | 16 | 7 | 7 | 0 |
28 | 370 | 0 | 80 | 0 | 90,2 | 120,6 | 60 | 0 | 0 | 80 |
29 | 345 | 12 | 0 | 16 | 16,6 | 14,4 | 0 | 18 | 35 | 14 |
30 | 295 | 17 | 4,4 | 0 | 19 | 16,2 | 0 | 15 | 9 | 22 |
ПРИМЕР
Цепь переменного тока состоит из последовательно – параллельного соединения элементов. В первую параллельную ветвь включены последовательно активное и индуктивное сопротивления: R1=10 Ом, XL1=20 Ом. Во вторую параллельную ветвь включены последовательно активное и емкостное сопротивления: R2=10 Ом, XC2=20 Ом. В последовательный участок цепи включены последовательно активное и индуктивное сопротивления: R0=5 Ом, XL0=40 Ом. Напряжение на зажимах цепи U=100 В.
Определить комплексным методом токи в параллельных ветвях I1, I2 и ток I в неразветвленной части цепи; полную S, активную P и реактивную Q мощности и коэффициент мощности cos φ.
Построить векторную диаграмму напряжений и токов на комплексной плоскости.
Дано:
R1=10 Ом;
XL1=20 Ом;
R2=10 Ом;
XC2=20 Ом;
R0=5 Ом;
XL0=40 Ом;
U=100 В;
Определить: I1, I2, I, S, P, Q, cosφ.
Решение.
1 Комплексы полных сопротивлений параллельных ветвей:
2 Комплекс полного сопротивления последовательного участка цепи:
3 Комплекс полного сопротивления параллельного участка цепи:
4 Комплекс полного сопротивления всей цепи:
5 Комплекс напряжения цепи.
Принимаем, что вектор напряжения будет исходным, совпадающим с положительным направлением действительной оси. Тогда:
6 Комплекс тока в неразветвленной части цепи определяем по закону Ома:
7 Действующее значение общего тока равно модулю его комплексного выражения:
8 Напряжение на последовательном участке цепи, т. е. на сопротивлении Z0.
9 Напряжение на параллельном участке цепи:
10 Комплексы токов параллельных ветвей по закону Ома:
11 Проверить вычисление комплексов токов можно по первому закону Кирхгофа:
Вычисления выполнены верно.
12 Действующие значения токов ветвей равны соответственно модулям их комплексных выражений:
13 Комплекс полной мощности определяется как произведение комплекса напряжения и сопряженного комплекса тока:
активная мощность Р=120 Вт;
реактивная мощность Q=160 вар;
полная мощность – это модуль комплекса S=200 ВА.
Векторная диаграмма построена на рисунке.
Практическая работа №11
Расчет трехфазных электрических цепей
Задача № 1. Каждая фаза трехфазного симметричного потребителя (электродвигатель переменного тока) рассчитана на фазное напряжение Uф и имеет активное Rф и индуктивное xф сопротивления. Номинальное напряжение сети Uном 1. Выбрать схему соединения потребителя в зависимости от номинального напряжения сети Uном 1 (звездой или треугольником) и начертить ее. Определить активную Р, реактивную Q и полную S мощности, расходуемые потребителем. Вычислить потребляемый линейный ток. Начертить векторную диаграмму.
Как нужно соединить фазы потребителя (звездой или треугольником) для включения его в сеть с номинальным напряжением Uном 2? Начертить схему соединения потребителя, вычислить линейные токи в проводах при таком включении. Данные для своего варианта взять из табл.1.
Таблица 1.
Номер варианта | Uф, В | Rф, Ом | xф, Ом | Uном 1, B | Uном 2, B |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | 220 380 127 220 380 127 380 220 127 220 | 8,5 17 34 4,25 5,4 13,5 7,2 18 22,5 10,2 | 5,25 10,5 21 2,6 2,6 6,55 3,5 8,7 10,9 6,3 | 380 380 220 220 660 127 660 380 220 220 | 220 660 127 380 380 220 380 220 127 380 |
Таблица 2
Номер варианта | Rn Ом | хn Ом | Рл Вт | nA шт | nВ шт | nС шт | Uном В |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | 4 6 12 3 8 18 32 8 4 24 | 3 8 16 4 6 12 24 6 3 32 | 200 300 500 200 150 300 500 150 300 200 | 50 40 20 80 100 50 30 80 60 40 | 80 30 40 50 60 70 40 100 40 80 | 30 60 30 40 50 40 60 50 30 80 | 380 220 380 220 220 380 380 220 380 220 |
Практическая работа №12
Расчет однофазного трансформатора
Цель: Рассчитать основные параметры однофазного трансформатора
Краткие теоретические сведения:
Расчет параметров асинхронного электродвигателя
Цель:
1. Научиться пользоваться справочными данными и расчетными формулами 2. Научиться пользоваться вычислительной техникой
Общие сведения
Решаемая на практическом занятии задача направлена на определение основных параметров асинхронного электродвигателя. Для ее решения необходимо знать устройство и принцип действия асинхронного двигателя и зависимости между электрическим величинами, характеризующими его работу.
Перед решением задачи изучите соответствующий теоретический материал и рассмотрите типовой пример.
При частоте напряжения питающей сети 50 Гц возможные синхронные частоты вращения магнитного поля статора: 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин и т.д. Тогда при частоте вращения ротора n2 = 950 об/мин из приведенного выше ряда выбираем ближайшую к ней частоту вращения поля n1 = 1000 об/мин. Тогда можно определить скольжение ротора, даже не зная числа пар полюсов двигателя:
Из формулы для скольжения можно определить частоту вращения ротора
В настоящее время промышленность выпускает асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А мощностью от 0,06 до 400 кВт (табл. 1). Обозначение типа электродвигателя расшифровывается так: 4 — порядковый номер серии; А — асинхронный; X — алюминиевая оболочка и чугунные щиты (отсутствие буквы X означает, что корпус полностью выполнен из чугуна); В — двигатель встроен в оборудование; Н — исполнение защищенное IР23, для закрытых двигателей исполнения IР44 обозначение защиты не приводится; Р — двигатель с повышенным пусковым моментом; С — сельскохозяйственного назначения; цифра после буквенного обозначения показывает высоту оси вращения в мм (100, 112 и т. д.); буквы S, M, L — после цифр — установочные размеры по длине корпуса (S — станина самая короткая; М — промежуточная; L — самая длинная); цифра после установочного размера — число полюсов; буква У — Климатическое исполнение (для умеренного климата); последняя цифра — категория размещения: 1 — для работы па открытом воздухе, 3 — для закрытых неотапливаемых помещений.
Например. Необходимо расшифровать условное обозначение двигателя 4А250S4УЗ.
Это двигатель четвертой серии, асинхронный, корпус полностью чугунный (нет буквы X), высота оси вращения 250 мм, размеры корпуса по длине S (самый короткий), четырех полюсный, для умеренного климата, третья категория размещения.
Пример. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4АР160Б6УЗ имеет номинальные данные: мощность Рном= 11 кВт; напряжение Uном = 380 В; частота вращения ротора п2= 975 об/мин; к.п.д. ηном = 0,855; коэффициент мощности cosφном = 0,83; кратность пускового тока Iп/Iном = 7; кратность пускового момента Мп/Мном = 2,0; способность к перегрузке Mmax/Mном = 2,2. Частота тока в сети f1 = 50 Гц.
Определить: 1) потребляемую мощность; 2) номинальный, пусковой и максимальный вращающие моменты; 3) номинальный и пусковой токи; 4) номинальное скольжение; 5) частоту тока в роторе. Расшифровать его условное обозначение. Оценить возможность пуска двигателя при номинальной нагрузке, если напряжение в сети при пуске снизилось на 20%?
Решение.
1. Мощность, потребляемая из сети
2.Номинальный момент, развиваемый двигателем:
3.Максимальный и пусковой моменты:
4.Номинальный и пусковой токи:
5.Номинальное скольжение
6.Частота тока в роторе
7.Условное обозначение двигателя расшифровываем так: двигатель четвертой серии, асинхронный, с повышенным скольжением (буква Р), высота оси вращения 160 мм, размеры корпуса по длине S (самый короткий), шестиполюсный, для умеренного климата, третья категория размещения.
8.При снижении напряжения в сети на 20% на выводах двигателя остается напряжение 0,8 Uном. Так как момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, то
Отсюда
Порядок выполнения работы:
1. Отметьте в отчете наименование и цель занятия.
2. Отметьте в отчете исходные условия задачи и заданную схему.
Условия задачи и схемы цепей приведены в приложении.
3. Выполните предложенное задание. По необходимости, при выполнении задания практической работы, повторите теоретический материал и примеры, подобные заданию практической работы.
4. Оформите отчет по практической работе.
Приложение.
Для привода рабочей машины применяется трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Используя данные для своего варианта, указанные в таблице 1, определить:
1)потребляемую мощность; 2) номинальный, пусковой и максимальный вращающие моменты; 3) номинальный и пусковой токи; 4) номинальное скольжение; 5) частоту тока в роторе.
Расшифровать его условное обозначение. Оценить возможность пуска двигателя при номинальной нагрузке, если напряжение в сети при пуске снизилось на 20%?
Таблица 1.
Номер варианта | Тип двигателя | Pном2, кВт | n2, об/мин | сosφном | ηном | |||
1 | 4Al00S2У3 | 4 | 2880 | 0,89 | 7,5 | 2,0 | 2,2 | 0,86 |
2 | 4A100L2У3 | 5,5 | 2880 | 0,91 | 7,5 | 2,0 | 2,2 | 0,87 |
3 | 4А112М2СУЗ | 7,5 | 2900 | 0,88 | 7,5 | 2,0 | 2,2 | 0,87 |
4 | 4Л132М2СУЗ | 11 | 2900 | 0,9 | 7,5 | 1,6 | 2,2 | 0,88 |
5 | 4А90L4УЗ | 2,2 | 1400 | 0,83 | 6,0 | 2,0 | 2,2 | 0,8 |
6 | 4A100S4УЗ | 3 | 1425 | 0,83 | 6,5 | 2,0 | 2,2 | 0,82 |
7 | 4А100L4У3 | 4,0 | 1425 | 0,84 | 6,5 | 2,2 | 2,2 | 0,84 |
8 | 4A112М4СУ1 | 5,5 | 1450 | 0,85 | 7,0 | 2,0 | 2.2 | 0,85 |
9 | 4А132М4СУ1 | 11 | 1450 | 0,87 | 7,5 | 2,0 | 2,2 | 0,87 |
10 | 4AP160S4У3 | 15 | I465 | 0,87 | 7,5 | 2,0 | 2,2 | 0,865 |
11 | 4АР160М4У3 | 18,5 | 1465 | 0,87 | 7,5 | 2,0 | 2,2 | 0,885 |
12 | 4AP180S4У3 | 22 | 1460 | 0,87 | 7,5 | 2,0 | 2,2 | 0,89 |
13 | 4АР180М4У3 | 30 | 1460 | 0,87 | 7,5 | 2,0 | 2,2 | 0,9 |
14 | 4А100L6У3 | 2,2 | 950 | 0,73 | 5,5 | 2,0 | 2,0 | 0,81 |
15 | 4АР160S6У3 | 11 | 975 | 0,83 | 7,0 | 2,0 | 2,2 | 0,855 |
16 | 4АР160М6УЗ | 15 | 975 | 0,83 | 7,0 | 2,0 | 2,2 | 0,875 |
17 | 4АР180М6УЗ | 18,5 | 970 | 0,8 | 6,5 | 2,0 | 2,2 | 0,87 |
18 | 4A250S6У3 | 45 | 985 | 0,89 | 6,5 | 1,2 | 2,0 | 0,92 |
19 | 4А250М6УЗ | 55 | 985 | 0,89 | 7,0 | 1,2 | 2,0 | 0,92 |
20 | 4АН250М6УЗ | 75 | 985 | 0,87 | 7,5 | 1,2 | 2,5 | 0,93 |
21 | 4А100L8УЗ | 1,5 | 725 | 0,65 | 6,5 | 1,6 | 1,7 | 0,74 |
22 | 4AP160S8У3 | 7,5 | 730 | 0,75 | 6,5 | 1,8 | 2,2 | 0,86 |
23 | 4А250S8УЗ | 37 | 740 | 0,83 | 6,0 | 1,2 | 1,7 | 0,9 |
24 | 4А250М8УЗ | 45 | 740 | 0,84 | 6,0 | 1,2 | 1,7 | 0,91 |
25 | 4АН250М8УЗ | 55 | 740 | 0,82 | 6,0 | 1,2 | 2,0 | 0,92 |
Практическая работа №???????7
Расчет параметров генераторов
ЦЕЛЬ: рассчитать ток генератора в номинальном режиме, ЭДС генератора, номинальное изменение напряжения, ток в обмотке возбуждения, ток в цепи якоря при номинальной нагрузке.
Генератор постоянного тока имеет: номинальную мощность P2; номинальное напряжение U; частоту вращения n ; номинальный ток генератора I ; ток в цепи возбуждения IВ; ток в цепи якоря IЯ; сопротивление обмоток цепи обмотки возбуждения RВ; сопротивление в цепи якоря RЯ , приведенное к рабочей температуре; ЭДС якоря E ; электромагнитный момент при номинальной нагрузке Mэм ; электромагнитная мощность Pэм ; мощность приводного двигателя P1; КПД в номинальном режиме η.
Определить: для выбранного варианта значения параметров генератора постоянного тока, не указанные в таблицах 1, 2.
Таблица 1
Параметры генератора
№ | P2 кВт | U В | n об/мин | I А | IВ А | IЯ А | RВ , Ом | RЯ Ом |
1 | 24 | 230 | 1450 | – | – | – | 150 | 0,3 |
2 | – | 110 | 3000 | – | – | 17 | Нет | 0,55 |
3 | – | 220 | 1000 | 15,6 | Нет | – | Нет | 1 |
4 | – | 230 | – | 87 | – | – | 100 | 0,15 |
5 | – | 110 | 2000 | 25 | – | – | Нет | – |
6 | – | 220 | 630 | 80 | Нет | – | Нет | 0,144 |
7 | – | 460 | – | – | 4 | – | – | – |
8 | – | 110 | 3000 | 95 | – | – | Нет | – |
9 | – | 220 | 630 | – | Нет | 80 | Нет | 0,144 |
10 | 18 | 230 | 1500 | – | – | 80 | – | – |
11 | – | 110 | 3000 | – | – | 21,5 | Нет | – |
12 |
| 220 | 460 | – | Нет | 405 | 5,5 | 0,008 |
13 | 45 | – | 1000 | 97,8 | – | – | 92 | – |
14 | – | 110 | 4000 | 260 | – | – | Нет | – |
15 | – | 220 | 1000 | – | Нет | 16 | 0,8 | 0,9 |
16 | – | 110 | 3600 | – | 1,8 | 34 | – | – |
17 | – | 110 | 4000 | – | – | 15 | Нет | – |
18 | – | 220 | 1000 | 15,6 | Нет | – | Нет | 1 |
19 | – | 230 | – | 90 | – | – | 90 | 0,2 |
20 | – | 110 | 3000 | – | – | 170 | Нет | – |
21 | – | 220 | 630 | – | Нет | 175 | 4,6 | – |
22 | 20 | 230 | 1450 | – | – | 92,5 | – | – |
23 | – | 110 | 3000 | 95 | – | – | Нет | – |
24 | – | 220 | 460 | 405 | Нет | – | Нет | 0,009 |
25 | – | 110 | 3000 | – | 1,5 | 12 | – | – |
Таблица 2
Параметры генератора
№ | E В | Mэм Н·м | Pэм кВт | P1 кВт | η % | Способ возбуждения |
1 | – | 171 | – | – | 90 | параллельное |
2 | – | – | – | – | 89 | последовательное |
3 | – | – | – | – | 87 | независимое |
4 | – | 280 | – | 23 | – | параллельное |
5 | – | 15 | – | – | 82 | последовательное |
6 | – | – | 18,52 | – | 87 | независимое |
7 | 480 | 525 | 55 | – | 88 | параллельное |
8 | – | 37,5 | – | – | 85 | последовательное |
9 | – | – | – | – | 86 | независимое |
10 | 240 | – | – | 21 | – | параллельное |
11 | – | 7,8 | – | – | 89 | последовательное |
12 | – | – | – | – | 85 | независимое |
13 | 477 | – | – | – | 88 | параллельное |
14 | – | 72 | – | – | 88 | последовательное |
15 | – | – | – | – | 85 | независимое |
16 | – | 10,5 | – | – | 85 | параллельное |
17 | – | 4,5 | – | – | 80 | последовательное |
18 | – | – | – | – | 88 | независимое |
19 | – | 280 | – | 25 | – | параллельное |
20 | – | 62 | – | – | 90 | последовательное |
21 | – | – | 42,52 | – | 82 | независимое |
22 | 235 | – | – | 23 | – | параллельное |
23 | – | 35 | – | – | 89 | последовательное |
24 | – | – | – | – | 80 | независимое |
25 | – | – | 1,4 | – | 75 | параллельное |
Примеры решения задач
Пример 1. Генератор постоянного тока параллельного возбуждении имеет номинальную мощность P2 =10 кВт; номинальное напряжение U = 230 В; частоту вращения n =1450 об/мин; сопротивление обмоток цепи обмотки возбуждения RВ =150 Ом; сопротивление обмоток
якоря RЯ = 0,3 Ом; КПД в номинальном режиме η = 86,5 %. Падением напряжения в щеточном контакте пренебречь.
Определить: ток генератора, ток в цепи возбуждения, ток в цепи якоря, ЭДС якоря, электро-
магнитный момент, электромагнитная мощность, мощность приводного двигателя. Генератор работает при номинальной нагрузке.
Решение:
Ток в цепи якоря: IЯ = I + IВ = 43,5 +1,5 = 45А.
ЭДС якоря: E =U + IЯ ⋅ RЯ = 230 + 45 ⋅ 0,3 = 243,5 В.
Электромагнитная мощность: Pэм = E ⋅ IЯ = 243,5⋅ 45 =10957 Вт .
Пример 2. В генераторе постоянного тока независимого возбуждения с номинальным напряжением U = 440 В установился ток I = 64 А при частоте якоря n = 2800 об/мин. В новом режиме работы нагрузка и магнитный поток не изменились, но частота якоря стала
n* = 740 об/мин.
Определить напряжение и ток в генераторе в новом режиме.
Решение:
В генераторе независимого возбуждения ток генератора равен току якоря, т.е. I = IЯ .
В номинальном режиме:
Напряжение на нагрузке U = I ⋅ RН .
ЭДС якоря E =U + I ⋅ RЯ = I ⋅ RН + I ⋅ RЯ , с другой стороны E = СЕ ⋅ п ⋅Ф.
Получили: I ⋅ RН + I ⋅ RЯ = СЕ ⋅ п ⋅Ф.
В новом режиме, соответственно:
E* =U* + I* ⋅ RЯ = I* ⋅ Rн + I* ⋅ RЯ = СЕ ⋅ п* ⋅ Ф.
Возьмем отношение, полученных уравнений и получим:
Пример 3. В электродвигателе постоянного тока с параллельным возбуждением, имеющим номинальные данные: мощность на валу P2 =130 кВт ; напряжение U = 220 В; ток, потребляемый из сети I = 640 А; частоту вращения n = 600 об/мин; сопротивление цепи обмотки возбуждения RВ = 43 Ом; сопротивление обмотки якоря RЯ = 0,007 Ом.
Определить номинальные суммарные и электрические потери в обмотках.
Решение:
Ток в цепи якоря: IЯ = I − IВ = 640-5,116 = 634,884 A.
Электрические потери мощности
в цепи якоря: ΔPэл Я = IЯ2 ⋅ RЯ = 634,8842 ⋅ 0,007 = 2821,544 Вт;
в обмотке возбуждения:
ΔP эл B = I B2 ⋅ R B =U ⋅ I B = 220 ⋅5,116=1125,52 Вт .
Суммарные потери мощности:
ΣΔP = ΔPэл B + ΔPэл Я =1125,52 + 2821,544 = 3947,064 Вт .
Пример 4. Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения включен в сеть с напряжением U = 220 В при номинальном вращающем моменте M =101,7 Н⋅м развивает частоту вращения якоря n = 750 об/мин. КПД двигателя η = 75 %; сопротивление цепи обмотки возбуждения RВ = 0,197 Ом; сопротивление обмотки якоря RЯ = 0,443 Ом. Пуск двигателя осуществляется при пусковом реостате R пуск =1,17 Ом. Пусковой ток приводит к увеличению магнитного потока в 1,2 раза.
Определить номинальные мощность на валу, электромагнитную и потребляемую мощности; суммарные потери в двигателе; пусковой ток и пусковой момент.
Решение:
Суммарные потери: ΣΔP = P1 – P2 =10644,4 − 7983,45 = 2660,95 Вт.
Т.к. двигатель с последовательным возбуждением, тогда ток якоря находим:
ЭДС якоря: E =U − I ⋅ (RЯ + RВ ) = 220 − (0,443 + 0,197) ⋅ 48,38 =189,04 В.
Электромагнитная мощность: Pэм = E ⋅ I =189,04 ⋅ 48,38 = 9145,6 Вт .
Номинальный момент: М = CМ ⋅Ф⋅ I =101,7 ,
пусковой момент: М пуск = CМ ⋅Фпуск ⋅ Iпуск = CМ ⋅1,2⋅Ф⋅ Iпуск .
Возьмем отношение, полученных уравнений и получим:
Кратность