|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Контрольная работа. В цепи рис.1 ЭДС источника Е= 12 В, сопротивления равны R 1, R2, R3, R4, R5, внутреннее сопротивление источника R вт
Задача № 1 Рисунок 1.
В цепи рис.1 ЭДС источника Е= 12 В, сопротивления равны R 1, R2, R3, R4, R5, внутреннее сопротивление источника R вт. Определить токи в ветвях цепи преобразованием звезды сопротивлений R1, R2, R3 в эквивалентный треугольник.
Задача № 2 Рисунок 2.
В цепи рис.2 ЭДС источников питания равны Е1, Е2, а сопротивления ветвей – R1, R2, R3, R4, R5, R6. Определить методом непосредственного применения законов Кирхгофа токи в ветвях цепи и режим работы каждого из источников. Составить баланс мощностей.
Задача № 3 Рисунок 3. В цепи рис. 3 ЭДС источников питания Е1, Е2, Е3, J = 1 А, а сопротивления ветвей соответственно R1, R2, R3, R4 (включая внутренние сопротивления источников питания) и т.д. Определить токи в ветвях цепи и режим работы каждого из источников. Задачу решить методом узловых потенциалов.
R6=R1, R7=R2, R8=R3, R9=R4. Для всех вариантов.
Задача № 4 Рисунок 4. В цепи рис. 4 известны значения сопротивлений резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 и входного напряжения U. Найти токи, протекающие через каждый резистор и составить баланс мощности. Изобразить данную схему замещения с включенными приборами: амперметром – для измерения тока в резисторе R7, вольтметром - для измерения напряжения на зажимах резистора R4 и ваттметром для измерения мощности, потребляемой резистором R5. Задачу решить методом подобия.
Задача № 5 Рисунок 5. В цепи рис.5 активные и реактивные сопротивления соответственно равны R1,Х1; R 2,Х2; R3Х3. К зажимам цепи приложено синусоидальное напряжение, действующее значение которого равно U. Определить: а) действующие значения токов в ветвях и в неразветвленном участке; б) активную, реактивную и полную мощности в обеих ветвях и на зажимах цепи. Расчет выполнить комплексным методом. Построить векторную диаграмму.
Задача № 6 Рисунок 6.
К трехфазной линии с линейным напряжением подключен симметричный трехфазный приемник, соединенный треугольником (рис.6). Активное и реактивное сопротивления фаз приемника соответственно равны по фазам. Определить ток в фазах приемника и линейных проводах, а также потребляемую приемником активную мощность в режимах: а) симметричном трехфазном, б) при обрыве одной фазы приемника; в) при обрыве линейного провода (вследствие сгорания плавкой вставки предохранителя). Построить для всех трех режимов топографические диаграммы напряжений и показать на них векторы токов.
Задача № 7 Рисунок 7.
К трехфазной линии с линейным напряжением U л подключен несимметричный приемник, соединенный по схеме «звезда» с нейтральным проводом (рис. 7). Активные и реактивные сопротивления фаз приемника соответственно равны RА, ХА, RВ, ХВ, RСХС. Сопротивление нейтрального провода пренебрежимо мало. Определить токи в фазах приемника, линейных проводах и нейтральном проводе в режимах: а) трехфазном, б) при обрыве линейного провода А; в) при коротком замыкании фазы А приемника и обрыве нейтрального провода. Определить активную мощность, потребляемую приемником, в указанных трех режимах. Построить для всех трех режимов топографические диаграммы напряжений и показать на них векторы токов.
Примеры решения задач
Задача № 1 Рис.а) Рис.б) Rвт = 1 Ом, R1 = 3 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 9 Ом, R5 = 6 Ом, R2 = 4,5 Ом, Е= 12 В Преобразуем «звезду» сопротивлений R1, R2, R3 в треугольник сопротивлений RАВ, RВС, RСА по формулам
, ,
Переобозначим по схеме: R1=RА, R2=RС, R3=RВ. (Такое обозначение принято в трёхфазных цепях и упрощает запоминание формул перехода Υ к Δ и наоборот). В результате преобразования Δ вΥ получим схему б) и вычисляем RАВ=8 Ом; RВС=12 Ом; RСА=12 Ом. Определяем Rэкв (1) Токи I4 и I5 при преобразовании схемы не изменяются. UBC=E – IRВТ = 10 B I1 = I4 + ICA = I – IBC = 2-0,83 = 1,17 A Токи I4 и I5определим по формуле «свой – чужой»:
I2 = ICA + IBC = 0,5 + 0,83 = 1,33 A I3 = IAB + IBC = 0,5 + 0,83 = 1,33 A I1 = I4 – I5 = 0 A Если ток через сопротивление R1 не протекает, то потенциалы точек А и О равны: φА = φО. Проверим это: φА = I 4 R4 = 6 B, φO = I2R2 = 6 B.
Задача №2 R1=0,1 Ом, R2 = 0,2 Ом, R3 = 2,0 Ом, R4 = 1,0 Ом, R5 = 2,5 Ом, R6 = 1,5 Ом, E1 = 220 B, E2 = 215 B. По первому закону Кирхгофа составляем У – 1 уравнение, где У – количество узлов в схеме. У = 4. Уравнения по 1- му закону Кирхгофа можно составлять для любых 3-х узлов из имеющихся 4-х. По II закону Кирхгофа выбираем N = в-у+1 (в – количество ветвей в схеме) независимых контуров и составляем для каждого из них уравнение. Контур называется независимым, если он содержит хотя бы одну ветвь, не входящую ни в какой другой контур. Для нашей схемы: N = 6–4 + 1. В каждом контуре обозначаем обход контура в произвольно выбранном направлении. В каждой ветви также в произвольном направлении обозначаем ток. При составлении уравнений по 1 закону Кирхгофа произвольно условимся, что если ток втекает в узел, то в состав суммы этот ток берется со знаком «+» и наоборот. При составлении уравнений по II закону Кирхгофа произведение Ii берется со знаком «+», если направление тока в ветви совпадает с направлением обхода контура и наоборот. ЭДС входят в состав суммы с «+», если направление ЭДС совпадает с направлением обхода контура и наоборот. 1. 1. 2. 11. 3. 111. Таким образом, мы получили систему, состоящую из 6 уравнений с 6-ю неизвестными токами. Решаем систему методом Гаусса. Для этого составляем расширенную матрицу системы из коэффициентов, стоящих при неизвестных, т.е. из «1» и значений сопротивлений.
Для приведения матрицы к трапецевидной форме необходимо придерживаться следующих свойств, не нарушающих равносильность системы уравнений: 1. Перемена местами строк между собой; 2. Умножение строки на любое число; 3. Прибавление к любой строке любой другой строки, предварительно умноженной на любое число. Например, если мы к третьей строке добавим первую строку, предварительно умноженную на «1», то в результате вместо третьей строки получим такую строку: 0 0 0 – 1 0 -1 0 Если 1 строку умножить на 0,1 и сложить с 4 строкой, то новая 4-ая строка примет вид: 0 0 2,1 0,1 0 0 220 В результате в 1 столбце матрицы у нас будет «0» во всех строках, кроме первой. Таким же образом надо добиться, чтобы во 11 столбце во всех строках, кроме 1 и 11 были «0» и т.д. После приведения матрицы к трапецевидной форме в каждой последующей строке будет на один ноль больше, чем в предыдущей. В шестой строке должны остаться ненулевыми только два элемента: в шестом и седьмом столбцах. Теперь мы сможем найти I6, поделив элемент седьмого столбца на элемент шестого столбца. Из пятой строки мы сможем определить ток I5 и т.д. Из первой строки найдем ток I1. При наличии ПЭВМ с установленной системой Mathcad, систему уравнений можно решить с помощью функции lsolve (A,B). Для этого необходимо ввести матрицу системы А (без столбца свободных членов) и вектор свободных членов - В. I:=lsolve (A, B). Для нашей матрицы вектор решения имеет вид:
108,3 I1 = 108,3 76,5 I2 = 76,5 I = 104,58 I 3 = 104,58 3,75 I 4 = 3,75 79,9 I 5 = 79,9 -3,75 I 6 = -3,75 Т. к. I6 <0, следовательно, истинное направление тока I6 противоположное. Проверим баланс мощности i Если направление ЭДС и тока совпадают, то соответствующее слагаемое в левой части берётся со знаком «+» и наоборот. Слагаемые в правой части берутся всегда со знаком «+», т.к. значение тока входит в состав произведения в квадрате. E1I1 + E2I2 = 220 .108,34 + 215.76,5 = 23834,8 + 16447,5 = 40282,3 Вт 108,342 . 0,1 + 76,22 . 0,2 + 104,582. 2 +3,75 . 1 + 79,92. 2,5 + 3,752. 1,5 = 1173,7 + 1161,3 + 218 + 74 + 14 + 15960 + 21,1 = 40204,1 Вт 40282,3 ≈ 40204,1 Баланс мощностей с учетом приближенных вычислений соблюдается. Так как направления токов и ЭДС совпадают, то источники ЭДС работают в режиме генераторов.
Задача № 3 Метод узловых потенциалов
1. Принимаем потенциал одного из узлов равным нулю. Желательно выбрать нулевым потенциал такого узла, к которому подходит больше всего ветвей. Если в схеме имеется ветвь, содержащая только источник ЭДС, то необходимо «занулить» потенциал одного из узлов, примыкающих к этой ЭДС. Тогда потенциал другого узла будет известным и равным Е (в зависимости от того, какая клемма источника ЭДС соединена с этим узлом) 2. Составляем уравнения для узлов с неизвестными потенциалами по очереди для каждого. Для этого в левой части уравнения пишем произведение неизвестного потенциала рассматриваемого узла, на сумму проводимостей ветвей, примыкающих к нему. Если в какой-либо из этих ветвей находится источник тока, то проводимость этой ветви не учитывается. Далее, из этого произведения вычитаем произведения потенциалов узлов, непосредственно связанных с рассматриваемым узлом схемы, на проводимости подходящих к этому узлу ветвей с учетом наличия в них источников тока. В правой части уравнения записываем алгебраическую сумму произведений ЭДС на проводимости ветвей, в которых установлены эти ЭДС. Если ЭДС подходит к узлу, произведение Eigi берется со знаком «+» и наоборот. Далее в правой части записываем алгебраическую сумму величин источников тока, находящихся в ветвях, подходящих к рассматриваемому узлу со знаком «+», если ток источника тока направлен к узлу и наоборот. При этом известные потенциалы присутствуют в уравнениях на общих правилах. 3. Решаем полученную систему линейных уравнений любым из известных методов относительно потенциалов узлов. 4. С помощью известных потенциалов узлов находим токи в ветвях по закону Ома для ветвей, содержащих ЭДС: (1) Для этого в соответствии с полученными потенциалами, а следовательно, напряжением обозначаем направления токов от большего потенциала к меньшему и находим эти токи по формуле (1). Если напряжение и ЭДС совпадают по направлению, то ЭДС берется со знаком «+» и наоборот. Для ветвей, не содержащих ЭДС Дано: Rn =n, Ом Еn =n, B J = 1 A Определить: Ii-? gi = g1 = φ 1(g 1+g 2 +g 4 + g8) –φ2(g1+g8) – φ 3g 4=E 1g2 φ 2(g 1+g 6 + g8) –φ1(g1+g8) – φ 3g 6=E 3g6 +J
φ 1(g 1+g 2 +g 4 + g8) –φ2(g1+g8) – φ 3g 4=E 1g2 +φ 3g4 -φ1(g1+g8) + φ 2(g 1+g 6 + g8) = E 3g6 +J + φ 3g6 g1 = См; g6 = См; q2 = См; g7 = См; q4 = См; q8 = См
φ 1 = 2.62 В φ2 = 5,2 В ; А; I9 = J = 1 A Проверим баланс мощностей. -E1I2 – E3I6 + E2I10 + UJJ = I12(R1 + R3) + I82R8 + I42R4 + I22R2 +I72R7 + I62R6+J2R9 Определим UJ.Для этого составим уравнение по 11 закону Кирхгофа для какого-либо контура, содержащего напряжение UJ. I6R6 + JR9 = UJ – E3 UJ= I6R6 +JR9 + E3 =0,036 + 1,9 + 3 = 12,18 B
13,47 Вт = 13,470 Вт. Баланс выполняется, следовательно, все токи найдены правильно.
Задача № 4 R1= 3 Ом, R2= 2 Ом, R3=12 Ом, R4= 2 Ом, R5= 6 Ом, R6= 4 Ом, R7= 8 Ом, R8= 12 Ом, U= 110В. Согласно методу подобия произвольно задаемся током в самой отдаленной от источника напряжения ветви. Например: I = 1A ; ; ; ;
Находим коэффициент пропорциональности: Затем, умножив все найденные токи на коэффициент k, находим истинные значения токов в ветвях. Например: и т.д. Затем находим баланс мощностей
Задача № 5
R1= 1 Ом; Х 1=0,5 Ом; R2 = 4 Ом; Х2 = -3 Ом; R3 = 8 Ом; Х3 = 6 Ом; U= 120 В; ; ; jХ1 = 1+j 0,5 Ом jХ2 = 4 –j 3 Ом + jХ3 = 8 + j 6 Ом Для вычисления ЭКВ вспомним правила действия над комплексными числами. Целесообразнее производить умножение и деление комплексных чисел в показательной форме, а сложение и вычитание в алгебраической. При умножении комплексных чисел показатели их степеней складываются, а при делении – из показателя делимого вычитается показатель делителя. Модули соответственно перемножаются или делятся. Пример 1.
Пример 2. Для вычитания перейдем от показательной формы записи комплексного числа к алгебраической через тригонометрическую, используя формулу Эйлера. , где r – модуль комплексного числа, φ – его аргумент. ; ; Переведем последнее комплексное число из алгебраической формы в показательную по формуле: Напомним, что аргумент комплексного числа определяется по разному в зависимости от того, в какой четверти лежит этот угол
II I b
0 a III IV
; I=24 A Токи I1 и I2 найдем по формуле «свой-чужой». I1=19,3 A, I2= 9,7 A Полная мощность : Где - обозначается комплексно-сопряженная величина, например:
Реактивная мощность второй ветви: (Вар) ; ; ВА, и т.д. Построим векторную диаграмму токов и напряжений. Для этого необходимо рассчитать напряжения на элементах схемы. Построим векторную диаграмму
j
Uz1 I1 I2 Uаб
0 U 120 I
Масштаб: U: 1см = 10 В; I: 1см = 0,5 А Порядок построения векторной диаграммы токов: 1. Изображаем вектор тока длиной (19,3 2) мм под углом 28,70. 2. Из конца вектора строим вектор аналогичным образом. 3. По первому закону Кирхгофа , поэтому соединяем по правилу сложения двух векторов начало с концом . Получаем . 4. Проверяем, действительно ли полученный вектор суммы соответствует его аналитическому выражению. Векторную диаграмму напряжений строим аналогично. По второму закону Кирхгофа
Задача № 6
Дано: Uл =380 В Rф = 15Ом Хф = 8 Ом
Вектора линейных напряжений:
а) симметричный трёхфазный режим. Определим ток в каждой фазе. Поскольку цепь симметричная, остальные токи можем определить, сдвигая ток на -1200 и – 2400. Определим линейные токи В силу симметричности схемы остальные линейные токи проще определить, сдвигая ток Определим потребляемую приёмником активную мощность Строим топографическую диаграмму напряжений на комплексной плоскости.
I СА j U АВ UС А I А I АВ
I С I В
I ВС
U ВС б) Обрыв фазы АВ токи и такие же как в случае а). (такой же как и в случае а)
U СА I СА U АВ
I С
I ВС
U ВС
в) обрыв линейного провода
(как в случае а))
U СА U АВ
0о
I АВ
I В U ВС I ВС
Задача № 7
UЛ = 380 В RА=20 Ом RВ= 16 Ом RС= 12 Ом ХА= 0 Ом ХВ=-12 Ом ХС= 9 Ом а) Трехфазный режим ; ток в нейтральном проводе
Построим топографическую диаграмму напряжений на комплексной плоскости (1,j). U С IN
I C
00 I А U А
I В U В
б) Обрыв линейного провода А. - остаются как в режиме а); РА = 0
U С I N
I C
U В I В
в) Обрыв нейтрального провода и КЗ фазы А.
I С
U С
n А I В U В
Список литературы а) основная 1. Г.И. Атабеков и др. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи. С – П.Москва. Краснодар. 2009. 2.П.А. Ионкин. Теоретические основы электротехники. Высшая школа, 1975. 3.Г.В.Зевеке и др. Основы теории цепей. Энергия, 1976. 4.М.Р. Шебес. Сборник задач и упражнений по электротехники. Высшая школа, 1992. б) дополнительная литература 1.Ф.Е. Евдокимов. Теоретические основы электротехники. М. Академия, 2004. 2. Л.А.Бессонов. Теоретические основы электротехники. М. Академия, 2002. Пример выполнения расчетно-графических работ с использованием программы Mathcad.
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.126 сек.) |