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

Читайте также:
  1. II. Работа в базе данных Microsoft Access
  2. II. Работа с лексическим составом языка
  3. II. Работа с текстом
  4. IV. Культурно-просветительская работа.
  5. IV. Работа с текстом
  6. V1: Договорная работа с поставщиками и посредниками
  7. Автором опыта выделен алгоритм формирования умения работать с моделями.
  8. Безопасность при погузочно-разгрузочных работах.
  9. Безопасность труда при эксплуатации установок и сосудов работающих под давлением
  10. Бумаги или работа?
  11. В 1. Физическая сущность сварочной дуги. Зажигание дуги. Термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии. Работа выхода электрона.
  12. В Казахстане разработали интернет-алфавит казахского языка на латинице

 

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.

 

Но-мер вари-анта Данные к задаче № 1   Ном-мер вари-анта Данные к задаче № 1
Rвт Ом R1 Ом R2 Ом R3 Ом R4 Ом R5 Ом Rвт Ом R1 Ом R2 Ом R3 Ом R4 Ом R5 Ом
                           
                           
                           
                           
                           

 

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.

 

Номер варианта Данные к задаче № 2
Е1, В Е2, В R1, Ом R2, Ом R3, Ом R4, Ом R5, Ом R6, Ом
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                 
                 

 

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.

 

 

Номер варианта Данные к задаче № 3
Е1, В Е2, В Е3, В R1, Ом R2, Ом R3, Ом R4, Ом
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               

 

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.

 

Номер варианта Данные к задаче № 4
U,В R1,Ом R2,Ом R3,Ом R4,Ом R5,Ом R6,Ом R7,Ом R8,Ом
    4,0 1,0 6,0 2,0 5,0 8,0 3,0 6,0
    4,0 2,0 10,0 3,0 8,0 6,0 5,0 10,0
    5,0 3,0 8,0 1,0 3,0 8,0 6,0 8,0
    2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 2,0 3,0 4,0
    1,0 3,0 2,0 4,0 5,0 6,0 4,0 2,0
    3,0 2,0 8,0 2,0 5,0 4,0 12,0 12,0
    6,0 3,0 16,0 5,0 4,0 8,0 10,0 16,0
    7,0 2,0 20,0 3,0 5,0 10,0 6,0 20,0
    3,0 2,0 6,0 5,0 8,0 4,0 4,0 6,0
    4,0 3,0 8,0 1,0 2,0 6,0 8,0 8,0

 

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.

 

Номер варианта Данные к задаче № 5
U, В R1, Ом Х1, Ом R2,Ом Х2, Ом R3, Ом Х3,Ом
              -2
          -3    
              -5
          -6   -5
              -8
          -3    
              -2
          -6    
               
          -2    

 

 

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.

 

Номер варианта Данные к задаче № 6 Номер варианта Данные к задаче №6
Uл, В Rф,Ом Хф, Ом     Uл, В Rф, Ом Хф,Ом
                 
                -4
                -8
                -15
                -6

 

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.

 

 

Номер варианта Данные к задаче № 7
Uл, В RА, Ом ХА, Ом RВ, Ом ХВ, Ом RС, Ом ХС, Ом
              -12
          -3    
              -24
          -6    
              -24
          -12    
              -12
          -15    
              -3
          -18    

 

 

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.

1 0 -1 -1 0 0 0 0 1 0 1 -1 0 0 -1 0 1 0 0-1 0 0,1 0 2 0 0 0 220 0 0 -2 1-2,5 -1,5 0 0-0,2 0 0-2,5 0 -215


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 1g23g4

1(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; ; ; 1 = 1+j 0,5 Ом

2 = 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1 | 2 |

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.)