refik.in.ua 1


УКРАЇНСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМIЯ

ЗАЛIЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ
Факультет автоматики, телемеханіки та зв”язку

Кафедра “Електротехніка та електричні машини”


ЗАВДАННЯ на розрахункові роботи

та
методичні вказівки до їх виконання

з дисципліни “Електротехніка та електропостачання” для спеціальності “Залізничні споруди та колійне господарство”

і з дисципліни “Електротехніка в будівництві” для спеціальності “Промислове та цивільне будівництво”

Харків 2009

Завдання та методичні вказівки розглянуті та рекомендовані до друку на засіданні кафедри “Електротехніка та електричні машини” 2009 р., протокол № .

Наведені вихідні дані та послідовність розрахунку. Викладені методичні поради щодо виконання та запропоновані контрольні запитання для захисту розрахункових робіт.

Завдання охоплюють найважливіші теми дисциплін.

Методичні вказівки призначені для студентів денної форми навчання спеціальності “Залізничні споруди та колійне господарство”, що вивчають дисципліну “Електротехніка та електропостачання” та для студентів спеціальності “Промислове і цивільне будівництво”, що вивчають дисципліну і “Електротехніка в будівництві”

Укладач:
доцент О.М.Прогонний


Рецензент

доц.

ЗМІСТ
Загальні положення


Захист розрахункових робіт може проводитись усно при співбесіді з викладачем або письмово у вигляді контрольної роботи (тестів). Викладачем оцінюється виконання роботи і її захист. 33

Розрахункова робота №I 33

Задача 1 Розрахунок розгалуженого лінійного електричного кола постійного струму з одним джерелом електричної енергії 33

Методичні рекомендації щодо виконання 33


Задача 2 Розрахунок нерозгалуженого кола синусоїдного струму 34

Варіант 35

Задача 1 Розрахунок чотирипровідної системи живлення при несиметричному навантаженні 33

Вихідні дані та завдання 33

Література 36

ДОДАТОК А 37



Загальні положення

Виконання розрахункових робіт є важливим етапом у самостійній роботі студента над дисципліною і повинно свідчити про те, що відповідні розділи дисципліни пророблені і достатньо глибоко осмислені. Навчальним планом передбачені дві розрахункові роботи, по одній у кожному змістовному модулі. Перша розрахункова робота складається з двох задач, друга з однієї. За обсягом роботи не повинні перевищувати 5 аркушів.

Завдання мають 100 варіантів, що відрізняються один від одного схемами і числовими значеннями заданих величин. Варіант, який слід виконувати, визначається за двома останніми цифрами шифру студента (номера залікової книжки): по передостанній цифрі вибирається номер схеми, а по останній - номер варіанта числових значень величин.

Кожна робота виконується на аркушах паперу формату А-4, скріплених степлером. Перший аркуш – титульний лист. Робота може виконуватись від руки або на комп’ютері, на одній стороні аркуша з дотриманням встановлених полів.

Хід виконання робіт пояснюється та ілюструється схемами, векторними діаграмами і т.д. На електричних схемах повинні бути показані позитивні напрямки струмів.

Графічна частина роботи виконується акуратно за допомогою креслярського інструменту із дотриманням стандартів на умовні графічні позначення.

Слід дотримуватись такого порядку записів при обчисленнях: спочатку формула, потім підстановка числових значень, що входять у формулу без яких-небудь перетворень, потім - результат із вказівкою одиниць виміру.

Захист розрахункових робіт може проводитись усно при співбесіді з викладачем або письмово у вигляді контрольної роботи (тестів). Викладачем оцінюється виконання роботи і її захист.

Розрахункова робота №I



Задача 1 Розрахунок розгалуженого лінійного електричного кола постійного струму з одним джерелом електричної енергії



Вихідні дані та завдання

Для електричного кола, зображеного на рисунку 1.1, визначити струми і скласти баланс потужності. Значення опорів резисторів і напруги на затискачах кола приведені в таблиці 1.1.

Рисунок 1.1
Таблиця 1.1

Варіант

U, B

Опори, Ом

R1

R2

R3

R4

R5

R6

1

2

3

4

5

6

7

8

I

90

15

13

14

16

8

10

2

100

10

12

18

8

6


14

3

150

16

17

6

7

18

7

4

140

15

12

11

10

6

16

5

60

13

9

8

7

15

14

6

110

8

7

8

12

14

13

7

120

10

7

6

14

9

15

8

70

7

13

10

10

11

15

9

80

11

9

8

14

13

12

0


130

7

16

9

13

14

11



Методичні рекомендації щодо виконання


Теоретичний матеріал і приклади розрахунку наведені в: [I, § 1.8.1 - 1.10.4 ; 2, § 2.6-2.7; 3.1-3.3] .

Рекомендується такий порядок розрахунку:

  1. На вихідній схемі позначити всі шукані струми. Методом згортання схеми визначити загальний (еквівалентний) опір схеми. Для цього в схемі необхідно знаходити ділянки з послідовним або паралельним вмиканням опорів. В результаті згортання одержати еквівалентну схему:




2. За законом Ома для замкнутого кола визначити струм через джерело електричної енергії:

3. Застосовуючи перший або другий закони Кірхгофа визначити невідомі струми.

І закон Кірхгофа: . ІІ закон Кірхгофа:

4. Для перевірки правильності розрахунків скласти баланс потужностей:



У рівнянні: з лівої сторони – потужність, що розвивається джерелом, з правої сторони – сумарна потужність споживачів.

Задача 2 Розрахунок нерозгалуженого кола синусоїдного струму



Вихідні дані та завдання

Напруга на затискачах кола, зображеного на рисунку 1.2, змінюється за законом

Амплітудне значення Um і початкова фаза u напруги, а також значення активних R, індуктивних XL і ємнісних XC опорів наведені в таблиці 1.2.




Рисунок 1.2

Таблиця 1.2


Величина

Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Um, B

240

220

127

380

400

180

200

260

300

280

u, град

15

30

45

60

75

-15

-30

-45

-60

-75

R1,Ом

2

4


6

7

9

4

12

11

7

4

XL1, 0м

9

6

6

12

8

8

10

6

9

7

XC1, 0м

4

2

9

6

12

9

4

7

11

8

R2,Ом

9

6

6

12

8

14

11

6

5

4

XL2, 0м

7

6

2

9


8

9

11

4

8

6

XC2, 0м

2

6

9

12

8

7

6

9

12

9


Необхідно:

1) Визначити показання приладів, показаних на схемі.

2) Визначити закон зміни струму в колі.

3) Визначити активну, реактивну і повну потужності, споживані колом із мережі.

4) Представити векторну діаграму.

Методичні рекомендації щодо виконання

Теоретичний матеріал і приклади розрахунку наведені в [I, § 2.1-2.6; 2.10 ; 2, § 4.1- 4.12; 5.1-5.8]. Форми представлення комплексних чисел та дії з комплексними числами наведені у додатку А.

Рекомендується такий порядок розрахунку:

1. Записати в комплексній формі величину прикладеної напруги , В.

де: - діюче значення напруги, u – початкова фаза напруги.

2. Обчислити загальний комплексний опір електричного кола в показовій формі , Ом.

де: реактивний опір Х береться з +, якщо це індуктивність і з - , якщо ємність, =u - i – зсув фаз.


3. За законом Ома в комплексній формі визначити струм, що протікає у колі: , А. Амперметр показує діюче значення струму І.

4. Визначити діюче значення напруги на ділянці електричного кола , В.

де величина опору ділянки кола.

5. Записати миттєве значення струму у колі: , А.

6. Обчислити потужності, споживані колом: активна потужність , Вт; реактивна потужність , Вар; повна потужність , ВА.

7. Побудувати векторну діаграму.

Векторна діаграма – це зображення на комплексній площині векторами всіх струмів і напруг, що діють у колі. При послідовному вмиканні опорів побудову векторної діаграми рекомендується починати з вектора струму. Вектори напруг на елементах кола слід показувати, керуючись положенням: на активному опорі напрямок струму і напруги співпадають, на індуктивності – напруга випереджає струм на 90о, а на ємності – напруга відстає від струму на 90о. Вектор напруги джерела одержують на основі другого закону Кірхгофа, складаючи вектори напруг окремих елементів.
Запитання для захисту розрахункової роботи №1

1. Дати визначення і вміти показати на схемі топологічні елементи електричних кіл.

2. Від яких параметрів залежить величина активного опору?

3. Як визначається загальний опір при послідовному вмиканні опорів?


4. Як визначається загальний опір при паралельному вмиканні опорів?

5. Дати визначення закону Ома для замкнутого кола і ділянки.

6. Сформулювати І закон Кірхгофа і показати його застосування в розрахунковій роботі.

7. Сформулювати ІІ закон Кірхгофа і показати його застосування в розрахунковій роботі.

8. Визначення потужностей джерела і споживачів.

9. Баланс потужностей: його призначення і правила складання.

10. Який струм називається синусоїдальним (змінним)?

11. Якими параметрами описується змінний струм?

12. Які елементи здійснюють опір змінному струму? Як визначити ці опори?

13. Як визначається загальний опір кола при послідовному вмиканні резистора, індуктивності і ємності? Трикутник опорів?

14. Що називають зсувом фаз у колі синусоїдного струму?

15. Як записується миттєве значення синусоїдного струму?

16. Як представити синусоїдну величину струму комплексним числом (символом)?

17. Закон Ома у символічній формі.

18. Як визначаються активна, реактивна і повна потужності? Одиниці їх вимірювання.

19. Що собою представляє трикутник потужностей?

20. Що таке коефіцієнт потужності кола змінного струму?

2 Розрахункова робота №2

Задача 1 Розрахунок чотирипровідної системи живлення при несиметричному навантаженні

Вихідні дані та завдання


До трифазного джерела із симетричною системою фазних напруг підключене навантаження, зображене на рисунку 2.1. Величини лінійної напруги Uл, активних R, індуктивних XL і ємнісних XC опорів приймачів наведені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1

Варі-

ант


Uл, В

Опори, Ом

R1,

XL1

XC1

R2,

XL2

XC2

R3,

XL3

XC3

1

220

4

8

6

4

5

7

4

7

7

2

380

6

4

8

6

3

8

2

8

6

3

220

8

6

5

3

6

3

5

9

7

4

220

5

3

9

5

4

9


7

8

8

5

380

9

9

3

4

4

9

7

9

7

6

380

6

4

8

5

3

9

9

6

8

7

220

7

9

7

3

5

3

7

7

4

8

380

3

7

9

6

7

4

5

4

8

9

220

6

8

2

8

3

6

8

4


6

0

380

7

7

4

7

5

4

6

8

4




Рисунок 2.1

Необхідно:

  1. Визначити струми в лінійних і нейтральному проводах.

  2. Визначити фазну напругу на споживачах при обриві нульового проводу.

  3. Обчислити коефіцієнт потужності системи живлення.



Послідовність розрахунку:

1. Визначити діюче значення фазної напруги джерела та записати в комплексній формі напруги фаз:

, , ,
2. Визначити комплексні опори навантаження у фазах:







3. За законом Ома визначити фазні струми:

,

,


4. За першим законом Кірхгофа обчислити струм у нульовому проводі:

, А

5. Обчислити напругу між нульовими точками джерела і навантаження при обриві нейтрального провода за формулою:



6. Визначити величину фазних напруг споживачів при обриві нейтрального провода:

, .

7. Обчислити активну, реактивну, повну потужності кожної фази і всієї системи живлення.

Активна потужність відповідної фази: .

Реактивна потужність: .

Сумарні потужності трифазної системи:

,

Повна потужність трифазної системи живлення:

8. Визначити коефіцієнт потужності трифазної системи живлення:


Запитання для захисту розрахункової роботи №1

1. Дати визначення трифазного кола.

2. Що представляє собою трифазне симетричне джерело напруги? Його векторна діаграма.

3. Представлення напруг у показовій формі комплексним числом.

4. Що називається фазою у трифазних колах?


5. Види з’єднання обмоток трифазного генератора. Представити схеми.

6. Яке навантаження називається несиметричним?

7. В яких випадках застосовується чотирипровідна схема живлення?

8. Які струми і напруги називаються фазними, лінійними? Показати на схемі розрахункової роботи.

9. Як визначаються фазні струми, струм у нейтральному проводі.

10. Як пов’язані по величині фазна і лінійна напруги при вмиканні навантаження “зіркою”?

11. Призначення нейтрального проводу у схемі зірка-зірка при несиметричному навантаженні.

12. Що станеться з чотирипровідною схемою живлення при обриві лінійного проводу?

13. Чому при симетричному навантаженні не потрібен нульовий провід?

14. Яке явище у трифазних колах називають перекосом фаз?

15. До яких наслідків може призвести перекос фаз?

16.Чому у нульовому проводі не дозволяється установка вимикачів або запобіжників?

17. Переваги чотирипровідної схеми живлення перед вмиканням навантаження трикутником.

18. Як можуть бути розраховані активні, реактивні і повні потужності фаз.

19. Як визначити повну потужність, споживану трифазною системою живлення.

20. Економічне значення підвищення коефіцієнта потужності.

Література


1. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

2. Электротехника /Под ред. проф. В.С. Пантюшина. – М.: Высшая школа, 1976.

3. Электротехника /Под ред. В.Г. Герасимова. –М.: Высшая школа, 1985.

4. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Сборник эадач по электротехнике и основам электроники / Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Высшая школа, 1987.

6. Глушков Г.Н. Электроснабжение строительно-монтажных работ. –М.: Стройиздат, 1982.

7. Касаткии А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

ДОДАТОК А


ПОЗНАЧЕННЯ КОМПЛЕКСНИХ ВЕЛИЧИН

Комплексні величини слід позначати так:



де - одна з комплексних величин;

- дійсна частина комплексної величини;

- уявна частина комплексної величини;

– модуль комплексної величини;

 - аргумент комплексної величини.

Спряжена комплексна величина



Припускається для позначення комплексних діючих і амплітудних значень величин, що є синусоїдними функціями часу, замість вищевказаних позначень ставити крапку над основним позначенням величини, наприклад: -комплекс діючого значення струму; - комплексна амплітуда магнітного потоку.