ЗАДАЧИ ТОЭ

Авторы: Р.В. Ахмадеев, И.В. Вавилова, П.А. Грахов, Т.М. Крым-

ская

УДК 621.3.(07) ББК 31.2 (Я7)

Электрические и магнитные цепи: Практикум по дисциплине «Электротехника и электроника» / Р.В. Ахмадеев, И.В. Вавилова, П.А. Грахов, Т.М. Крымская. – Уфа: УГАТУ, 2007. – 78 c.

ISBN

Практикум соответствует государственным образовательным стандартам дисциплины «Электротехника и электроника» для направлений подготовки ба- калавров и дипломированных специалистов 090100, 140100, 140500, 150200, 150400, 150500, 150600, 150700, 150800,160100, 160300, 220100, 220200, 220300, 220400, 230100, 230200, 230400, 280100, 280200.

Представлен материал по решению типовых задач к лабораторно- практическим занятиям, который охватывает следующие темы: методы расчета линейных электрических цепей, расчет однофазных и трехфазных цепей пере- менного тока, расчет магнитных цепей с переменной магнитодвижущей силой.

Предназначено для студентов вузов неэлектротехнических специально- стей, изучающих данную дисциплину по дневной, вечерней, а также по заочной форме обучения.

Ил. 68. Табл. 31. Библиогр.: 9 назв.

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. Фаттахов Р.К., канд. техн. наук, доц. Чечулина И.Е.

ББК 31.2 (Я7)

ISBN 5-86911-543-4

С Р.В. Ахмадеев, 2007 С И.В. Вавилова, 2007 С П.А. Грахов, 2007 С Т.М. Крымская, 2007

С Уфимский государственный авиационный технический университет, 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие……………………………….……..…… .…..…..………5

Лабораторно-практическое занятие № 1.

Исследование электрической цепи постоянного тока

с одним источником энергии…….…………….7

Типовые задачи ………………….……………………. ………………..7

Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..14

Лабораторно-практическое занятие № 2.

Изучение аналитических методов расчета цепей

и их экспериментальная проверка…………….16

Типовые задачи ………………….……………………. ……………....16

Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..25

Лабораторно-практическое занятие № 3.

Анализ однофазных неразветвленных цепей переменного тока

с RL и RC приемниками……………………27

Типовые задачи ………………….……………………. ……………....27

Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..32

Лабораторно-практическое занятие № 4.

Исследование неразветвленной электрической цепи переменного тока…………….……….…34

Типовые задачи ………………….……………………. ……………....34

Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..44

Лабораторно-практическое занятие № 5.

Исследование разветвленной электрической цепи синусоидального тока……………….………46

Типовые задачи ………………….……………………. ……………....46

Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..54

Лабораторно-практическое занятие № 6. Трехфазные цепи. Схема соединения «звезда»…..…………56

Типовые задачи ………………….……………………. ……………....56

Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..61

Лабораторно-практическое занятие № 7. Трехфазные цепи. Схема соединения «треугольник»..…………62

Типовые задачи ………………….……………………. ……………....62

Варианты заданий к самостоятельной рабо- ….….………..69

те……….

Лабораторно-практическое занятие № 8.

Магнитные цепи с переменной магнитодвижущей силой (МДС)……71

Типовые задачи ………………….……………………. ……………....71

Варианты заданий к самостоятельной работе………. ….….………..76

Список литературы………..…………………………...…..…………..78

ПРЕДИСЛОВИЕ

Практикум предназначен для организации самостоятельной работы сту- дентов неэлектротехнических специальностей и направлений, изучающих дисциплину «Электротехника и электроника» и составлены в соответст- вии с требованиями Государственных образовательных стандартов.

Настоящий практикум является составной частью комплекса учебно-методических материалов, обеспечивающих организацию и проведение лабораторно-практических занятий, предусмотренных рабочими программами данной дисциплины. В соответствии с реко- мендациями типовой программы дисциплины «Электротехника и электроника» лабораторно-практическое занятие по определенной теме состоит из двух основных частей – расчетной и эксперименталь- ной. В расчетной части предполагается решение типовых задач как совместно с преподавателем, так и самостоятельно. В эксперимен-

тальной части проводится эксперимент с последующей обработкой результатов, в некоторых случаях с применением ЭВМ. Для повыше- ния эффективности проведения лабораторно-практического занятия в условиях дефицита аудиторного времени, решение основных типо- вых задач осуществляется студентами самостоятельно в виде актив- ной самоподготовки к предстоящему занятию. Непосредственно на занятии вместе с преподавателем разбираются только те задачи, ко- торые вызвали затруднения.

В практикуме приведены задачи по основным темам раздела «Электрические и магнитные цепи»: методы расчета электрических цепей с линейными и нелинейными элементами, расчет цепей сину- соидального однофазного и трехфазного тока, расчет магнитных це- пей переменного тока.

При подготовке к лабораторно-практическому занятию студен- ты решают одинаковые типовые задачи, но с различными числовыми значениями; варианты этих числовых значений приведены к каждому занятию и могут выдаваться как индивидуально, так и на 2-3 человек, выполняющих работу на одном стенде.

Практикум составлен для восьми лабораторно-практических за- нятий и охватывают весь объем материала, предусмотренный типо- вой программой по дисциплине. В зависимости от целей обучения, сформулированных в Государственных образовательных стандартах, студенты выполняют лабораторно-практические занятия по всем те- мам или по каким-либо отдельным.

Лабораторно-практическое занятие № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕР-

ГИИ

Типовые задачи

Задача 1.1. Генератор постоянного тока бортовой сети самолета при токе 20 А имеет на зажимах напряжение 200 В, а при токе 60 А – 196 В. Определить внутреннее сопротивление и ЭДС источника элек- трической энергии. Построить внешнюю характеристику, используя данные табл. 1.1.

Решение

Генератор является реальным источником ЭДС и имеет схему замещения (рис.1.1, а). Основной характеристикой, связывающей на- пряжение на генераторе и ток нагрузки, является вольтамперная ха- рактеристика, называемая внешней характеристикой. Она описыва-

ется уравнением

Рис. 1.1

Заданы два рабочих режима (точки 1 и 2), описываемых этим уравнением (1.1), следовательно, можно составить систему из этих двух уравнений, путем решения которой определить E и R0:

Откуда E = 202 В, R0 = 0,1 Ом.

Решить задачу 1.1 самостоятельно, используя данные табл. 1.1. Номер варианта выдается преподавателем.

Задача 1.2. Заданы параметры элементов электрической цепи Е,

B, R1, Ом.

1)определить токи в ветвях;

2)определить показание вольтметра PV.

Решение

Цепь имеет один источник ЭДС, поэтому для определения токов в ветвях необходимо воспользоваться методом эквивалентных преоб- разований, т.е. сложное смешанное соединение приемников (рис.1.2,а) путем поэтапных преобразований привести к простейшему виду (рис. 1.3,б).

Рис. 1.2

Исходное направление токов в ветвях выбирают произвольно. Цепь имеет 5 ветвей и 3 узла. Вольтметр не создает пути для проте- кания тока, так как Rv→∞, поэтому в расчетную схему его не вклю- чают.

1. Определение эквивалентного сопротивления Rэ.

Схема «сворачивается» к источнику ЭДС. Сопротивления R5 и R6 соединены параллельно, их эквивалентное сопротивление опреде-

Сопротивление R4 соединено последовательно с R56

R456= R4+ R56=24+6=30, Ом.

Сопротивления R2 и R3 соединены последовательно (представ- ляют собой одну ветвь)

R23= R2+ R3=10+20=30, Ом.

В результате проведенных преобразований схема имеет вид

(рис. 1.3, а).

Сопротивления R23 и R456 соединены параллельно, так как имеют

общие узлы а и с

Сопротивление R1 соединено с R23456 последовательно, это и бу- дет эквивалентное сопротивление (рис. 1.3, б)

Rэ= R1+ R23456=10+15=25, Ом.

2. Определение токов в ветвях.

Ток, протекающий через источник, I1 = E = 250 = 10, A.

Rэ 25

Остальные токи определяются по I и II законам Кирхгофа.

Для контура, содержащего сопротивления R1, R2 и R3, можно со- ставить уравнение по II закону Кирхгофа. Направление обхода выби- рают произвольно, например, против часовой стрелки

R1 I1+ R2 I2+R3 I2=E,

I2 = E - R1I1 = 250 -+10 ×10 = 5, A. 10 20

Ток I4 определяется по I закону Кирхгофа, уравнение для узла а

имеет вид: I1 - I2 - I4 = 0; I4 = I1- I2 = 10 – 5 = 5 А.

Токи I5 и I6 можно определить аналогично токам I2 и I4 по зако- нам Кирхгофа, или с точки зрения удобства воспользоваться форму-

4. Анализ результатов – составление баланса мощностей.

Для проверки правильности выполненного решения необходимо составить баланс мощностей – мощность, производимая источником, равна сумме мощностей, производимых приемниками

Pист= EI1 = 250×10 =2500, Вт,

åPприемн = R1I12 + R2I22 + R3I22 + R4I42 + R5I52 + R6I62 =

= 10 ×102 + (10 + 20)× 52 + 24 × 52 +10 × 32 +15 × 22 = 2500, Вт.

Баланс выполняется, значит, токи определены верно.