Методическое пособие Электротехника

ное значение uC(0) и постоянную времени и сравнить с расчетом.

Содержание отчета

Отчет оформляется в соответствии с ГОСТ и требованиями МГТУ ГА. Отчет должен содержать:

5.электрические схемы опытов;

6.результаты измерений, расчеты и выводы по каждому опыту;

7.графики, осциллограммы;

8.вывод по лабораторной работе.

5.9. Контрольные вопросы

1.Сформулируйте законы коммутации.

2.Сформулируйте обобщенные законы коммутации.

3.Что такое принужденная и свободная составляющие токов и напряжений в переходном процессе?

4.Как по корням характеристического уравнения определить характер переходного процесса.

5.Запишите выражение для свободной составляющей тока при апериодическом, критическом и колебательном процессах.

6.Объясните энергетический процесс при разряде конденсатора.

7.Как определить собственную частоту и волновое сопротивление контура через его параметры?

8.Объясните, почему при апериодическом разряде напряжение на индук-

тивности в момент t = tкр имеет нулевое значение, а при t =2tкр наступает его отрицательный максимум?

9.Как угловая частота и затухание при колебательном разряде зависят от параметров цепи R, L, C?

10.Что такое постоянная времени переходного процесса?

Задачи

В данном разделе приведены задачи из следующих тем: «Электрические цепи постоянного тока», «Электрические цепи переменного тока», «Переходные процессы».

Электрические цепи постоянного тока

Задача №1. Построить ВАХ источника электрической энергии и определить внутреннее сопротивление источника энергии, зная, что Uхх = 50 В, а Iкз =

5 А.

52

Задача №2. Найдите эквивалентное сопротивление участка цепи (рис.59).

Рис.59 Участок цепи Задача №3. Определить ток в общем виде, протекающий в ветви (рис.60).

Параметры элементов: E = 100 В, R1 = 50 Ом, R2 = 40 Ом, Uхх = 400 В.

Рис.60. Участок цепи Задача №4. Преобразовать схему замещения реального источника элек-

трической энергии, имеющего следующую ВАХ (рис.61), и указать параметры этой схемы замещения.

Рис.61 ВАХ

Задача №5. Найти зависимость U(I) в схеме, представленной на рис.62.

Рис.62 Участок цепи Задача №6. Написать нужное количество уравнений по первому и второ-

му закону Кирхгофа для схемы, представленной на рис.63, а так же, используя произвольные значения сопротивлений и источников тока, найти токи в схеме.

53

Рис.63. Электрический контур Задача №7. Найти токи в схеме, представленной на рисунке, используя

метод частичных схем (значения сопротивлений и источников электрической энергии взять из задачи 6).

Задача №8. Рассчитать параметры схемы, представленной на рисунке 63, используя метод узловых потенциалов.

Задача №9. Рассчитать токи в ветвях схемы (рис.64), применив метод узловых потенциалов.

Рис.64 Электрический контур Задача №10. В схеме, представленной на рисунке 6, найти ток, протека-

ющий в ветви, содержащей источник ЭДС (E1), используя метод эквивалентного генератора (параметры схемы взять из задачи 64). При использовании метода эквивалентного генератора осуществить переход к схемам Тевенина и Нортона и сравнить результаты расчета.

Задача №11. Для схемы, представленной на рисунке 65, составить баланс мощностей. Параметры схемы: E = 100 В, R = 10 Ом, J = 5 A.

Рис.65 Электрический контур Задача №12. Для схемы, представленной на рисунке 66, составить баланс

мощностей. Параметры схемы: E = 120 В, R = 45 Ом, J = 8 A.

54

Рис.66. Электрический контур Задача №13. Для схемы, представленной на рисунке 66, составить баланс

мощностей. Параметры схемы указаны в задаче 66.

Электрические цепи переменного тока

Задача №1. Запишите выражения комплексной амплитуды тока в показательной и алгебраической формах для следующих синусоидальных величин:

; ;

.

Изобразите соответствующие векторы на комплексной плоскости. Задача №2. Изобразите соответствующие векторы на комплексной плос-

кости. Запишите векторы для мгновенных значений синусоидального тока, соответствующие следующим токам:

; ; .

Сформулируйте законы Кирхгофа в символической форме.

Задача №3. Напряжение, при котором происходит пробой конденсатора, равно 40 В. Можно ли включить конденсатор в сеть переменного тока с действующим напряжением 35 В?

Задача №4. Определите индуктивность катушки, сопротивление которой в цепи переменного тока частотой 50 Гц равно 20 Ом.

Задача №5. Найдите комплексное сопротивление участка цепи (рис.67). Параметры участка цепи: R = 10 Ом, = 10 Ом.

55

Рис.68. Участок цепи

Задача №8. Найти i(t) и Z участка цепи (рис.69). Параметры цепи: R = 10

Ом, L = 20 мГн, С = 4мкФ, , f = 400 Гц.

Рис.69. Участок цепи Задача №9. Построить векторную диаграмму и найти общее сопротивле-

ние для схемы, представленной на рисунке 70. Параметры схемы:

, R = 20 Ом, L = 10 мГн, С = 8 мкФ, f = 400 Гц.

Рис.70. Участок цепи

Задача №10. Определить показания вольтметра в цепи (рис.71), если R = 20 Ом, Ом, Ом показания вольтметра В.

Рис.71. Участок цепи Задача №11. Составить необходимое количество уравнений для схемы,

представленной на рис.72. Выбрать произвольные параметры и осуществить расчет схемы.

56

Рис.72 Электрический контур

Задача №12. Определить S, P, Q, если на выходе в RLC цепи приборы показали: U=100 В, I = 1 А, P = 60 Вт.

Задача №13. Составить баланс мощностей в символической форме для схемы, представленной на рис.73. Параметры схемы: E = 100 В, R = 10 Ом,

Ом, Ом.

Рис.73. Электрический контур Задача №14. Для схемы, представленной на рисунке 6, по рассчитанным

параметрам составить потенциальную диаграмму.

Переходные процессы в электрических цепях

Задача №1. Дана электрическая цепь, в которой происходит коммутация (Рис. 74). В цепи действует постоянная ЭДС Е. Требуется определить закон изменения во времени токов и напряжений после коммутации в ветвях схемы.

Рис. 74. Электрическая цепь Задача №2. Дана электрическая цепь, в которой происходит комму-

тация(Рис. 75). Цепь содержит источник постоянной ЭДС. Решить задачу классическим методом (найти закон изменения одной величины)

Решить задачу операторным методом (найти закон изменения одной величины)

57

На основании полученного аналитического выражения требуется построить график изменения искомой величины в функции време-

ни от t = 0 до t = 4/Pmin

Рис. 75. Электрический контур Задача №3. Для заданной схемы(Рис. 76) по заданным парамет-

рам(Табл.4.1) и значению постоянной ЭДС определить указанную величину. Задачу решить двумя методами: классическим и операторным. На основании полученного аналитического выражения построить график изменения искомой величины в функции времени в интервале от t=0 до t=3/|Pmin|

Таблица 4.1

Рис. 76. СхЭ

Задача №4. Дано: R1=30 kOm;R2=20 kOm; R3=40 kOm;C=0,1 мФ; J=10;мА.Схема представлена на рисунке 77.

Требуется определить i1(t), построить осциллограмму.

58

Рис. 77. Электрический контур

Задача №5. Дано: U=100B; R=270Om; L=0,01Гн; C=0,07 (Ф). Определить классическим методом напряжение Uc(t). Схема представлена на рисунке 78.

Рис. 78. Участок цепи.

Задача №6. Дано: E=200В; R=400 Ом; C=5мкФ. Определить все токи в цепи после коммутации классическим методом и любой из токов операторным методом. Схема представлена на рисунке 79.

Рис. 79. Электрический контур

Задача №7. Дано: L=7мГн;C=4мкФ; R=16 Ом. Рассчитать классическим методом переходной процесс в цепи II порядка и нарисовать переменные диаграммы тока через индуктивность и напряжение на емкости на интервале от t=0 до t=3ζ. Схема представлена на рисунке 80.

59

.

Рис. 80. Электрическая цепь

Литература

1.Резников Б.Л. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА. Измерительная техника комплекса National Instruments Multisim 10 в образовательном процессе, М. МГТУ ГА: 2012;

2.Резников Б.Л. ЭЛЕКТРОНИКА. Пособие по проведению электротехнической практики, М.: МГТУ ГА, 2010;

3.Резников Б.Л. ЭЛЕКТРОНИКА. Пособие по проведению электромонтажной практики, М.: МГТУ ГА, 2010;

4.Резников Б.Л. СХЕМОТЕХНИКА. Программный комплекс Multisim 10

вучебном процессе, М.: МГТУ ГА, 2010;

5.Артеменко Ю.П., Сапожникова Н.М. ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА. Пособие по выполнению лабораторных работ, М.: МГТУ ГА,

2005;

6.Марченко А.Л., Освальд С.В. Лабораторный практикум по электротехнике и электронике в среде Multisim, М.: ДМК Пресс, 2009;

7.В.Ф. Очков. Mathcad 14 для студентов и инженеров: русская версия.

СПб.: BHV, 2009;

8.Д. В. Кирьянов. Mathcad 13 (+ CD-ROM). С-Пб: БХВ-Петербург, 2006;

9.Касаткин А.С., Немцов М.В. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. М.: ACADEMA,

2005;

10.Кузовкин В.А.,Филатов В.В. Электротехника и электроника

М.Юрайт,2013

11. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC (Electronics

Workbench) М., Солон Р, 2000.

60

Приложение А – Краткое руководство по Mathcad Подготовка документа и расчет

Процесс счета и подготовки документации в Mathcad очень прост и интуитивно понятен. Главное окно Mathcad представлено на рис.90, в нем выполняются все действия (размещаются математические выражения, переменные, константы и результаты вычисления, а также графики функций). Окно разделено на несколько областей, каждая такая область обозначает печатную страницу будущего документа.

Рисунок 90 – Главное окно Mathcad 14

Переменные. Имена переменных

Счет в Mathcad очень похож на счет, производимый человеком в обычной жизни. Начинается с объявления или определения переменных, которые обозначают некоторые величины (известные или рассчитываемые в процессе счета). Имена в Mathcad могут содержать любые из следующих символов:

прописные и строчные латинские буквы. цифры 0 до 9.

знак подчёркивания ( _ ).

штрих ( ` ). Обратите внимание, что это не то же самое, что апостроф. Этот символ находится на одной клавише с тильдой (~).

символ процента (%).

греческие буквы, собраны в панели инструментов Greek.

символ бесконечности , находится в панели инструментов Calculs.

Имена функций и переменных не могут включать пробелы или любые иные символы, не перечисленные выше!