Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ
Государственное автономное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Орский индустриальный колледж»
г. Орска Оренбургской области
|
СОГЛАСОВАНО |
УТВЕРЖДАЮ |
|
Заместитель директора по УР ______________ С.В. Селезнева |
Директор ГБОУ СПО «ОИК» |
|
«____» _______________ 2013 г. |
___________ Г.А. Вереницина |
Методические указания по выполнению практических работ
для студентов 2 курса
по дисциплине ОП 05. Теория электрических цепей
для специальности: 210723 Сети связи и системы коммутации с направлением углубленной подготовки «Цифровые технологии в сетях связи и системах коммутации».
Разработал преподаватель: О.А. Нецветаева.
Одобрено предметной (цикловой) комиссией электротехнических дисциплин и связи.
Протокол № ____ от «___» ______________ 2013 года
Председатель ______________ М.А. Махеня.
2013
Практическая работа №1
по дисциплине ОП 03. Теория электрических цепей.
Тема: «Электростатическое поле».
Цель работы: Расчет электростатических полей.
Оснащение
Основные теоретические положения
Напряжение U между двумя точками электрического поля равно разности потенциалов поля V1 и V2 в этих точках и определяется по формуле:
(1)
Напряженность Е электрического поля между двумя бесконечными заряженными плоскостями одинакова во всех точках.
Порядок выполнения работы
1. Найти распределение потенциалов Vв поле между двумя заряженными пластинами бесконечной протяженности рис.1 , если известно, что U= 100В, а расстояние от произвольной точки до отрицательной пластины равно: 1) 0; 2) 1 / 4; 3) 1 / 2 общего расстояния между пластинами.
Показать на графике распределения потенциалов эти точки.
Потенциал отрицательной пластины примем равным нулю.
Рис.1
Таким образом, между двумя бесконечными плоскостями, заряженными противоположно с одинаковой плотностью заряда, потенциал изменяется по линейному закону, уменьшаясь на пути от положительной пластины к отрицательной. На рис.2 показан график распределения потенциала V между пластинами.
Рис.2
2.Напряжение между каждым из трех проводов линии передачи и землей изменяется в соответствии с графиками на рис.3. Полагая потенциал земли равным нулю, определить напряжения между каждой парой проводов в моменты времени:
t1 = 0с ; t2 = 0,005с ; t3 = 0,01с
Рис.3
Контрольные вопросы
1.Что такое электрическое напряжение?
2. Что такое электрический потенциал?
Практическая работа №2
по дисциплине ОП 03. Теория электрических цепей.
Тема: «ЭДС и мощность источников электрической энергии».
Цель работы: Расчет ЭДС и мощности источников электрической энергии.
Оснащение
Основные теоретические положения
Величина энергии, вырабатываемой за единицу времени, т.е. скорость преобразования энергии в источнике, называется мощностью источника:
Ри = Е I.
Единица энергии – джоуль (Дж). Единица мощности – джоуль/секунда = вольт х ампер = ватт (Вт). Это основные единицы мощности и энергии. Измерять большие мощности и количества энергии удобнее более крупными единицами, чем ватт и джоуль. Поэтому пользуются производными единицами: 1 киловатт (кВт) = Вт, и 1 мегаватт (МВт) = Вт, 1 киловатт-час (кВт-ч) = 1000 х 3600 = 36 х Вт с (или Дж)
Порядок выполнения работы
1.Два генератора постоянного тока,( рис.1) работая круглосуточно на общий приемник, выработали вместе за месяц 96 000 кВт ч электроэнергии. В течение 10 суток этого месяца первый генератор находился в ремонте. За это время счетчик электрической энергии, установленный на линии к приемнику, показал 24 000 кВт ч. Определить мощность и ЭДС каждого генератора, если амперметр в цепи первого генератора во время работы показывал 500 А, а в цепи второго 1000 А.
Рис.1
Г1 и Г2 – генераторы; П – приемник, Wh1 и Wh2 - счетчики электроэнергии; А1 и А2 – амперметры; В1 и В2 – выключатели; I1 и I 2 – токи генераторов; I п – ток приемника; Е1 и Е2 – э. д. с. генераторов.
Мощность второго генератора определим по показаниям счетчика за 10 суток, в которые первый генератор находился в ремонте. В это время второй генератор работал один:
Энергия, выработанная первым генератором за месяц:
Мощность первого генератора:
ЭДС второго генератора:
ЭДС первого генератора:
2. Аккумуляторная батарея при разрядке работала с током I = 50 А в течение 10 ч. определить мощность батареи, если ее э. д. с. в течение всего периода работы оставалась практически постоянной, равной 20 В. Определить стоимость электрической энергии, выработанной батареей, при цене 4 руб. за 1 кВт ч.
3. Определить плотность тока в проводах сечением 10 , соединяющих приемник с генератором, суточная выработка энергии которого составляет 120 кВт ч при э. д. с. Е=100 В.
Контрольные вопросы
1.Что такое мощность?
2. Что такое плотность тока?
3.Сказать формулу площади круга. Как найти его радиус, если известна его площадь?
Практическая работа №3
по дисциплине ОП 03. Теория электрических цепей.
Тема: «Неразветвленные электрические цепи».
Цель работы: Расчет неразветвленных электрических цепей.
Оснащение
Основные теоретические положения
Первый закон Кирхгофа применяется к узлам электрических цепей.
В ветвях, образующих узел электрической цепи, алгебраическая сумма токов равна нулю: Σ I = 0.
Или: сумма токов, направленных к узлу электрической цепи, равна сумме токов, направленных от этого узла.
Второй закон Кирхгофа применяется к контурам электрических цепей:
В контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений на его ветвях равна нулю: Σ U = 0.
Или: в контуре электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжения на пассивных элементах равна алгебраической сумме э.д.с. этого контура. Σ I R = Σ E.
Элементы неразветвленной электрич. цепи соединены между собой последовательно.
Отличительной особенностью последовательного соединения является то, что электрический ток во всех участках цепи один и тот же, а общее сопротивление неразветвленной цепи равно сумме сопротивлений ее участков.
Порядок выполнения работы
Рис.1
Генератор постоянного тока, аккумуляторная батарея и два резистора составляют неразветвленную цепь. Э.д.с. генератора Ег = 120 В, внутреннее сопротивление rг=1 Ом,
э.д.с. батареи Еа = 72 В, внутреннее сопротивление rа=3 Ом, R1 = 16 Ом, R2 = 12 Ом.
Определить ток в цепи, составить баланс мощностей.
Решение. Из схемы видно, что генератор и акк. батарея включены согласно: относительно произвольно выбранного направления обхода цепи обе э.д.с. направлены одинаково.
Эквивалентная э.д.с. цепи Е = Ег + Еа (вычислить )
Эквивалентное внутреннее сопротивление r = rг+ rа (вычислить )
Эквивалентное сопротивление нагрузки R = R1 + R2 (вычислить )
Ток в цепи I = Е/ (R + r) (вычислить )
Для составления баланса мощностей найдем мощность каждого элемента цепи:
Генератора Рг = Ег I (вычислить )
Аккумуляторной батареи Ра = Еа I (вычислить )
Потерь внутри генератора Рог = I ²rг (вычислить )
Потерь внутри аккумуляторной батареи Роа = I ²rа (вычислить )
Потребления в резисторе R1 Р1= I ²R1 (вычислить )
Потребления в резисторе R2 Р2 = I ²R2 (вычислить )
Баланс мощностей (общая мощность источников энергии равна суммарной мощности потребления) Рг + Ра = Рог + Роа + Р1+ Р2 (вычислить )
R2 Е2
3 4 5
I
r1 Е1 R3
2
R1
Е3 R4
1 7 6
r3
Генератор с э.д.с. Е1 = 100 В, аккумуляторы с э.д.с. Е2 = 130 В и Е3 = 90 В. Сопротивление потребителей R1 = 16 Ом; R2 = 12 Ом; R3 = 4 Ом; R4 = 8 Ом.
Внутренние сопротивления источников r1 = 6 Ом, r2 = 9 Ом, r3 = 5 Ом.
Определить ток в цепи, составить и проверить баланс мощностей.
Контрольные вопросы
1. Для каких цепей применим 1закон Кирхгофа?
2. Для каких цепей применим 2закон Кирхгофа?
3.Какие активные элементы схем вы знаете, по какому признаку?
Практическая работа №4
по дисциплине ОП 03. Теория электрических цепей.
Тема: «Разветвленные электрические цепи».
Цель работы: Расчет разветвленных электрических цепей.
Оснащение: 1) Схемы разветвленных электрических цепей.
Основные теоретические положения
Первый закон Кирхгофа: сумма токов, направленных к узлу электрической цепи, равна сумме токов, направленных от этого узла.
Второй закон Кирхгофа: в контуре электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжения на пассивных элементах равна алгебраической сумме э.д.с. этого контура. Σ I R = Σ E.
При последовательном соединении электрический ток во всех участках цепи один и тот же, а общее сопротивление неразветвленной цепи равно сумме сопротивлений ее участков.
Порядок выполнения работы
Решить задачи по схеме, если дано: Е = 130 В, r = 0.5Ом, R1 = 30 Ом, R2 = 20 Ом,
R3 = 12 Ом.
Определить токи в схеме, мощность передачи энергии приемникам и к.п.д. источника.
Решение. Вначале определим эквивалентное сопротивление между точками А и Б:
1/ R = 1/ R1 + 1/ R2 +1/ R3 Вычислить.
Ток в неразветвленной части цепи: I = E / (r + R ) Вычислить.
Для определения токов в параллельных ветвях между узловыми точками, определим напряжение на зажимах источника. Которое ,в данном случае, равно напряжению на приемниках:
U = E – I r = I R Вычислить.
I1 = U/ R1 I2 = U/ R2 I3 = U/ R3 Вычислить.
Проверим, правильность решения: I = I1 + I2 + I3 Проверить.
Мощность передачи энергии приемникам Р = IU Вычислить.
К.п.д источника ή = U/ Е Вычислить.
2) Задача № 2.
Выполнить расчет электрической цепи по схеме, схему нарисовать самим, если сопротивление R3 отключено, а э.д.с. источника Е останется без изменения. Вычислить общий ток в цепи.
По схеме к задаче №1 известно: R1 = 10 Ом, R2 = 15 Ом, R3 = 6 Ом ,
r = 0.5 Ом , I3 = 10 А.
Определить токи в схеме, мощность и к.п.д источника
Контрольные вопросы
.
Практическая работа №5
по дисциплине ОП 03. Теория электрических цепей.
Тема: «Разветвленные электрические цепи».
Цель работы: Расчет электрических цепей (метод «свертывания» цепи).
Оснащение 1) Схемы разветвленных электрических цепей.
Основные теоретические положения
Метод эквивалентных сопротивлений применяется для расчета таких электрических цепей, в которых имеются пассивные элементы, включенные между собой последовательно, параллельно или по смешанной схеме.
На схеме рис. а) сопротивления R3 и R4 включены последовательно: между ними (в точке 3) нет ответвления с током, поэтому I3= I4, Эти два сопротивления можно заменить одним (эквивалентным), определив его как сумму R3 + R4 = R 3.4.
После такой замены получиться более простая схема рис. б).
Сопротивления R3 и R4 соединены параллельно, их можно заменить одним (эквивалентным), определив его по формуле:
R 2.4= (R 2 R 3.4) / (R2 + R3.4)
и получить более простую схему рис. в).
В схеме рис. в) сопротивления R1, R2.4, R 5. соединены последовательно. Заменив эти сопротивления одним (эквивалентным) сопротивлением между точками 1 и 5, получим простейшую схему рис. г)
Подобное преобразование дает упрощение сложных схем и значительно упрощает расчет.
Определение токов. В схеме рис. г) ток определяется по закону Ома. Токи в других ветвях первоначальной схемы определяют, переходя от схемы к схеме в обратном порядке
По рис.в) видно, что I5 = I1= I2 + I3.
Кроме того, напряжение между точками 2 и 4 U2.4 = I 1R2.4.
Зная это напряжение, легко определить токи I2 и I3= I4;
I2= U2.4/ R2; I3= I4= U2.4/ R3.4.
После определения токов I1 и I5 напряжение U2.4 можно найти как разность потенциалов между точками 2 и 4. Для этого положим V4 известным (например, равным нулю), а V2 найдем. Обойдя от точки 4 неразветвленный участок цепи с током I1 = I5 :
V2 = V4 - I5 R5 + Е – I1 r - I1 R1 ;
U2.4 = V2 - V4 = Е – I (R5+ r + R1).
Порядок выполнения работы
Решить задачи
R5 = 1,5 Ом, Е = 160 В, r = 0.5Ом.
Определить токи во всех элементах схемы и к.п.д источника.
Рис.1
Контрольные вопросы
1.В чем суть метода «свертывания» цепей?
Практическая работа №6
по дисциплине ОП 03. Теория электрических цепей.
Тема: «Разветвленные электрические цепи».
Цель работы: Расчет электрических цепей (метод узловых и контурных уравнений).
Оснащение 1) Схема разветвленной электрической цепи.
Основные теоретические положения
Рассматривая схему любой разветвленной электрической цепи, можно отметить в ней электрические узлы и выделить контуры. Для каждой узловой точки можно составить уравнения токов по первому закону Кирхгофа (узловые уравнения, при наличии в схеме n узлов можно составить n-1 независимых уравнений ); для каждого контура- уравнение напряжений по второму закону Кирхгофа (контурные уравнения).
Их всех контуров схемы выбирают те, для которых можно составить наиболее простые независимые уравнения. Но каждое последующее уравнение должно бытьнезависимо от предыдущих. Если в данный контур входит хотя бы одна ветвь схемы. Которая не входила в уже использованные контуры. Можно сказать, что число независимых контурных уравнений для схемы, содержащей m ветвей и n узлов, составляет m - n + 1.
В эти уравнения входят токи в ветвях, определение которых составляет цель расчета, которая достигается совместным решением системы узловых и контурных уравнений; их число должно быть равно числу неизвестных токов.
Прежде, чем составлять уравнения, необходимо выбрать условно-положительное направление тока в каждой ветви (токов сколько – столько и число ветвей). Действительные направления могут не совпадать с условно-положительными. Если направление тока выбран неправильно, то ток получиться отрицательным.
Правильность определения токов в цепи можно проверить, подставив их найденные величины в одно из уравнений, которые составлены. Но не вошли в систему уравнений, взятых для решения. А можно составить баланс мощностей цепи.
Порядок выполнения работы
Выполнить задания:
1) По схеме рис.1 а) для узлов 1, 3, 4, 6 составить узловые уравнения;
б) для контуров 1-2-3-1, 1-3-6-1, 6-3-4-6, 6-4-5-6 составить контурные уравнения.
2) Методом узловых и контурных уравнений определить токи в цепи рис.2, для которой заданы: Е1 = 120 В, Е2 = 140 В, r1 = r2 = 1 Ом, R =27 Ом.
Рис.1
Рис.2
Контрольные вопросы
1.В чем суть метода узловых и контурных уравнений?
2.Как можно проверить правильность решения?
3.Какие выводы можно сделать, если найденный ток имеет отрицательное значение?
Практическая работа №7
по дисциплине ОП 03. Теория электрических цепей.
Тема: «Разветвленные электрические цепи».
Цель работы: Расчет электрических цепей (методом наложения токов).
Оснащение 1) Схемы разветвленных электрических цепей.
Основные теоретические положения
Для линейных электрических цепей расчет можно провести, используя принцип наложения. Рис. 1
Рис. 1
Для рис.1 а) составим систему уравнений по законам Кирхгофа:
Из этой системы уравнений определиться ток каждой ветви.
,где
Т.о. величины токов определяются действием всех э.д.с., имеющихся в схеме. Каждая э.д.с. вносит в величину тока каждой ветви свою определенную долю.
Если в схеме действует только э.д.с. Е1, а Е2 = 0, тогда токи, вызываемых э.д.с. Е1:
Полагая Е1 = 0, получим величины частных токов от действия э.д.с. Е2:
Для любой схемы с линейными элементами можно провести подобные рассуждения, из которых следует метод расчета электрических цепей: определяются частные токи в ветвях от действия каждой э.д.с.; а действительный ток каждой ветви равен алгебраической сумме частных токов этой ветви.
Порядок расчета схем: На основе исходной схемы составляют частные расчетные схемы (рис.1 б и в), в каждой из которых действует только одна э.д.с. Все другие э.д.с. исключают и от каждого источника в схеме остается только его внутреннее сопротивление. А далее любым методом определяют токи в частных схемах. Для рис.1 токи будут:
При определении общих токов необходимо учесть направления частных токов: в исходной схеме намечают условно-положительные направления токов в ветвях.
Порядок выполнения работы
R4 = 30 Ом, Е1 = 120 В, Е2 = 100 В.
Определить токи в цепи методом наложения, для чего составить самостоятельно две схемы: 1) Е2 = 0 и токи при этом; 2) Е1 = 0 и токи при этом.
3) Найдем эквивалентное сопротивление между точками 1-4:
Вычисляем.
Ток в неразветвленной части цепи:
Вычисляем.
Сопротивления между точками 1-2 и 2-4 по данным задачи одинаковы (по 12 Ом). Поэтому:
Вычисляем.
Токи в схемах вычислим по формулам:
Вычисляем.
В схеме рис.2(в) пары сопротивлений R1, R2 и R3, R4 соединены параллельно, а сопротивления, эквивалентные этим парам – последовательно. Найдем эквивалентные
сопротивления схемы между точками 2 – 3:
Вычисляем.
Ток в неразветвленной части цепи: Вычисляем.
Напряжения на участках между точками: 2 -1 Вычисляем.
между точками 1 -3 Вычисляем.
Токи в схеме вычислим по формулам:
По исх. схеме рис.2 найдем токи по принципу наложения, учитывая направления токов в частных схемах:
Рис.2
Контрольные вопросы
1.В чем суть метода наложения?
Практическая работа №8
по дисциплине ОП 03. Теория электрических цепей.
Тема: «Симметричные трехфазные цепи».
Цель работы: Расчет симметричных трехфазных цепей.
Оснащение
Основные теоретические положения.
Трехфазные электродвигатели имеют три одинаковые фазы обмотки, и создаваемая ими электрическая нагрузка симметрична. Не симметрию создают однофазные приемники, например лампы электрического освещения и другие бытовые электроприемники. Если при проектировании осветительную нагрузку разделить между фазами поровну, то в процессе эксплуатации нагрузка, как правило, будет несимметричной из-за неодновременности включения ламп.
При большом числе однофазных приемников несимметрия нагрузки, связанная с неодновременностью их включения, невелика, поэтому линии с напряжением 3кВ, 6кВ и выше, предназначенные для электроснабжения предприятий или определенного района (фидерные линии), выполняют трехпроводными, независимо от схемы соединения групп приемников (звездой или треугольником).
В симметричной цепи комплексы сопротивлений фаз приемника одинаковы (ZА =ZВ =ZС = Z) и между зажимами приемника действует симметричная система линейных напряжений при любой схеме соединения источника (звездой или треугольником).
В симметричной цепи достаточно провести расчет одной фазы, так как токи и мощности во всех фазах одинаковы.
При известном линейном напряжении Uд фазное напряжение
Фазный ток, равный линейному,
При соединении треугольником фазное напряжение:
Ток в фазе:
Линейный ток:
При симметричной нагрузке фазные напряжения, токи и углы сдвига фаз между ними в каждой фазе одинаковы, поэтому при определении мощности цепи можно написать общие выражения:
Через линейные величины напряжений и токов:
Порядок выполнения работы
1.Решить задачу:
Рис.1
К трехфазному трансформатору с линейным напряжением на вторичной обмотке 380 В включены звездой электрические лампочки мощностью 40 Вт каждая ( по 100 шт. в фазе) и трехфазный двигатель мощностью 10 кВт, имеющий к.п.д. ή = 85%, Cos φ = 0,8.
Пренебрегая сопротивлением проводов, определить токи в линии.
Решение.
Расчет можно вести на одну фазу: Uф = Uл / (Считаем)
Ток осветительной нагрузки: Iо = Рф / Uф (Считаем)
Ток в фазе двигателя: Iд = Рд / (3ή Uф Cos φ) (Считаем)
Для нахождения тока в линии нужно сложить токи ламп и двигателя. Эти токи не совпадают по фазе, поэтому разложим их на активные и реактивные составляющие, и сложим одноименные составляющие.
Ток в лампах совпадает по фазе с напряжением, поэтому реактивный ток ламп I0р = 0, активный ток I0а = I0 (Записать)
Активный ток в фазе двигателя I д.а = Iд Cos φ (Считаем)
Реактивный ток в фазе двигателя I д.р = Iд Sin φ (Считаем)
Общий активный ток в линии I а = I0.а + I д.а (Считаем)
Общий реактивный ток в линии I р = I д.р (Записать)
Ток в линии I (Считаем)
Контрольные вопросы
Практическая работа №9
по дисциплине ОП 03. Теория электрических цепей.
Тема: «Несимметричные трехфазные цепи».
Цель работы: Расчет несимметричных трехфазных цепей.
Оснащение
Основные теоретические положения.
При наличии сопротивления в нулевом проводе (ZN ≠ 0) нулевая точка приемника на топографической диаграмме не совпадает с нулевой точкой источника. Поэтому напряжение UN называют напряжением смещения нейтрали. Вследствие смещения нейтрали напряжения на фазах приемника оказываются неодинаковыми, несмотря на симметрию фазных напряжений источника.
Нулевой провод является уравнительным. С его помощью потенциалы нейтрали источника и приемника принудительно уравнены, и звезды векторов фазных напряжений приемника точно совпадает со звездой фазных напряжений источника.
При несимметричной нагрузке обрыв нулевого провода (ZN = ∞) вызывает значительное изменение токов и фазных напряжений, что в большинстве случаев недопустимо. Поэтому в нулевой провод предохранители не устанавливаются.
Порядок выполнения работы
Выполнить задание:
При соединении звездой с нулевым проводом (схема рис.1) определить фазные напряжения и токи в приемнике энергии, сопротивления которого заданы комплексами:
ZА = (8 + j 4) Ом; ZВ = (8 - j 4) Ом; ZС = 5 Ом.
Действующая величина симметричной трехфазной системы э.д.с. 220 В. Сопротивление нулевого провода ZN = (0.5 + j 1) Ом.
Рис.1.
Проводимости ветвей между узловыми точками N N´(Подставить и рассчитать самим).
Комплексы э.д.с. источника:
Узловое напряжение:
(Подставляем значения самостоятельно, решаем)
(UN = -2.5 + j 0.625 В – должно получиться)
Фазные напряжения приемника:
(Решаем самостоятельно)
Токи в фазах и нулевом проводе:
Подставляем значения, решаем (перемножаем как многочлены).
Контрольные вопросы