Ахмадеев Р.В., Вавилова И.В., Грахов П.А. и др. Электрические и магнитные цепи
Подождите немного. Документ загружается.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Уфимский государственный авиационный технический университет
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ
Практикум
по дисциплине «Электротехника и электроника»
УФА 2007
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра теоретических основ электротехники
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ
Практикум
по дисциплине «Электротехника и электроника»
Уфа 2007
Авторы: Р.В. Ахмадеев, И.В. Вавилова, П.А. Грахов,
Т.М. Крымская
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
бакалавров 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
переменного тока, расчет магнитных цепей с переменной магнитодвижущей
силой.
Предназначено для студентов вузов неэлектротехнических
специальностей, изучающих дисциплину «Электротехника и электроника» по
дневной, вечерней, а также по заочной форме обучения.
Табл. 31. Ил. 68. 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
Введение 5
Лабораторно-практическое занятие № 1.
Исследование электрической цепи постоянного тока 7
с одним источником энергии
Типовые задачи 7
Варианты заданий к самостоятельной работе 14
Лабораторно-практическое занятие № 2.
Изучение аналитических методов расчета цепей 16
и их экспериментальная проверка
Типовые задачи 16
Варианты заданий к самостоятельной работе 25
Лабораторно-практическое занятие № 3.
Анализ однофазных неразветвленных цепей переменного тока 27
с RL и RC приемниками
Типовые задачи 27
Варианты заданий к самостоятельной работе 32
Лабораторно-практическое занятие № 4.
Исследование неразветвленной электрической цепи 34
переменного тока
Типовые задачи 34
Варианты заданий к самостоятельной работе 44
Лабораторно-практическое занятие № 5.
Исследование разветвленной электрической цепи 46
синусоидального тока
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 работе 69
Лабораторно-практическое занятие № 8.
Магнитные цепи с переменной магнитодвижущей силой (МДС) 71
Типовые задачи 71
Варианты заданий к самостоятельной работе 76
Список литературы 78
ВВЕДЕНИЕ
Практикум предназначен для организации самостоятельной
работы студентов неэлектротехнических специальностей и
направлений, изучающих дисциплину «Электротехника и
электроника» и составлены в соответствии 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
рекомендациями типовой программы дисциплины «Электротехника и
электроника» лабораторно-практическое занятие по определенной
теме состоит из двух основных частей – расчетной и
экспериментальной. В расчетной части предполагается решение
типовых задач как совместно с преподавателем, так и
самостоятельно. В экспериментальной части проводится эксперимент
с последующей обработкой результатов, в некоторых случаях с
применением ЭВМ. Для повышения эффективности проведения
лабораторно-практического занятия в условиях дефицита
аудиторного времени, решение основных типовых задач
осуществляется студентами самостоятельно в виде активной
самоподготовки к предстоящему занятию. Непосредственно на
занятии вместе с преподавателем разбираются только те задачи,
которые 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
синусоидального однофазного и трехфазного тока, расчет магнитных
цепей переменного тока.
При подготовке к лабораторно-практическому занятию
студенты 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
занятий и охватывают весь объем материала, предусмотренный
типовой программой по дисциплине. В зависимости от целей
обучения, сформулированных в Государственных образовательных
стандартах, студенты выполняют лабораторно-практические занятия
по всем темам или по каким-либо отдельным.
Лабораторно-практическое занятие № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО
ТОКА С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ
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
электрической 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
напряжение на генераторе и ток нагрузки, является вольтамперная
характеристика, называемая внешней характеристикой. Она
описывается уравнением
U = E - R
0
I (1.1)
и представляет собой прямую линию (рис. 1.1 ,б).
E
=202
U
1
=200
U
2
=196
R
0
Е
U
R
н
I
а
I
1
=20 I
2
=60
U
В
б
I
A
1
2
0
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 R
0
:
⋅−=
⋅−=
,
,
202
101
IREU
IREU
⇒
⋅−=
⋅−=
.60196
,20200
0
0
RE
RE
Откуда E = 202 В, R
0
= 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, R
1
,
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
преобразований, т.е. сложное смешанное соединение приемников
(рис. 1.2,а) путем поэтапных преобразований привести к
простейшему виду (рис. 1.3,б).
а
E
=250
R
3
=20
R
1
=10
R
6
=15
R
5
=10
R
2
=10
R
4
=24
I
5
I
6
I
2
I
4
b
с
d
а
I
1
E
R
23
R
1
R
56
R
4
с
а
б
Рис. 1.2
b
d
Исходное направление токов в ветвях выбирают произвольно.
Цепь имеет 5 ветвей и 3 узла. Вольтметр не создает пути для
протекания тока, так как R
v
→∞, поэтому в расчетную схему его не
включают.
1. Определение эквивалентного сопротивления R
э
.
Схема «сворачивается» к источнику ЭДС. Сопротивления R
5
и
R
6
соединены параллельно, их эквивалентное сопротивление
определяется из условия:
6
5
56
111
RRR
+= или Ом ,6
1510
1510
6
5
65
56
=
+
⋅
=
+
⋅
=
RR
RR
R .
Сопротивление R
4
соединено последовательно с R
56
R
456
= R
4
+ R
56
=24+6=30, Ом.
Сопротивления R
2
и R
3
соединены последовательно
(представляют собой одну ветвь)
R
23
= R
2
+ R
3
=10+20=30, Ом.
В результате проведенных преобразований схема имеет вид
(рис. 1.3, а).
Рис.
1.3
а
с
E
R
23
R
1
R
456
а
I
1
а
с
E
R
23
R
1
R
456
а
I
1
R
э
R
э
б б
E
I
1
E
I
1
Сопротивления R
23
и R
456
соединены параллельно, так как имеют
общие узлы а и с
Ом. ,15
3030
3030
456
23
45623
23456
=
+
⋅
=
+
⋅
=
RR
RR
R
Сопротивление R
1
соединено с R
23456
последовательно, это и
будет эквивалентное сопротивление (рис. 1.3, б)
R
э
= R
1
+ R
23456
=10+15=25, Ом.
2. Определение токов в ветвях.
Ток, протекающий через источник, A. ,10
25
250
э
1
===
R
E
I
Остальные токи определяются по I и II законам Кирхгофа.
Для контура, содержащего сопротивления R
1
, R
2
и R
3,
можно
составить уравнение по II закону Кирхгофа. Направление обхода
выбирают произвольно, например, против часовой стрелки
R
1
I
1
+ R
2
I
2
+R
3
I
2
=E,
A ,5
2010
1010250
3
2
11
2
=
+
⋅
−
=
+
−
=
RR
IRE
I .