Файл: И.И. Романенко Линейные электрические цепи постоянного тока. Методические указания и контрольные.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.06.2024

Просмотров: 83

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Министерство образования Российской Федерации

Кузбасский государственный технический университет

Кафедра общей электротехники

Линейные электрические цепи постоянного тока

Методические указания и контрольные задания для расчетно-графической работы по курсу "Теоретические основы электротехники"

для подготовки бакалавров технических наук по направлению 552900

Часть 1

Составитель И.И. Романенко Утверждены на заседании кафедры Протокол № 2 от 05.11.99

Рекомендованы к печати методической комиссией направления 552900 Протокол № 243 от 30.12.99

Электронная копия хранится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

1

ВВЕДЕНИЕ

Целью проведения практических занятий по линейным электрическим цепям постоянного тока является организация работы студентов, при которой они осуществляют самостоятельный активный поиск решений типовых задач, используя материалы учебников, учебных пособий и лекционных занятий.

При самостоятельной работе над учебниками и учебными пособиями необходимо усвоить основные определения электрических величин постоянного тока и те закономерности, которыми определяется связь и зависимость одних величин от других. После усвоения соответствующих понятий и закономерностей следует решить примеры

изадачи, закрепляя тем самым проработанный материал по учебникам, учебным пособиям и конспекту лекций, а затем приступить к выполнению контрольной работы по расчету линейных цепей постоянного тока.

При решении типовых задач и оформлении контрольной работы необходимо выполнять следующие требования:

-все задачи с небольшими числовыми подсчетами решать в общем виде и в полученные формулы подставлять числовые значения величин, указывая их единицы измерения;

-в задачах с громоздкими числовыми подсчетами необходимо указывать ориентирующую основу действия с соответствующими формулами и уравнениями;

-все графические построения, как-то: потенциальные диаграммы, а также совмещенные графики тока, напряжения и мощности – вычерчивать в масштабе;

-при решении примеров и задач следует проверять правильность результата расчета либо с помощью составления баланса мощностей, либо с помощью построенной потенциальной диаграммы, либо с помощью одинаковых ответов при различных методах расчета.

Результатом практических занятий является закрепление теоретического материала по курсу "Теоретические основы электротехники", получение навыков расчета и анализа эл. цепей постоянного тока различными методами: свертывания цепи; I и II законов Кирхгофа; наложения; контурных токов; узловых потенциалов

иэквивалентного генератора напряжения.


2

Тема 1. Линейные электрические цепи постоянного тока с одним источником питания

Цель: Научить вести самостоятельный поиск решения типовых задач на последовательное, параллельное, смешанное и мостовое соединение резистивных элементов с линейной вольт-амперной характеристикой. Освоить метод свертывания цепи и метод пропорциональных величин.

Задание № 1. Примеры практического использования последовательного соединения

А. Расширение пределов измерения приборов

Задача 1. Ток при небольшом отклонении измерительного механизма магнитоэлектрической системы 10 мА, внутреннее сопротивление механизма 20 Ом. Можно ли на основе данного измерительного механизма создать вольтметр с номинальным напряжением UV = 3 В?

Ориентирующая основа действия 1. Вспомнить основные свойства последовательной цепи.

2. Дать эл. схему последовательной цепи (рис. 1.1).

I

 

Rпр

 

Решение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпр

 

Для решения поставленной задачи достаточно

U

 

 

Uдоп

 

Rдоп включить последовательно с измерительным

 

 

 

 

 

механизмом прибора дополнительный резистор

 

Рис. 1.1

 

сопротивлением Rдоп=280

Ом, тогда ток,

 

 

протекающий через

измерительный механизм

 

 

 

 

 

сопротивлением Rпр=20 Ом, не будет превышать 10 мА. Падение

напряжения на

приборе Uпр=IRпр=0,2 В

и на

дополнительном

резисторе Uдоп=U-

 

 

-Uпр=2,8 В.

Таким образом, данный измерительный механизм можно использовать для измерения напряжения до трех вольт.


3

Б. Регулирование напряжения на приемнике

Задача 2. Напряжение источника питания 120 В. Рассчитать цепь, обеспечивающую регулирование напряжения приемника в диапазоне 120 – 30 В, если сопротивление приемника 1 кОм.

Ориентирующая основа действия

1. Вспомнить пропорциональность изменения напряжения.

2. Дать эл. схему последовательной цепи (рис. 1.2), где U12 – напряжение на клеммах источника, Un – регулируемое напряжение на

приемнике, Rp –сопротивление регулировочного реостата.

 

 

1 I

 

Rp

 

 

3. При крайнем правом положении движка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сопротивление регулировочного реостата

равно

 

 

Up

 

 

 

 

 

 

Rn нулю, напряжение

источника 120

В

равно

U12

 

 

 

Un

 

 

 

 

 

 

 

напряжению приемника. В крайнем левом

 

 

 

 

 

 

2

Рис. 1.2

 

 

положении движка

сопротивление

реостата

 

 

максимальное, а напряжение на приемнике равно

 

 

 

30 В. Таким образом, изменяя сопротивление реостата от 3Rn до максимального значения, обеспечим регулирование напряжения от 120

до 30 В.

 

 

 

 

Решение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составим пропорцию:

Un

=

R n

,

(1.1)

 

 

 

 

Un

 

 

U12

R p + R n

 

 

R n (1

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тогда R p =

 

U12

 

= 3 кОм.

 

 

Un / U12

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: сопротивление регулировочного реостата должно быть не менее 3 кОм.

Задание № 2. Примеры практического использования параллельного соединения

А. Расширение пределов измерения приборов

Задача 1. Подобрать шунт к амперметру, предел которого 1 А, а сопротивление измерительного механизма 1 Ом. Ток в цепи составляет

6 А.


4

Ориентирующая основа действия

I

Iпр

1.

Вспомнить

основные

свойства

 

 

A

 

Iш Rш

параллельной цепи.

 

 

 

2.

Дать эл. схему этой задачи (рис. 1.3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.3

3.

Составить пропорцию.

 

 

Б. Изменение тока нагрузки в цепи генератора

 

Задача 2. Подобрать такое число ламп в цепи генератора, чтобы протекал номинальный ток 10 А. Напряжение на зажимах генератора при номинальном токе нагрузки 220 В. Сопротивление одной лампы

440 Ом.

 

Ориентирующая основа действия

 

+

 

1. Если сопротивление приемников, включенных

 

Iн

 

 

E

Л1 Л2

Лn

параллельно, одинаковое, то общее сопротивление

лампового реостата будет в n раз меньше

 

Uн

 

 

 

 

сопротивления одного приемника.

 

-

 

2. Дать эл. схему (рис. 1.4).

Рис. 1.4

Решение

1. Общее сопротивление

R об = Uн = 200 = 22 Ом. (1.2) Iн 10

2. Число включенных ламп

n = R л = 440 = 20 шт. (1.3) R об 22

Ответ: чтобы протекал номинальный ток в цепи генератора Е, необходимо включить параллельно 20 ламп.

Задание № 3. Примеры практического использования смешанного соединения

А. Устройство и эксплуатация электроустановок

Задача 1. Напряжение линии электропередачи 1,5 кВ. Сопротивление изоляции проводов относительно земли 20 кОм. Определить величину тока через тело человека, прикоснувшегося к


5

проводу, если электрическое сопротивление тела принять равным 1 кОм.

Ориентирующая основа действия 1. Мощность электрической цепи не изменится, если смешанное

соединение резистивных элементов заменить одним эквивалентным сопротивлением, т.е. использовать прием свертывания эл. схемы.

2.Дать эл. схему (рис. 1.5), обозначив провода за "А", "В" и

соответственно их сопротивления изоляции относительно земли RИА, RИВ.

3.Указать: при прикосновении человека, например, к проводу "А"

сопротивление его тела будет параллельно сопротивлению изоляции провода "В" и ток, протекающий через тело человека, будет обратно пропорционален его сопротивлению.

A

UАВ

B

Rчел

RИВ

RИА

 

Рис. 1.5

Решение Представим эл. схему (рис. 1.5) как смешанную цепь (рис. 1.6).

 

 

 

В

IВ

 

RИВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UВА

 

 

IЧЕЛ

 

R

I

 

RИА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЧЕЛ

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UА

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

Рис. 1.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Эквивалентное сопротивление

 

 

 

 

R э =

R ив +

R ИА R чел

=

20,95 кОм.

 

 

(1.4)

 

 

 

 

 

 

R ИА

+ R чел

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Ток, протекающий через изоляцию провода "В":

Iв =

UВА

= 71,4 мА.

 

 

 

 

 

 

(1.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

R ив

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Напряжение между проводом "В" и землей

 

 

Uв =

IвRив = 1430 В.

 

 

 

 

 

 

(1.6)