Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей»




Скачать 233.92 Kb.
НазваниеМетодическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей»
страница1/3
Дата публикации26.03.2013
Размер233.92 Kb.
ТипМетодическое пособие
vbibl.ru > Информатика > Методическое пособие
  1   2   3


Федеральное агентство связи

ГОУ ВПО «Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики»

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)


ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Методическое пособие по выполнению контрольной работы № 1

по теме «Расчет электрических цепей»

для студентов заочной формы обучения специальности

230105.65 «Программное обеспечение вычислительной техники и

автоматизированных систем»




Екатеринбург
2009


ББК 32.881

УДК 621.391



Рецензент: доцент, к.т.н, Муханов В.В.
Паутов В.И., Матвиенко В.А.

Электротехника и электроника: Методическое пособие по выполнению контрольной работы по теме «Расчет электрических цепей» / В.И. Паутов, В.А. Матвиенко.- Екатеринбург : УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2008. 13 с.
Методический материал является учебным пособием и предназначен для закрепления знаний студентов при изучении дисциплины «Электротехника и электроника». В пособие включен теоретический материал, необходимый для проведения электрических расчетов цепей, содержащих элементы с линейными и нелинейными характеристиками.

Приведены варианты заданий и методические указания по выполнению контрольного задания, а также основная и справочная литература.
Библиогр.: 13 назв. Рис. 9. Табл. 3. Прил. 1.
Рекомендовано НМС УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ» в качестве методического пособия по выполнению контрольной работы по курсу «Электротехника и электроника» для студентов дневной и заочной формы обучения специальностей 230105.65 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».

ББК 32.881


УДК 621.391
Кафедра общепрофессиональных дисциплин

©УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2008

Введение

Контрольная работа по дисциплине «Электротехника и электроника» для специальности 230105.65 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» предназначена для закрепления теоретических знаний и получения практических навыков проведения расчетов электротехнических цепей.

Приведенные в пособии краткие теоретические сведения позволят выполнить контрольную работу не обращаясь к учебникам. Рассмотренные примеры демонстрируют методику проведения расчетов.

Курс «Электротехника и электроника» состоит из двух частей. Поэтому в контрольной работе предлагается рассчитать две цепи: одна относится электротехнике (задача 1), другая – (задача 2) к электронике.
^ 1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНЕНИЯ

1.1 Основные термины и определения

Электрическая цепь и электрическая схема

Под электрической цепью понимают совокупность соединенных между собой электротехнических устройств и элементов, по которым может проходить электрический ток. Упорядоченное движение носителей заряда, сопровождаемое магнитным полем, называют электрическим током. Процессы в электрической цепи могут быть охарактеризованы понятием тока и напряжения.

В состав электрической цепи входят источники и приемники электрической энергии. Устройства для генерирования электрической энергии называются источниками, а устройства для преобразования электрической энергии в другие виды энергии – приемниками. Источники преобразуют в электрическую энергию другие виды энергии (механическую, химическую и др.).

Условное графическое обозначение электрической цепи называется электрической схемой. На электрической схеме изображаются ее элементы – идеализированные модели реально существующих электрических устройств – генераторов, резисторов, конденсаторов и т.д.

Источники электрической энергии относятся к активным элементам электрической цепи, а приемники – к пассивным (они могут только потреблять энергию).

Электрическая схема показывает порядок соединения элементов электрической цепи. Основными топологическими элементами электрической схемы являются ветви, узлы и контуры.

^ Ветвь образуют активные и пассивные элементы. Отличительной особенностью ветви является то, что через все ее элементы проходит один и тот же ток I, т.е. элементы соединены последовательно.

Узел образуется в месте соединения не менее трех ветвей рис.2. Соединение ветвей может быть в одной точке или в нескольких точках вдоль проводника.


Узел

Узел
R1

Е

I C

R2



а) б)

Рис. 1 Ветвь Рис.2 Узел

Замкнутый путь для тока, проходящий по нескольким ветвям, образует контур. Схемы могут иметь один или несколько контуров.
^ Активные схемные элементы

К активным элементам относятся источники электрической энергии. Они подразделяются на источники ЭДС (электродвижущей силы) и источники тока. В свою очередь каждый из них может быть идеальным источником или источником конечной мощности. На рис. 3 показаны схематические изображения идеального источника ЭДС и источника конечной мощности. Стрелка внутри окружности условного обозначения источника ЭДС указывает положительно направление ЭДС и направлена к положительному потенциалу.




Ri

I I Ri

Е U E U

а) б) в) г)

Рис. 3. Условные графические обозначения источников

У идеального источника ЭДС напряжение на зажимах (выходных клеммах) U равно по величине ^ Е и не зависит от значения тока, протекающего через источник. Это возможно лишь в том случае, если внутреннее сопротивление источника Ri равно нулю.

Источник ЭДС конечной мощности может быть представлен моделью рис.3.б, в которой последовательно с идеальным источником ЭДС включено сопротивление, равное его внутреннему сопротивлению Ri. Напряжение на зажимах такого источника зависит от значения тока, протекающего через источник и отличается от значения ЭДС на величину падения напряжения на сопротивлении Ri (I·Ri).

За идеальный источник тока принимают источник электрической энергии, у которого ток не зависит от напряжения на его зажимах. Теоретически внутреннее сопротивление идеального источника тока равно бесконечности. Только в этом случае сопротивление нагрузки конечной величины не будет влиять на ток источника. Идеальный источник тока рассматривается как источник бесконечной мощности.

Источник тока конечной мощности рис.3.г представляется как сочетание идеального источника тока и подключенного параллельно ему сопротивления, характеризующего внутренние параметры источника. Сопротивление ограничивает мощность, отдаваемую во внешнюю цепь.

Разнородные источники электрической энергии считаются эквивалентными, если при замене одного источника другим токи и напряжения во внешней цепи остаются неизменными.

На рисунке 4 приведены эквивалентные источники ЭДС и тока.

I1
Ri


I0 -- I1

I1






I
Е U Ri U



Рис. 4. Эквивалентные источники ЭДС и тока

Условие эквивалентности источников при их одинаковых внутренних сопротивлениях ^ Ri следует из сравнения уравнений для схемы с источником ЭДС U = ERi·I1 и с источником тока U = Ri(I0I1) = Ri·I0Ri·I0. Уравнения эквивалентны, если выполняется условие Е = Ri·I0. Следовательно, источник тока может быть заменен источником ЭДС, значение которой необходимо принять Е = Ri·I0.

^ 1.2 Расчет разветвленных электрических цепей постоянного тока

Расчет разветвленной электрической цепи представляет собой решение системы уравнений, составленных по законам Кирхгофа для заданной цепи.

Первый закон Кирхгофа устанавливает связь между токами ветвей в каждом из узлов цепи: алгебраическая сумма мгновенных значений токов всех ветвей, подключенных к каждому из узлов цепи, в любой момент времени равна нулю.

Σ ik = 0, (1)

где k – номер ветви, подключенной к рассматриваемому узлу.

Это правило вытекает из невозможности накопления зарядов в узлах электрической цепи.

Суммировании токов производится с учетом выбранных положительных направлений: всем токам, одинаково ориентированным относительно узла, приписывается одинаковый знак.

Второй закон Кирхгофа устанавливает связь между напряжениями ветвей, входящих в произвольный контур: алгебраическая сумма мгновенных значений напряжений всех ветвей, входящих в любой контур, в каждый момент времени равна нулю. Согласно закону для каждого контура можно составить уравнение баланса напряжений ветвей

Σ Uk = 0, (2)

где k – номер ветвей, входящих в рассматриваемый контур.

Второй закон Кирхгофа следует из равенства нулю алгебраической суммы падений напряжений на элементах контура.

Суммирование напряжений производится с учетом их положительных направлений и выбранного направления обхода контура. Если положительное направление напряжения ветви совпадает с направлением обхода контура, то оно входи со знаком плюс, в противном случае – со знаком минус.

^ 1.3 Метод контурных токов

Метод контурных токов относится к одному из основных методов расчета сложных электрических цепей благодаря его простоте. Суть метода состоит в том, что определяются не токи ветвей, а контурные токи, замыкающиеся только в своих контурах. Токи ветвей, входящих в два смежных контура, определяются как разность или сумма контурных токов в зависимости от выбранных их направлений.

Пример 1.

На рисунке 5 представлена двухконтурная электрическая цепь, в которой через I1 и I2 обозначены контурные токи. Токи в периферийных ветвях будут равны контурным токам, а ток в ветви, являющейся общей для обоих контуров, будет равен разности контурных токов. Если направления контурных токов выбрать различными, то ток общей ветви будет равен сумме контурных токов.

R1 R4




R3


Е1

Е3

I1

I2




Е2
R2 R5



Рис. 5. Двухконтурная электрическая цепь

Выбор направления контурных токов не имеет принципиального значения, но обычно направления токов во всех контурах выбирают одинаковыми для получения общих закономерностей при составлении и решении системы уравнений. Желательно при этом выбрать направление тока таким образом, чтобы он совпадал с направлением хотя бы одной ЭДС.

Сумму сопротивлений, входящих в контур, называют собственным сопротивлением контура, а сопротивление, являющееся общим для нескольких контуров, – общим сопротивлением этих контуров (R3).

Для заданной схемы с двумя независимыми контурами по второму закону Кирхгофа могут быть записаны уравнения

(R1 + R3 + R2)· I1 – R3·I2 = E1E2,

– R3·I1 + (R3+R4+R5)·I2 = E2 + E3, (3)

где (R1 + R3 + R2) и (R3+R4+R5) – собственные сопротивления контуров, R3 – общее сопротивление первого и второго контуров (знак минус у сопротивления обусловлен выбором одинаковых положительных направлений контурных токов).

Определим методом контурных токов токи ветвей в рассматриваемой схеме, если схема имеет следующие данные: R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом,
R3 = 15 Ом, R4 = 25 Ом, R5 = 40 Ом, E1 = 50 В, E2 = 30 В, E3 = 60 В.

Подставляем в систему уравнений (3) числовые значения коэффициентов

(10 Ом + 20 Ом + 15 Ом) ·I1 – 15 Ом ·I2 = 50 В – 30 В.

– 15 Ом ·I1 + (15 Ом + 25 Ом + 40 Ом) ·I2 = 30 В + 60 В.

Преобразуем

1) 45·I1 – 15·I2 = 20.

2) – 15·I1 + 80 ·I2 = 90.

Из уравнения (1) определим ток I1

I1 = (20 + 15·I2)/45 = (0,444 + 0,333·I2)

Подставим в уравнение (2)

– 15·[0,444 + 0,333·I2] + 80·I2 = 90, –6,666–4,995I2 + 80·I2 = 90.

Отсюда I2 = 1,288 А.

Подставляем значение тока I2 в уравнение 1) и находим величину тока ·I1.

45·I1 – 15·1,288 = 20.

Отсюда I1 = 0,874 А.

Определяем падение напряжения на сопротивлениях схемы.

UR1 = 10Ом·0,844А = 8,74 В, UR2 = 20 Ом · 0,844 А = 17,48 В,

UR3 = 15 Ом · 0,414 А = 6,21 В, UR4 = 25 Ом ·1,288 А = 32,22 В,

UR5 = 40 Ом ·1,288А = 51,55 В.

Проверяем правильность проведенных расчетов, воспользовавшись вторым законом Кирхгофа 2) – сумма напряжений в контуре равна нулю.

Для контура 1.

Е1 + UR1 + UR2 Е2 + UR3 = 0.

50 В + 8,74 В + 17,48 В – 6,21 В – 30 В = 0

Условие выполняется.

Для контура 2.

UR3 + UR4 +UR5 = Е2 + Е3.

6,21 В + 32,22 В + 51,55 В = 90 В. С погрешностью 00,02 В условие выполняется.

1.4 Задача 1

Для заданной электрической цепи (рис.1.а, б, в. г), требуется рассчитать:

все токи и напряжения в сопротивлениях схемы методом контурных токов.

Параметры цепи: R5 =75Ом, R6 =150Ом, а остальные параметры указаны в табл.1
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт


Похожие:

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» icon«Расчет на ЭВМ характеристик выходных сигналов электрических цепей»
Постановка задачи в настоящей работе, связанной с решением задач машинного анализа

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» iconАнализ линейных электрических цепей Часть I учебное пособие для дистанционного обучения Сибгути
Пособие предназначено для самостоятельного изучения материала при дистанционном способе обучения в вузе

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» iconЗакон Ома и расчет простейших электрических цепей. Законы Кирхгофа...
Электрическим током называется направленное движение электрических зарядов (например, в канале молнии, в проводе, в электронно-лучевой...

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» iconМетодические указания по выполнению контрольной работы Для студентов III курса специальностей
Методические указания по выполнению контрольной работы обсуждены на заседании кафедры бухгалтерского учета и анализа хозяйственной...

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» iconPaRi метод для расчета электрических цепей с переменными (перестраиваемыми) параметрами
Предложена конечно-разностная схема сквозного счета для расчета нестационарных и установившихся режимов электрических цепей с переменными...

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» iconМетодическое пособие для выполнения курсовой работы по дисциплине «декоративное садоводство»
Методическое пособие составили: профессор Мамонов Е. В., доценты: Иванова И. В., Ващенко М. А., Скакова А. Г

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» iconЭлектрические цепи переменного тока тема элементы и параметры электрических...
В общем случае цепь переменного тока характеризуется тремя параметрами: активным сопротивлением R, индуктивностью L и емкостью С....

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» iconУчебное пособие по выполнению контрольных работ для студентов
Выполнение контрольной работы предусматривает контроль теоретических знаний, полученных в ходе изучения дисциплины

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» iconМетодические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной...
Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы и аудиторной работы на пэвм одобрены на заседании Научно-методического...

Методическое пособие по выполнению контрольной работы №1 по теме «Расчет электрических цепей» iconВ сокращении Учебно-методическое пособие Томск 2008 утверждено
Учебно-методическое пособие предназначено для научных руководителей и студентов, выполняющих квалификационные работы и отчеты о нир...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
vbibl.ru
Главная страница