Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Омский государственный университет

путей сообщения»

(ОмГУПС (ОмИИТ))

Кафедра «Теоретическая электротехника»

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Теоретические основы электротехники»

РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Студент гр. 44В С.В. Матвиенко

Руководитель - доцент кафедры ТЭ

Т.В.Ковалева

Омск 2015



Реферат

Курсовая работа содержит 30 страниц, 16 рисунков, 9 таблиц, 4 источника.

Линейная электрическая схема, расчетная схема замещения, несинусоидальные токи и напряжения, ряд Фурье, однофазные и трехфазные цепи, несимметрия трехфазной цепи, переходные процессы, временные и векторные диаграммы.

Объектом исследования являются однофазные и трехфазные линейные электрические цепи.

Цель работы - расчет однофазной цепи при несинусоидальном питающем напряжении, симметричной и несимметричной трехфазной цепи при синусоидальных и несинусоидальных питающих напряжениях, разветвленной цепи с одним и двумя накопителями энергии при воздействии постоянных источников ЭДС во время переходного процесса.

Методы исследования - аналитические и графические.

Произведен расчет разветвленной цепи, получающей питание от источника несинусоидального напряжения, при помощи метода наложения. Построены заданная кривая напряжения на входе цепи и расчетная кривая тока. Рассчитаны симметричная и несимметричная трехфазные цепи при синусоидальном питающем напряжении, составлен баланс мощностей, построены векторные топографические диаграммы, определены показания ваттметров, включенных в цепь. Рассчитана симметричная трехфазная цепь при несинусоидальном питающем напряжении. Произведен расчет напряжения на конденсаторе при переходном процессе для цепи с двумя накопителями энергии при питании ее от источника постоянного напряжения, построены графики рассчитанной функции. Рассчитаны независимые начальные условия переходного процесса на переменном токе Произведен расчет цепи с одним накопителем энергии операторным методом.

Содержание

электрический цепь напряжение накопитель

Введение

Задание на курсовую работу

1. Расчет линейной электрической цепи при несинусоидальном входном напряжении

2. Расчет трехфазных цепей

2.1 Расчет симметричной трехфазной цепи при синусоидальном питающем напряжении

2.2 Расчет несимметричной трехфазной цепи при синусоидальном питающем напряжении

2.3 Расчет трехфазной цепи при несинусоидальном питающем напряжении

3. Исследование переходного процесса в линейной цепи

3.1 Расчет переходного процесса в цепи с двумя накопителями энергии при постоянном питающем напряжении классическим методом

3.2 Расчет независимых начальных условий переходного процесса в цепи с двумя накопителями энергии при синусоидальном питающем напряжении

3.3 Расчет переходного процесса в цепи с одним накопителем энергии при постоянном питающем напряжении операторным методом

Заключение

Библиографический список



Введение

Данная работа посвящена исследованию и изучению цепей несинусоидального тока, трехфазных цепей несинусоидального тока, трехфазных цепей и переходных процессов.

Методы расчета линейных однофазных и трехфазных электрических цепей при постоянном, синусоидальном, несинусоидальном напряжениях и токах широко используются в ряде специальных дисциплин при подготовке инженеров по электрическим специальностям.

Переход электрической цепи или системы из одного установившегося состояния в другое, изменения параметров электрических цепей сопровождается переходным процессом. Мгновенные изменения параметров называют коммутациями. Наиболее распространенными коммутациями являются включения или выключения электрических цепей в целом или отдельных их участков.

Целью данной работы является изучение цепей постоянного и переменного токов и напряжений, исследования переходных процессов, получение практических навыков анализа, расчета параметров цепи при различных условиях.



Задание студенту гр. 44-ВМатвиенко С.В. на курсовую работу по теме: «Расчет линейных электрических цепей».

1. Рассчитать цепь при воздействии на нее несинусоидального приложенного напряжения, описываемого выражением

.

Определить:

действующее значение напряжения U;

форму кривой напряжения u, для чего на чертеже построить гармоники напряжения и суммарную кривую напряжения u, полученную в результате графического сложения отдельных гармоник;

входное сопротивление и мгновенное значение тока для всех гармоник напряжения;

мгновенное значение тока на неразветвленном участке i и действующее значение тока I;

активную P, реактивную Q и полную S мощность цепи;

форму кривой тока i, для чего на чертеже построить гармоники тока и суммарную кривую тока i, полученную в результате графического сложения отдельных гармоник.

Рисунок 1 Исследуемая схема

Таблица 1

Исходные данные для решения

Предпоследняя цифра шифра	U0, В	Um, B	, 1/c	r1, Ом	r2, Ом	L1, мГн	С1, мкФ	L2, мГн	С2, мкФ
0	-20	100	10000	25	30	2	20	15	2

2. Рассчитать симметричную трехфазную цепь. Найти токи в линии и в фазах нагрузки, показания ваттметров, составить баланс мощностей, построить векторную диаграмму токов и напряжений.

Рисунок 2 Обобщенная исследуемая схема

Таблица 2

Исходные данные для формирования заданной схемы

Последние цифры шифра	Номера ваттметров W	Положение ключа
		K1	K2	K3
09	3;4	З	Р	З



Таблица 2.1

Параметры элементов схемы замещения и значение приложенного напряжения

Предпоследняя цифра шифра	Напряжение, В	Сопротивление элементов схемы замещения, Ом
0	380		5	15	9	30

3. Рассчитать несимметричную трехфазную цепь. В трехфазной несимметричной цепи найти токи в ветвях при ЭДС фазыАВ. Построить векторную диаграмму токов и напряжений. Составить баланс мощностей.

Таблица 3

Исходные данные для формирования трехфазной электрической цепи

Последние цифры шифра	Номер рисунка	Положение ключа
		К1	К2	К3
09	3.4, в	Р	З	З

Рисунок 3 Исследуемая схема



Таблица 3.1

Исходные данные для формирования трехфазной эл-ой цепи

Номер предпоследней цифры шифра	Сопротивление элементов схемы замещения, Ом
	r	XL
0	5	25

4. Рассчитать симметричную трехфазную цепь при питании ее несинусоидальным напряжением. Определить показания приборов, измеряющих действующие значения электрических величин в симметричной трехфазной электрической цепи (рис. 6.5) в зависимости от действия несинусоидальной ЭДС:

Таблица 4

Исходные данные для формирования ряда Фурье

Предпоследняя цифра шифра	Номер гармоники	Амплитуда кривой Em, В
0	1,3	10

Рисунок 4 Исследуемая схема

Таблица 4.1

Параметры элементов схемы замещения и исходные данные для формирования заданной трехфазной электрической цепи

Послед- ние цифры шифра	Сопротивление элементов схемы замещения для k = 1, Ом	Положение ключей
	r1	xL1	r	xL	xC	К1	К2	К3
09	1	3	4	12	--	З	Р	--

5. В цепи с двумя накопителями энергии в переходном режиме классическим методом определить закон изменения напряжения на конденсаторе u_C, указанного на схеме, если в цепи действует источник постоянного напряжения (тока). Построить графики изменения рассчитанной функции.

Рисунок 5 Схема для расчета переходного процесса в цепи второго порядка

Таблица 5

Параметры элементов схемы замещения

Напряжение источника, В	Сопротивления элементов, Ом	Емкость конденсатора, Ф	Индуктивность катушки, Гн
	r1= r2	r3
100	25	100	10-5	0,05

6. В той же цепи при питании ее от источника синусоидального напряжения (тока) определить независимые начальные условия переходного процесса.

7. В цепи с одним накопителями энергии при наличии источника постоянной ЭДС (тока) определить любой ток или напряжение операторным методом.

Рисунок 6 Схема для расчета переходного процесса в цепи первогопорядка

Таблица 7

Параметры элементов схемы замещения

Источниктока, А	Сопротивления элементов, Ом	Емкость конденсатора, Ф
J	r1	r2	С
3	300	600	10-5



1. Расчет линейной электрической цепи при несинусоидальном входном напряжении

2.1) Определить действующее значение приложенного напряжения U

; U₀= - 20 B

; B; ; B

; B; B

1.2) Определить форму кривой напряжения u, для чего на чертеже построить гармоники напряжения и суммарную кривую напряжения u, полученную в результате графического сложения отдельных гармоник;

Рисунок 7 Кривые гармоник напряжения и суммарная кривая напряжения

1.3) Определить входное сопротивление и мгновенное значение тока для всех гармоник напряжения

Для первой гармоники напряжения

Ом

А

А

Для третьей гармоники напряжения

Ом

А

А

Для пятой гармоники напряжения

Ом

А

А

1.4) Определить мгновенное значение тока на неразветвленном участке i и действующее значение тока I

Ом; A

A

A

1.5) Определить активную P, реактивную Q и полную S мощность цепи;

Вт

Вт

Вт ,

Вт

Вт

65,5 вар

вар

49,8 вар

вар

вар

где =₁-_1, -начальный градус гармоники u;

-начальный градус гармоники i;

В а

1.6. Определить форму кривой тока i, для чего на чертеже построить гармоники тока и суммарную кривую тока i, полученную в результате графического сложения отдельных гармоник.

A

Рисунок 8 Кривые гармоник тока и суммарная кривая тока i



2. Расчет трехфазных цепей

2.1 Расчет симметричной трехфазной цепи при синусоидальном питающем напряжении

Рисунок 9 расчетная схема

Рисунок 10 расчетная схема для фазы A

2.1.1) Определение фазных напряжений генератора.

3.1.2) Определение сопротивления

2.1.3) Определение фазных токов

3.1.4) Расчет мощностей

2.1.5) Показания ваттметров

Векторная диаграмма

Масштаб диаграммы:

A/дел;

В/дел.



Рисунок 11 Векторная диаграмма тока и напряжения трехфазной электрической цепи

2.2 Расчет несимметричной трехфазной цепи при синусоидальном питающем напряжении

Рисунок 12 расчетная схема

2.2.1)Сопротивление фаз несимметричной звезды:

2.2.2)Напряжение смещения нейтрали равно:

2.2.3)Найдем линейный ток по формулам:

2.2.4)Баланс мощности:

+=В А;

Вт;

вар.

Векторная диаграмма

Масштаб диаграммы:

A/дел;

В/дел.

Рисунок 13 Векторная диаграмма тока и напряжения при несимметричной трехфазной цепи



2.3 Расчет трехфазной цепи при несинусоидальном питающем напряжении

Рисунок 14 расчетная схема

Рисунок 15 расчетная схема для фазы А

3.3.1Расчет 1-ой гармоники

Ом

3.3.2 Расчет 3-й гармоники

2.3.3 Расчет токов для 3-й гармоники

3.3.4)Расчет показаний всех приборов

Показание вольтметра V_1, измеряющего действующее значение фазного напряжения источника питания

Показание вольтметра V_2, измеряющего действующее значение линейного напряжения источника питания



Действующее значение тока фазы А, соответствующее показаниям амперметра А₁



3. Исследование переходного процесса в линейной цепи

3.1 Расчет переходного процесса в цепи с двумя накопителями энергии при постоянном питающем напряжении классическим методом

3.1.1.Рассмотрим режим до коммутации

,А

,А

,А

,В

Независимые начальные условия переходного процесса:

(0+)= (0-)=0,В

,А

3.1. 2Составим систему дифференциальных уравнений по законам Кирхгофа, описывающих токи и напряжения в момент времени

3.1.3. Определим принужденные составляющие

,В

3.1.4. Определим корни характеристического уравнения

-Из анализа полученных корней можно сделать вывод, что имеем дело с колебательным режимом.

3.1.5.Определим свободные составляющие



Рисунок 16 График напряжения колебательного переходного режима



3.2 Расчет независимых начальных условий переходного процесса в цепи с двумя накопителями энергии при синусоидальном питающем напряжении

Определим независимые начальные условия t(0-)

,Ом

,А

,В

,А

,А

,В

,А

,А

,В

Независимые начальные условия:

,А

,А

,В



3.3 Расчет переходного процесса в цепи с одним накопителем энергии при постоянном питающем напряжении операторным методом

Найдем независимые начальные условия:

Дифференциальное уравнение цепи t(0+)

Запишем соответствие оригиналов и изображений:

Определим изображение тока в конденсаторе:

А.



Заключение

В результате выполнения курсовой работы были рассчитаны цепи несинусоидального тока, трехфазных цепей и переходных процессов в линейных электрических цепях.

По итогам расчета линейной электрической цепи при несинусоидальном входном напряжении были получены и изучены гармонические ряды несинусоидального тока и напряжения, определены значения мощностей цепи и её основные коэффициенты.

По итогам расчета трехфазных цепей были изучены зависимости токов и напряжений в цепи от её параметров, типа соединения нагрузки и источников, наличия (отсутствия) нейтрального провода. Получен навык построения векторных диаграмм токов и напряжений трехфазных цепей различного типа.

При расчете переходных процессов в линейной электрической цепи было определено поведение токов и напряжений на различных элементах цепи при коммутации и в течение периода переходного процесса.



Библиографический список

1. Тэттэр А. Ю.Периодические режимы однофазных и трехфазных электрических цепей: Учебное пособие /А. Ю. Тэттэр, В.Т. Черемисин, Т. В. Ковалеваи др./ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2013. 132 с.

2. Кузнецов А.А. Переходные процессы в линейных электрических цепях: Учебное пособие /А. А. Кузнецов, А.В. Пономарев, А. Ю.Тэттэр / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2014. 103 с.

3.СТП ОмГУПС-1.2-2005. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Общие требования и правила оформления текстовых доку-ментов/ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2005. 29 с.

4. СТП ОмГУПС-1.6-02. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Основные правила выполнения электрических схем/ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. 11 с.

Размещено на Allbest.ru