Расчет линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей
Изучение методов расчета цепей постоянного и синусоидального тока. Исследование переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами. Выбор оптимального режима работы симметричных трехфазных цепей. Расчёт баланса мощностей.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.02.2019 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Омский государственный университет путей сообщения
ОмГУПС (ОмИИТ)
Кафедра «Теоретическая электротехника»
Пояснительная записка к курсовой работе
Расчет линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей
Выполнил:
студент Т.А. Задорожняя
Руководитель: Пашкова Н. В.
к.т.н., доцент кафедры ТЭ
Омск 2015
Реферат
УДК 621.3
Объектом исследования являются линейные и нелинейные электрические и магнитные цепи.
Цель работы - исследование и изучение методов расчета цепей постоянного и синусоидального тока, переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами, нелинейных и магнитных цепей, симметричных трехфазных цепей.
Используются аналитические и графические методы исследования.
Рассмотрены методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей при постоянных и синусоидальных питающих напряжениях в установившихся и переходных режимах, а симметричных трехфазных цепей.
Ключевые слова: синусоидальное напряжение, ток, осциллограмма, баланс мощностей, векторная диаграмма, переходные процессы, характеристическое уравнение, нелинейный элемент, напряженность магнитного поля, магнитный поток.
Содержание
Введение
1. Задача на определение напряжения на участке цепи
2. Задача на определение токов ветвей методом контурных токов
3. Задача на определение токов ветвей методом узловых потенциалов
4. Задание по определению токов и напряжений в цепях синусоидального тока
5. Задание на расчет симметричной трехфазной электрической цепи
6. Задание на расчет переходных процессов в цепях с одним накопителем энергии
7. Задание на расчет переходных процессов в цепях с двумя накопителями энергии
8. Задание по расчету нелинейной цепи постоянного тока
9. Задание по расчету магнитной цепи постоянного тока
Заключение
Библиографический список
Введение
Теория линейных электрических цепей является основной теоретической базой, используемой во многих специальных дисциплинах при подготовке инженеров по электротехническим специальностям.
В цепях постоянного тока рассматриваются методы расчета разветвленных цепей, применение законов Ома и Кирхгофа, составление баланса мощностей и построение потенциальной диаграммы.
В цепях синусоидального тока приводятся рекомендации по применению символического метода расчета, проводится анализ цепи при наличии индуктивно связанных катушек, рассматриваются явления резонансов, составления баланса мощностей и построение векторных диаграмм.
Переходные процессы сопровождают переход электрической цепи или системы из одного установившегося состояния в другое и возникают при любых изменениях параметров электрических цепей.
Мгновенные изменения параметров называют коммутациями. Наиболее распространенными коммутациями являются включения или выключения электрических цепей в целом или отдельных их участков.
Переходные процессы в исключительном большинстве случаев конечны во времени. Объясняется это тем, что любая электрическая цепь запасает энергию электромагнитного поля, при этом энергия магнитного поля сосредоточивается в индуктивностях, а электрического - в емкостях.
Электромагнитная энергия не может быть изменена мгновенно, то есть нельзя ее мгновенно накопить, или, наоборот, израсходовать. Это обстоятельство и определяет конечность протекания во времени любых переходных процессов.
В зависимости от количества активных и реактивных элементов, а также от структуры электрической цепи изменения токов и напряжений в переходных процессах могут быть достаточно сложными.
В реальных условиях многие переходные процессы сопровождаются возникновением электрической дуги. В основном то случаи размыкания электрических цепей с накопленной в индуктивностях и емкостях электромагнитной энергией.
1. Задача на определение напряжения на участке цепи
В заданной цепи действует источник постоянной ЭДС Е. Определить токи ветвей и напряжение Uаb. Составить баланс мощностей.
Рисунок 1 - Схема цепи с источником ЭДС
Исходные данные: E=24 B; r1=24 Ом; r2=r3=r4=12 Ом.
1. Нахождение токов ветвей:
2. Баланс мощностей:
3. Нахождение напряжение :
1) По закону Кирхгофа:
2) Через разность потенциалов:
Один из потенциалов необходимо принять за ноль. Пусть . Тогда относительно этого потенциала можно определить значения потенциалов других точек:
;
;
.
2. Задача на определение токов ветвей методом контурных токов
В цепи источники ЭДС Е заданы в вольтах, источники тока J - в амперах, сопротивления r - в омах.
Рисунок 2 - Схема цепи
Исходные данные: E1=40 B; E2=20 B; E3=15 B; E4=10 B; r1=r5=r6=10 Ом; r2=r3=5 Ом; r4=7,5 Ом; J=5 A.
Решение:
Найдем собственное сопротивление:
Найдем общее сопротивление:
Посчитаем контурные ЭДС:
Подставим все найденные коэффициенты в систему уравнения:
Решим систему методом Крамера и получим:
Вычисляем значения токов:
Составим баланс мощностей.
Пусть тогда , тогда
.
3. Задача на определение токов ветвей методом узловых потенциалов
Рисунок 2 - Схема цепи
Исходные данные: E1=40 B; E2=20 B; E3=15 B; E4=10 B; r1=r5=r6=10 Ом; r2=r3=5 Ом; r4=7,5 Ом; J=5 A.
Решение:
Собственная проводимость узлов:
Общая проводимость узлов:
Узловые токи:
Подставляем найденные коэффициенты в систему уравнений:
Решая данную систему уравнений, получаем, что ; .
Определим значения токов ветвей через известные потенциалы.
Уравнения по законам Кирхгофа
1:
2:
I:
II:
III:
4. Задание по определению токов и напряжений в цепях синусоидального тока
В электрической цепи с входным напряжением выполнить следующее: электрический синусоидальный ток мощность
1) Определить комплексное входное сопротивление.
2) Найти действующие значения тока во всех ветвях схемы. Записать выражения для мгновенных значений тока.
3) Составить баланс мощностей.
4) Рассчитать действующие значения напряжения на всех элементах цепи. Построить топографическую векторную диаграмму напряжений.
Исходные данные: U=200 В,в=30°,f=80 Гц,? R?_1=18 Ом,? R?_2=15 Ом,? R?_3=24 Ом,? L?_1=45 мГн,? L?_2=58 мГн,C_1=116 мкФ,C_2=83 мкФ.
Рисунок 4 - Схема цепи
Решение:
Действующее напряжение в комплексной форме:
=200, В.
Угловая частота ; , тогда приложенное мгновенное значение напряжения , В.
;
Рисунок 5 - Схема цепи
Ом
;
; ;
;
, В;
; ;
;
; ;
.
Баланс мощностей:
200
Вт;
.
Расчеты для векторной диаграммы:
;
В ;
В ;
В ;
В ;
В ;
В ;
1 см : 10 В; 1 см : 1 А.
Рисунок 6 - Векторная диаграмма
5. Задание на расчет симметричной трехфазной электрической цепи при синусоидальном напряжении источника
В соответствии с исходными данными выбрать симметричную трехфазную электрическую цепь, найти токи в линии, составить баланс мощностей, построить векторную диаграмму токов и напряжений.
Рисунок 7 - Схема цепи
Исходные данные: ключи 1 и 2 замкнуты, действующее напряжение в комплексной форме: 380 В.
Решение:
Рисунок 8 - Схема цепи
Баланс мощностей:
220
Вт;
.
Расчеты для векторной диаграммы:
;
В;
В;
В;
1 см : 40 В; 1 см : 4 А.
Рисунок 9 - Векторная диаграмма
6. Задание на расчет переходных процессов в цепях с одним накопителем энергии
В результате замыкания (размыкания) ключа при возникает переходный процесс.
Рисунок 10 - Схема цепи
Исходные данные: E=12В,L_1=0,15 Гн,?L_2=0,05 Гн,r?_1=6 Ом,r_2=4 Ом.
Найти
Решение:
Определяем независимые начальные условия, рассматриваем установившийся режим до коммутации (ключ разомкнут)
Составляем дифференциальные уравнения и определяем зависимые начальные условия ()
Определяем принужденные составляющие
Составляем характеристические уравнения и определяем их корни:
;
Замена
Характеристические уравнения имеют вид:
Определяем свободные составляющие
При t=0+: B = 1,2.
Рисунок 11 - Графики токов
7. Задание на расчет переходных процессов в цепях с двумя накопителями энергии
Рисунок 12 - Схема цепи
Исходные данные:
Решение:
Определяем независимые начальные условия, рассматриваем установившийся режим до коммутации (ключ замкнут)
=0 В
Составляем дифференциальные уравнения и определяем зависимые начальные условия ()
Составляем характеристическое уравнение и определяем его корни
Замена
- колебательный режим
8. Задание по расчету нелинейной цепи постоянного тока
Рисунок 13- Схема для расчетов
Таблица 1 - Значения сопротивления r1
|
U, В |
0 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
|
I, А |
0 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Таблица 2 - Значения сопротивления r2
|
U, В |
0 |
30 |
60 |
100 |
|
|
I, А |
0 |
3 |
6 |
8 |
Рисунок 14 - График нелинейных элементов ВАХ
Исходные данные: .
Решение:
Из графика второго соединения видно, что сопротивление
, так как параллельное соединение.
Из графика для первого сопротивления видно, что ток .
По первому закону Кирхгофа можно найти общий ток в цепи :
;
.
Напряжение на линейном сопротивлении будет равно:
;
.
Входное напряжение можно определить по второму закону Кирхгофа:
;
.
9. Задание по расчету магнитной цепи постоянного тока
Исходные данные: ; ; ; ; ; ;
Найти:
Рисунок 15 ? Схема для выполнения задания
Таблица 3 - Магнитные характеристики материала
|
B, Тл |
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
Материал |
|
|
H, А/м |
0 |
20 |
65 |
120 |
185 |
300 |
550 |
1411 |
Решение:
Уравнение по второму закону Кирхгофа для магнитной цепи имеет вид:
.
Значение магнитной индукции потока в магнитопроводе вычисляем по формуле:
;
По таблице значению магнитной индукции B= 0,8 Тл для материала 1411 соответствует значение напряженности магнитного поля H, равное 185 А/м.
Напряженность магнитного поля воздушного зазора определяется по формуле:
Найдем среднюю линию магнитопровода:
;
Из уравнения, записанного по второму закону Кирхгофа для магнитной цепи (), намагничивающая сила равна:
Заключение
В данной курсовой работе мы исследовали и изучили методы расчета цепей постоянного и синусоидального тока, переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами, нелинейных и магнитных цепей.
Рассмотрели методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей при постоянных и синусоидальных питающих напряжениях, а также в режиме переходного процесса. Курсовая работа включила в себя расчетно-экспериментальные работы, а также индивидуальные задания.
Библиографический список
1 Пашкова Н. В. Электротехника: Учебное пособие / Н.В. Пашкова, Д.В. Пашков / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. 71 с.
2 Режимы постоянного и синусоидального токов в линейных электрических цепях: Учебное пособие / В. Н. Зажирко, Т.В.Ковалева, А.Ю. Тэттэр; Под ред. В.Н. Зажирко / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. 112 с.
3 Периодические режимы однофазных и трехфазных электрических цепей: Учебное пособие / В. Н. Зажирко, Т. В. Ковалева, А. Ю. Тэттэр, В. Т. Черемисин; Под ред. В. Н. Зажирко / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. 126 с.
4 Зажирко В. Н. Переходные процессы в линейных электрических цепях: Учебное пособие / В. Н. Зажирко, А. Ю. Тэттэр; Под ред. В. Н. Зажирко. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Анализ состояния однофазных и трехфазных электрических цепей переменного тока. Исследование переходных процессов, составление баланса мощностей, построение векторных диаграмм для цепей.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 23.10.2014Общие теоретические сведения о линейных и нелинейных электрических цепях постоянного тока. Сущность и возникновение переходных процессов в них. Методы проведения и алгоритм расчета линейных одно- и трехфазных электрических цепей переменного тока.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 01.02.2012Расчет электрических цепей переменного тока и нелинейных электрических цепей переменного тока. Решение однофазных и трехфазных линейных цепей переменного тока. Исследование переходных процессов в электрических цепях. Способы энерго- и материалосбережения.
курсовая работа [510,7 K], добавлен 13.01.2016Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока, однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях. Комплектующие персонального компьютера.
курсовая работа [393,3 K], добавлен 10.01.2016Расчет линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Определение реактивного сопротивления элементов, составление баланса активных и реактивных мощностей с целью исследования переходных процессов в одно- и трехфазных электрических цепях.
контрольная работа [8,2 M], добавлен 14.05.2010Мгновенные значения величин. Векторная диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений. Расчет показателей ваттметров, напряжения между заданными точками. Анализ переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами.
реферат [414,4 K], добавлен 30.08.2012Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Расчет однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях, содержащих конденсатор и сопротивление.
курсовая работа [4,4 M], добавлен 14.05.2010Анализ состояния цепей постоянного тока. Расчет параметров линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока графическим методом. Разработка схемы и расчет ряда показателей однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока.
курсовая работа [408,6 K], добавлен 13.02.2015Применение методов наложения, узловых и контурных уравнений для расчета линейных электрических цепей постоянного тока. Построение потенциальной диаграммы. Определение реактивных сопротивлений и составление баланса мощностей для цепей переменного тока.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 29.07.2013Основные законы электрических цепей. Освоение методов анализа электрических цепей постоянного тока. Исследование распределения токов и напряжений в разветвленных электрических цепях постоянного тока. Расчет цепи методом эквивалентных преобразований.
лабораторная работа [212,5 K], добавлен 05.12.2014
