Расчетно-графическая работа №1

Министерство образования РФ

Тульский государственный Университет

Кафедра электроники и электрических машин

Электротехника и основы электроники

Методические указания и задания к расчетно-графической работе № 1

Анализ электрических и магнитных цепей постоянного тока

Для студентов машиностроительных специальностей дневного обучения

Тула 2003

Настоящие задания по расчетно-графической работе №1 “Анализ электрических и магнитных цепей постоянного тока” предназначены для студентов машиностроительных специальностей дневной формы обучения по дисциплине “Электротехника и основы электроники”. Они могут быть использованы также при изучении дисциплин “Электротехника”, “Электротехника и промышленная электроника”, “Электротехника и основы промышленной электроники”, “Электротехника и электроника”.

Особенностью данных заданий по сравнению с традиционными заданиями по РГР №1 является то, что студенты должны более глубоко изучить связь реальных электрических цепей с их схемами замещения, используемыми при анализе. Схемы замещения отдельных элементов электрической цепи приведены в задании. Переход же к схеме замещения всей цепи студентами выполняется самостоятельно.

Расчетно-графическая работа №1

АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ЧАСТЬ 1. Линейные электрические цепи

Варианты схем электрических цепей (ЭЦ), подлежащих расчету, приведены на рис.1. Числовые значения параметров электрических цепей даны в табл.1 и 2. Студент выполняет задание в соответствии с номерами варианта: группового (назначается преподавателем) и личного (в соответствии с порядковым номером фамилии студента в журнале группы). Расчетно-графическая работа оформляется на стандартных листах II-го формата. Форма титульного листа прилагается (приложение).

ЗАДАНИЕ

1. В соответствии с условными графическими обозначениями элементов ЭЦ начертить схему заданной цепи.

2. Используя схемы замещения элементов ЭЦ (табл.1), составить схему замещения всей цепи и начертить ее.

3. Упростить схему замещения электрической цепи, заменив узлы, имеющие один электрический потенциал (эквипотенциальные точки), одним узлом. При этом пренебречь падением напряжения на предохранителе и амперметре. Начертить полученную электрическую схему, обозначить узлы цифрами.

4. Выбрать наименее трудоемкий метод расчета и найти значения токов всех ветвей. При расчетах значений величин использовать 3-4 значащие цифры.

5. Определить показания измерительных приборов, включенных в ЭЦ.

6. Проверить правильность расчета токов ветвей, составив баланс мощности всей цепи. Допускается несовпадение баланса 1%.

7. Методом эквивалентного генератора проанализировать электрический режим работы ветви, отмеченной знаком *. Если этим знаком отмечена ветвь с электродвигателем постоянного тока, то следует найти ток и напряжение на ветви для случаев:

а) при номинальном режиме работы двигателя, когда Е_д=Е_дном (см. табл.2)

б) при пуске двигателя, когда Е_д=0,

Схема ЭЦ № 1

Схема ЭЦ № 2

Схема ЭЦ № 3

Схема ЭЦ № 4

Схема ЭЦ № 5

Схема ЭЦ № 6

Рис. 1.

Таблица 1

Название элементов электрической цепи	Условное графическое обозначение элементов	Схема замещения элементов
1 Электрический двигатель постоянного тока
а) с последовательной обмоткой возбуждения	__	_ Iя
б) с параллельной обмоткой возбуждения
2 Генератор постоянного тока (с двумя обмотками возбуждения)	_ + Г ОВ1 Iя	- Ег Rг Iя Rов 1 +
3 Лампа накаливания	Л	Rлн
4 Нагреватель	Н	Rн
5 Аккумуляторная батарея		_ Ея Rа +
6 Выпрямительное устройство	Выпрямитель +	_ Ев Rв +

Примечание:

1 Е_г, R_г, Е_д, R_д – ЭДС и сопротивление обмотки якоря генератора и двигатель соответственно

2 R_р, R_ов – сопротивление реостата и обмотки возбуждения

3 Сопротивление соединительных проводов учтено на наиболее длинном участке цепи в виде сопротивления R_л

4 Схема выпрямительных устройств и сглаживающего фильтра не конкретизирована (ввиду многообразия схем) и обозначена обобщённо

в) при пуске двигателя, когда Е_д=0, а последовательно с двигателем вводится пусковой реостат Pil, сопротивление которого дано в табл.3.

Если знаком * отмечена ветвь с нагревательным элементом, то следует найти ток и напряжение для случаев:

а) при номинальном режиме, когда сопротивление Rн равно номинальному R_н=R_н ном (см. табл. 2);

б) при сопротивлении нагревателя, равном 2Rн ном.;

в) в аварийном режиме, когда нагреватель замкнут накоротко (сопротивление ветви равно нулю).

8. Определить требуемый диаметр медного провода в ветви с амперметром. Плотность тока принять равной 5 а/мм² (из условия допустимого падения напряжения в соединительных проводах).

9. Выбрать значение тока плавления плавкой вставки предохранителя в цепи источника питания, приняв коэффициент запаса равным 2.

Таблица 2

Параметры пассивных элементов цепи

Таблица 3

Параметры активных элементов цепи

ЧАСТЬ 2. Нелинейные электрические цепи

На рис. 2 приведена электрическая схема нелинейной электрической цепи, а в табл.4-9 – данные по элементам цепи и питающему напряжению U₀ в соответствии с номером личного варианта студента. Групповые варианты в этой части РГР № 1 не выделяются.

ЗАДАНИЕ

1. Изобразить электрическую схему нелинейной цепи, используя графическое обозначение конкретного нелинейного элемента (стабилитрона, диода, и т.п.) в соответствии с вариантом задания.

2. Построить в масштабе ампер – вольтные характеристики I(U) нелинейного элемента и резистора.

3. Определить ток I₀ в цепи и напряжения U₁ и U₂ на элементах цепи:

а) методом построения результирующей характеристики цепи;

б) методом построения опрокинутой характеристики.

4. Рассчитать заданную электрическую цепь методом линеаризации ампер – вольтной характеристики нелинейного элемента:

а) найти параметры линеаризации на рабочем участке характеристики (в окрестности рабочей точки, указанной в табл. 4);

б) составить схему замещения линеаризованной электрической цепи, используя найденные параметры Е, R_д линеаризации нелинейного элемента;

в) воспользовавшись схемой замещения, записать выражения для тока в цепи I₀ и напряжений U₁ и U₂ на элементах цепи;

г) найти конкретные значения величин I₀, U₁ и U₂.

Рис. 2

Таблица 4

Параметры нелинейной цепи

Таблица 5

Характеристики стабилитронов

Таблица 6

Таблица 7

Характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером (в разных точках I_б)

(при разных токах I_б)

Таблица 8

Характеристики диодов

Таблица 9

Характеристики туннельных диодов

ЧАСТЬ 3. Магнитные цепи

На рис. Изображена магнитная цепь электромагнита, широко применяемого в различных электромеханических устройствах, например, реле, магнитных пускателях, контакторах. В табл. 10 в соответствии с номером личного варианта приведены размеры магнитопровода. Наименования ферроматериалов, использованных для изготовления магнитопровода, значения тягового усилия F_т, которое должен обеспечить электромагнит, указаны в табл. 11 в соответствии с номером группового варианта. Кривые намагничивания ферроматериалов приведены в табл. 12. Для всех вариантов обмотка электромагнита имеет число витков W=1000.

ЗАДАНИЕ

1. Изобразить в масштабе заданную магнитную цепь электромагнита, указать её размеры, ферроматериалы.

2. Для данного электромагнита определить величину электрического тока I, обеспечивающую заданное значение тягового усилия F_т.

3. Определить магнитное сопротивление R_м магнитопровода при вычисленном выше значении электрического тока.

4. Определить индуктивность L катушки электромагнита для рассчитанного выше режима его работы.

УКАЗАНИЯ

1. Тяговое усилие F_т(Н), приходящее на один воздушный зазор электромагнита, рассчитывать по приближенной формуле

F_т=[ (В₀)² / (2μ₀)]*S₀,

Где В₀ – индукция в воздушном зазоре, Тл; S₀ – площадь воздушного зазора, м²; μ₀ = 4π * 10^-7 Гн/м – магнитная проницаемость воздуха.

2. Значения магнитного сопротивления R_м(1/(Ом*с)) и индуктивности катушки L(Гн) можно определить, пользуясь следующими соотношениями:

R_м = (W * I) / Ф;

L = (W * Ф) / I = W² / R_м

Рис. 3.

Таблица 10

Геометрические размеры магнитной цепи

Таблица 11

Материалы магнитной цепи

Таблица 12

Кривые намагничивания материалов

Приложение

Форма титульного листа