3651
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно – строительный
университет»
Кафедра технологии строительства
Н. Л. Александрова, В. П. Костров
Определение параметров сети электроснабжения предприятий с помощью персонального компьютера
Учебно-методическое пособие к практическим занятиям в компьютерном классе по дисциплине «Электроснабжение предприятий и электрооборудование» по направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника, профиль – Промышленная теплоэнергетика
Нижний Новгород
2016
УДК 621.3
Александрова Н.Л. Определение параметров сети электроснабжение предприятий с помощью персонального компьютера, [электронный ресурс] / Н. Л. Александрова, В. П. Костров: Нижегор. гос. архитектур. – строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016 – 17 с электрон. опт. диск (CD – RW)
Приведены необходимые теоретические сведения для определения параметров сети электроснабжения,даются поясняющие рисунки и векторные диаграммы, рассмотрены содержание и последовательность выполнения задач на компьютере.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для практических занятий в компьютерном классе по направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника, профиль – Промышленная теплоэнергетика.
© Н.Л. Александрова
©В.П. Костров
©ННГАСУ,2016
Введение.
Электроснабжение предприятий осуществляется по трехфазной четырехпроводной схеме с глухо заземленной нейтралью от трансформаторных подстанций.
Электрооборудование предприятий включает в себя однофазные потребители: осветительные приборы, различные бытовые устройства (электроплиты, холодильники, переносной электроинструмент и др.), а также промышленное оборудование: трехфазные потребители ( насосы, лифты, вентиляторы, компрессоры и др.)
Расчет различных участков электрической цепи производят на схемах замещения, где реальные потребители представлены в виде элементов: активных R, индуктивных XLи емкостных XC сопротивлений, соединенных соответствующим образом. Зная эти сопротивления, а также напряжения, подаваемые на схему, можно рассчитать токи, потребляемую мощность, потери напряжения в линии, выбрать сечения проводов и кабелей, а также защитные аппараты.
На практических занятиях по дисциплине «Электроснабжение предприятий и электрооборудование» используется компьютерная программа «Электронный учебник», которая дает возможность рассчитать эти параметры для различных схем соединения.
Программа построена таким образом, что каждый раздел включает в себя теоретическую часть, изучая которую студент также и проверяет свои знания, ведя диалог с компьютером. Затем по каждой теме студент выполняет задание, предлагаемое компьютером.
Электронный учебник генерирует для каждого студента свой индивидуальный вариант учебного задания по одной и той же теме. Перед началом выполнения задания студент регистрируется, записывая в компьютер фамилию, имя и отчество, число и группу. В процессе решения при необходимости можно пользоваться подсказками компьютера. Необходимые графические работы студент вычерчивает на дисплее. После окончания выполнения задания компьютер выставляет оценку в баллах от 0 до 5. Оценка за выполнение задания рассчитывается компьютером с учетом общего числа заданных вопросов, числа безошибочных ответов с первой попытки, количества попыток. В некоторых случаях вводится весовой коэффициент для учета различной степени сложности задаваемых вопросов.
В программе имеется калькулятор, который вызывается нажатием клавиши «С». Убрать калькулятор можно нажатием клавиши «Esc».
ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1.
Формула 1
Синусоидальный ток, напряжение, электродвижущая сила.
ii
T=2π |
Т |
Рис. 1
-амплитуда (максимальное значение синусоидально изменяющейся величины)
(c) – период (Гц) – частота
|
= 2πƒ ( рад/с) – угловая (циклическая) частота; |
( |
t + ψi) – фаза колебаний (рад) |
ψi |
– начальная фаза тока ( фаза при t = 0) |
Начальная фаза отсчитывается от точки перехода через нууль к положительному значению. Если ψ > 0, точка перехода чеерез нульк положительному значению смещается влево от начала координат, если ψ < 0
– вправо.
Действующее знначение – среднеквадратичное значение за период:
Среднее значение (за положительный полупериод)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица1 |
Мгновенное |
Амплитуда |
Действующее |
Среднее |
Начальная |
|||||||
значение |
|
значение |
значение |
фаза |
|||||||
i = Im* sin ( |
t + ψi). |
Im |
|
|
|
|
|
|
|
|
ψi |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u =Um* sin ( |
t + ψu) |
Um |
|
|
|
|
|
|
|
|
ψu |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e = Em* sin ( |
t + ψe) |
Em |
|
|
|
|
|
|
|
|
ψe |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Работа на компьютере.
Определение пар аметров синусоидальной цепи переменного тока
1.Открыть программу OZ -1.
2.Ознакомиться с теоретической частью, записать в тетрадь основные правила и формулы.
3.Открыть раздел «ПРИМЕРЫ». Зарегистриро ваться, записав в компьютер сво ю фамилию, номер группы и дату.
4.Определить пар аметры синусоидальной цепи Е, U ,I,Em,Um, ɷ,f,T для каждого из пред ложенных примеров, используя, если нужно, подсказки компьютера.
5.Построить на д исплее графики и векторные диагра ммы.
6.Записать решение в тетрадь.
7.Получить оценк у у компьютера.
П РАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2.
Символический (к омплексный) метод анализа цепей синусоидального
тока.
Сущность комплексного метода:
Анализ цепи синусоидального тока осуществляют, используя символические изображения синусоидальных функций времени в виде комплексных чисел.
Метод позволяет перейти от интегро-дифференциальных уравнений для мгновенных значений синусоидальных величин к алгебраическим уравнениям для их изображений, что существенно упрощает анализ цепей синусоидального тока.
+j
A
b
α
a |
+1 |
Рис.2 |
Комплексное число А можно представить вектором на комплексной плоскости.
Формы записи комплексного числа: Алгебраическая а Показательная
Тригонометрическая cos sin
Здесь:
√1 – мнимая величина
a- вещественная часть комплексного числа b- мнимая часть комплексного числа
A -модуль комплексного числа
, "а# #
α-аргумент комплексного числа
Отсчет аргумента производится от оси +1,
Если α > 0 – отсчет пр отив часовой стрелки
Если α < 0 – отсчет по часовой стрелке.
Примеры изображения синусоидальных функций времен и комплексным числом показаны в таблице 2.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Синусоидальная функция времени |
|
Комплексные числа |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(изо бражения) |
|
|
|
Мгновенное значение |
Ампл |
Действую |
Начал |
Изображение |
|
Комплексная |
|
Комплексное |
||||||||
|
|
итуда |
щее |
|
ьная |
мгновенного |
|
амплитуда |
|
действующее |
||||||
|
|
|
значение |
|
фаза |
значения |
|
|
|
значение |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i = Imsin ( |
t + ψi). |
Im |
|
|
|
|
|
|
|
|
ψi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i =1,41 sin(3,14 |
1,41 |
1 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
||
t+30) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u =Um sin ( |
t + ψu) |
Um |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ψu |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u=310 sin(628 t - 15) |
310 |
220 |
|
|
|
|
|
-15 |
|
|
|
|
I |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Работа на компьютере.
Решение задач на преобразование одной формы записи комплексных чисел в другую
1.Открыть программу OZ -2.1.
2.Ознакомиться с теоретической частью, записать в тетрадь основные правила и формулы.
3.Открыть программу OZ -2.2, раздел «ПРИМЕРЫ». Зарегистрироваться, записав в компьютер свою фам илию, номер группы и дату.
4.Решить четыре задания, используя, если нужно, поддсказки компьютера.
5.Построить на д исплее графики и векторные диагра ммы, округляя величины в соответствии с указаниями компьютера.
6.Записать решение в тетрадь.
7.Получить оценк у у компьютера.
П РАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3.
Мощность цепи синусоидального ток а.
i
u
Рис. 3
Напряжение и ток на зажимах пассивного двухполююсника изменяются гармонически:
u =Um sin ( |
t + ψu), |
i= Imsin ( |
t + ψi). |
Ради простоты положим ψu = 0, тогда φ ψu - ψi = -ψi . Мгновенная мощность (скорость совершения работы):
Когда p> 0, энергия поступает от источника в приемник.
Когда p< 0, приемник возвращает энергию источнику.
Энергия А, пост упающая в приемник за интервал времени, равный периоду Т, определяется площадью, ограниченной кривой р и осью абсцисс на данном интервале:
))
% &'( % + , '( -. /01 2 3
**
Активная мощность (среднее за период значение мгновенной мощности)
1 |
) |
1 |
) |
4 5 % &'( 5 % + , '( -. /01 2 6738 |
|||
|
* |
|
* |
Активная мощность Р численно равна энергии, поступающей от источника в приемник за единицу времени (за секунду),
- коэффициент мощности.
Активную мощность можно определить через активное сопротивление:
4 - . /01 2 9 . . /01 2 9 /01 2 .: ; .: 6738
Кроме того, используются следующие понятия: |
. 67 |
?8 |
||
∙ |
Полная мощность < = ># 9 . |
. - |
||
∙ |
Реактивная мощность@ A ># = |
sin B |
> |
> C > sin B 6вар8 |
∙ |
Комплексная мощность< =># E; FGH.: ;.: FG.: I FJ |
Комплексную мощность можно также рассчитать как произведение
комплексного значения напряжения Uна комплексное значение тока>. < C >
= *
Треугольник мощностей:
< < K
< |
B |
jQ |
|
|
+1Рис.4
|
|
P |
(LB MN |
- |
< "4# @# |
коэффициент реактивной мощности |
||
cos B NO |
- |
коэффициент мощности |
Работа на компьютере.
Расчет мощности цепей синусоидального тока.
1.Открыть программу OZ -3.
2.Ознакомиться с теоретической частью, записать в тетрадь основные правила и формулы.
3.Открыть раздел «ПРИМЕРЫ». Зарегистрироваться, записав в компьютер свою фамилию, номер группы и дату.
4.Решить предложенные задачи, используя, если нужно, подсказки компьютера.
5.Записать решение в тетрадь.
6.Получить оценку у компьютера.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4.
Комплексные сопротивления.
Комплексное сопротивление того или иного участка цепи есть отношение комплексов напряжения и тока этого участка.
= |
C |
|
C |
PQ |
|
C |
EPQTRSH = K |
> |
> |
RS |
> |
Здесь:
= C> модуль комплексного сопротивления Eполное сопротивлениеH
B ^_ ^`- аргумент комплексного сопротивления, равный углу сдвига фаз между напряжением и током;
Формы записи комплексного сопротивления:
Показательная |
= = |
K |
Тригонометрическая = = |
cos B jZ sin φ |
|
Алгебраическая= c dA |
|
Здесь:
c = cos B активное сопротивление A = sin φ реактивное сопротивление
Работа на компьютере.
Расчет комплексных сопротивлений.