Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Волжский филиал государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Марийский государственный технический университет»

Методические указания

по выполнению контрольных работ

по дисциплине

«Теоретические основы электротехники»

для студентов заочного отделения специальности 270116

«Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования

промышленных и гражданских зданий»

Волжск

2010

ОДОБРЕНЫ цикловой комиссией энергетических дисциплин Протокол №5 Председатель: Чемоданова Н.Е. «28» апреля 2010 г.

Составлены в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности 270116 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий» Зам. директора по УР Кулаков В.В. «25» мая 2010 г.

Автор:

Н.Е.Чемоданова, преподаватель первой квалификационной категории Волжского филиала ГОУ ВПО «МарГТУ»

Рецензенты:

Е. П. Моргунов, преподаватель высшей квалификационной категории Волжского филиала ГОУ ВПО «МарГТУ»;

О. В. Шитихина, преподаватель высшей квалификационной категории Волжского филиала ГОУ ВПО «КГТУ»

Методические указания по выполнению контрольных работ по дисциплине «Теоретические основы электротехники» для студентов заочного отделения специальности 270116 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий» / Волжский филиал ГОУ ВПО «МарГТУ»; г. Волжск, 2010. – 78 с.

В методические указания включены: теоретический материал по наиболее важным разделам дисциплины, алгоритмы и примеры решения задач, вопросы для самопроверки, задания для выполнения двух контрольных работ, требования по выполнению и оформлению контрольных работ.

Содержание Введение 1. Расчет электрических цепей постоянного тока 1.1. Законы Кирхгофа 1.2. Соединение сопротивлений 1.2.1. Неразветвленная электрическая цепь 1.2.2. Разветвленная электрическая цепь с двумя узлами 1.2.3. Смешанное соединение резисторов. Расчет электрических цепей методом сворачивания 1.3. Расчет электрических цепей методом преобразований 1.4. Расчет электрических цепей методом узлового напряжения 1.5. Расчет электрических цепей методом узловых и контурных уравнений 1.6. Расчет электрических цепей методом контурных токов 1.7. Расчет электрических цепей методом наложения (суперпозиции) токов 1.8. Электрическая энергия и мощность Вопросы для самопроверки Примеры решения задач 2. Расчет электрических цепей переменного тока с помощью векторных диаграмм 2.1. Расчет неразветвленной цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью 2.2. Общий случай неразветвленной цепи 2.3. Разветвленная цепь переменного тока. Расчет разветвленных цепей методом проводимостей Вопросы для самопроверки Примеры решения задач 3. Символический метод расчета электрических цепей переменного тока 3.1. Комплексные числа 3.2. Алгебраические действия с комплексными числами 3.3. Выражение синусоидальных величин комплексными числами 3.4. Расчет электрических цепей символическим методом Вопросы для самопроверки Примеры решения задач 4. Соединение трехфазных цепей звездой 4.1. Соединение обмоток генератора звездой 4.2. Соединение приемников энергии звездой 4.2.1. Соединение приемников энергии звездой при симметричной нагрузке 4.2.2. Соединение приемников энергии звездой при несимметричной нагрузке Вопросы для самопроверки 5. Соединение трехфазных цепей треугольником 5.1. Соединение обмоток генератора треугольником 5.2. Соединение приемников энергии треугольником 5.3. Мощность трехфазных цепей Вопросы для самопроверки Примеры решения задач 6. Электрические цепи с несинусоидальными периодическими напряжениями и токами 6.1. Основные понятия 6.2. Виды периодических кривых 6.2.1. Кривые, симметричные относительно оси абсцисс 6.2.2. Кривые, симметричные относительно оси ординат 6.2.3. Кривые, симметричные относительно начала координат 6.2.4. Кривые, симметричные относительно оси абсцисс и начала координат 6.3. Действующее значение несинусоидального тока 6.4. Расчет электрических цепей при несинусоидальном периодическом напряжении на входе Вопросы для самопроверки Примеры решения задач 7. Нелинейные цепи переменного тока 7.1. ЭДС, магнитный поток и ток в цепи с нелинейной индуктивностью 7.2. Влияние гистерезиса на ток катушки с ферромагнитным сердечником 7.3. Полная векторная диаграмма и схемы замещения катушки с ферромагнитным сердечником Вопросы для самопроверки Примеры решения задач ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ Контрольная работа №1 Контрольная работа №2 Заключение Литература

5 6 6 7 7 8 8 10 10 12 13 13 15 16 16 24 24 26 27 29 29 32 32 33 35 36 36 37 39 39 40 40 41 43 43 43 45 46 46 51 51 52 52 53 53 54 54 55 55 56 59 59 61 63 65 65 69 69 74 77 78

Введение

При изучении теоретических основ электротехники перед студентами стоят две главные задачи. Первая задача – всесторонне изучить и усвоить физическую сущность электрических и магнитных явлений. Глубокое понимание физической сущности электрических и магнитных явлений дает возможность целенаправленно использовать их при создании электротехнических устройств и правильно эксплуатировать эти устройства, избегая нежелательных и тем более вредных режимов.

Однако технику – электрику недостаточно знаний одних физических явлений. Поэтому одновременно с изучением физических явлений студенты должны получить навыки в методах расчетов, необходимых для изучения других дисциплин, и в решении задач, возникающих в практической деятельности техника – электрика.

Умение и навыки приобретают и закрепляют в процессе самостоятельной работы, поэтому решению электротехнических задач необходимо уделять большое внимание, начиная с разбора решенных задач и переходя к самостоятельному решению сначала простых задач, а затем более сложных.

Изучение теоретической электротехники подготавливает студентов к изучению специальных электротехнических дисциплин и поэтому является одним из важнейших звеньев подготовки техников – электриков.

В методических указаниях рассмотрены наиболее важные разделы дисциплины «Теоретические основы электротехники»:

- расчет сложных электрических цепей постоянного тока;

- расчет электрических цепей переменного тока с помощью векторных диаграмм и символическим методом;

- трехфазные цепи;

- периодические несинусоидальные токи;

- нелинейные цепи переменного тока.

По всем указанным разделам приведены алгоритмы и примеры решения задач, даны контрольные вопросы для самопроверки студентов.

В указаниях даны задания для двух контрольных работ. В каждой контрольной работе имеется двадцать вариантов.

1. Расчет электрических цепей постоянного тока

Основной целью расчета электрических цепей является анализ различных режимов, на основании которого можно оценить условия и эффективность работы электротехнического оборудования и приборов. Эта цель достигается определением токов во всех участках электрической цепи. Зная токи, можно определить напряжения и мощности отдельных элементов. Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи или просто электрическая схема.

В электрической цепи различают активные и пассивные элементы. Активными считаются элементы, в которых преобразование энергии сопровождаются возникновением ЭДС (аккумуляторы, генераторы). Пассивными считаются элементы (сопротивления), в которых электрическая энергия преобразуется в тепло.

1.1. Законы Кирхгофа

Для расчета электрических цепей наряду с законом Ома применяют два закона Кирхгофа, являющиеся следствием закона сохранения энергии.

Ветвью электрической цепи называют участок, по которому проходит один и тот же ток.

Узлом электрической цепи называют точку, в которой сходится три и более ветвей.

Контуром электрической цепи называют любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Первый закон Кирхгофа: сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от узла.

Рисунок 1 Рисунок 2

Пользуясь этим законом, для узла А (Рис. 1) можно написать

. (1)

Считая токи, направленные к узлу, положительными, а токи, направленные от узла, отрицательными, уравнение можно записать

(2) или в общем виде

( математическая запись первого закона Кирхгофа). (3)

Таким образом, алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю. Токи, входящие в узел, принято считать положительными, а выходящие из узла – отрицательными.

Второй закон Кирхгофа применяется к контурам электрической цепи: в контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех сопротивлениях.

. (4)

Согласно этому правилу уравнение для контура на рис. 2 имеет вид:

. (5)

При этом положительной считается ЭДС, направление которой совпадает с направлением обхода контура (в данном случае направление обхода против часовой стрелки), а отрицательной – если не совпадает. Положительным считается падение напряжения в сопротивлении, в котором направление тока совпадает с направлением обхода, а отрицательным – если направление тока не совпадает.