Курсовая работа по ТОЭ

Резонанс в электрических цепях
Теория электрических цепей
Курсовая работа по ТОЭ
Примеры вычисления интегралов
Системы линейных уравнений
Вычисление обратной матрицы
Дифференциальное и интегральное
исчисление
Производные высших порядков
Несобственные интегралы
Приведем примеры вычисления
частных производных
Производная по направлению
Дифференциальные уравнения
первого порядка
Проектирование электропривода
Курс лекций по информатике
Техническая термодинамика
Колебания и волны
Квантовая природа света
Квантовая природа излучения
Физика атомов
Физика элементарных частиц
Тепловые электростанции
Курс лекций по химии
Техническая механика
Задачи контрольной работы
Начертательная геометрия
Искусство катакомб
Катакомбная живопись
Исторические сцены
Изображения Христа
Стиль Эль Греко
Микеланджело
Пейзажная живопись
Гравюры Шонгауэра
Идеализм готического искусства
Статуя Донателло
 

Электротехникой в широком смысле слова называется обширная область практического применения электромагнитных явлений. Широкое и разнообразное использование электрической энергии объясняется тем, что она имеет огромное преимущество перед другими формами энергии. Электрическая энергия сравнительно просто получается из других форм энергии, передается на любые расстояния и легко преобразуется в другие формы энергии. Она может существовать в самых различных количествах и использоваться достаточно экономно. Только на базе электричества оказалось возможным широкое развитие новейших научно-технических направлений в радиоэлектронике, в технике связи, в области компьютерных технологий. Трудно представить жизнь современного человека без использования электрической энергии.

Теоретические основы электротехники (ТОЭ) – теоретический курс, в котором в обобщенной форме рассматриваются теория и методы расчета разнообразных электромагнитных явлений. Курс ТОЭ занимает основное место среди общетехнических дисциплин, определяющих теоретический уровень профессиональной подготовки инженеров-электриков, является теоретической базой для последующего изучения специальных дисциплин. При изложении курса ТОЭ предполагается знание студентами курса физики, в частности, таких ее разделов, как электричество и магнетизм, а также курса высшей математики, в частности, таких ее разделов, как теория матриц, дифференциальные уравнения и методы их решения (особенно численные), теория функций комплексного переменного, преобразование Фурье-Лапласа, теория поля. При изучении курса ТОЭ предполагается широкое применение современных компьютерных технологий.

Выбор типа выпрямителя. Так как однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель обладает рядом преимуществ по сравнению с другими схемами выпрямления, то его целесообразно выбрать в качестве схемы выпрямления.

Выбор типа сглаживающего фильтра. Так как ток нагрузки меньше 0,5 А, то в качестве фильтра необходимо взять емкостный фильтр.

Выбор типа трансформатора. Ввиду того, что маломощные трансформаторы стержневого типа с двумя катушками имеют лучшее охлаждение и требуют меньшего расхода меди ввиду меньшей средней длины витка и возможной большей плотности тока в обмотках, то я возьму именно этот тип

Расчет выпрямителей, работающих на нагрузку с емкостной реакцией. Аналитические формулы получим на примере однотактного трехфазного выпрямителя, схема которого и временные диаграммы, поясняющие его работу,

 Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Полный сумматор. Многоразрядный сумматор Полный одноразрядный двоичный сумматор имеет три входа: a, b — для двух слагаемых и p — для переноса из предыдущего (более младшего) разряда и два выхода: S — сумма, P — перенос в следующий (более старший) разряд.

Расчет транформаторов малой мощности Трансформаторы малой мощности (ТММ) предназначены, в основном, для питания аппаратуры релейных схем, выпрямительных устройств, анодных цепей и цепей накала различных электронных приборов. Указанная нагрузка носит преобладающий активный характер, что учтено в данной методике

При мощностях от нескольких десятков до нескольких сотен вольт-ампер при частоте 50 Гц и до нескольких киловольт-ампер - при частоте 400 Гц наиболее перспективными являются стержневые двухкатушечные трансформаторы с ленточным магнитопроводом. Маломощные двухкатушечные трансформаторы стержневого типа имеют лучшее охлаждение и требуют меньшего расхода меди ввиду меньшей средней длины витка и возможной большей плотности тока в обмотках.

Определение тока холостого хода После того, как выбран магнитопровод трансформатора, нетрудно найти величины полных потерь в стали Рст , намагничиваю­щей мощности Qст, абсолютное и относительное значения тока холостого хода.

Расчет обмоток трансформатора заключается в определении числа витков и диаметра провода каждой из них

Следующим этапом является выбор марки провода

Определение температуры перегрева обмоток После того, как найдены геометрические размеры обмоток трансформатора, можно перейти к определению их рабочей температуры

Определение веса транформатора

Задание для расчета трансформатора

Предварительный расчет трансформатора. Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний.

Расчет обмотки НН

Расчет обмотки ВН

Расчет параметров короткого замыкания

Расчет магнитной системы. Определение размеров магнитной системы и массы стали.

Расчет потерь холостого хода

Тепловой расчет бака

Курсовая работа является завершающим этапом теоретического и практического изучения теоретических основ электротехники. Выполнение курсовой работы можно начинать только после глубокого изучения сущности электрических и магнитных явлений, приобретения умений и навыков в расчете электрических цепей постоянного и переменного тока, что невозможно без хорошей подготовки по физике и математике.

Методика расчёта линейных электрических цепей переменного тока

Эти два способа определения мощностей могут быть взаимоповерочными и при сходимости результатов указывать на правильность произведённых расчётов.

Метод активных и реактивных составляющих токов Этот метод предусматривает использование схемы замещения с последовательным соединением элементов (рис 2.1). В данном случае три параллельные ветви рассматриваются как три отдельные неразветвлённые цепи, подключенные к одному источнику с напряжением U. Поэтому в начале расчёта определяем полные сопротивления ветвей

Метод проводимостей основан на применении схемы замещения с параллельным соединением элементов

Расчёт сложных цепей переменного тока символическим методом

Характеристики и параметры цепей переменного тока в комплексной форме

Метод узловых и контурных уравнений

Метод контурных токов Намечаем в независимых контурах заданной цепи, как показано на рисунке 3.4, контурные токи IK1 и IK2 – некоторые расчётные комплексные величины, которые одинаковы для всех ветвей выбранных контуров. Направления контурных токов принимаются произвольно. Для определения контурных токов составляем два уравнения по второму закону Кирхгофа

Расчёт трёхфазной цепи при соединении приемника в звезду При расчёте несимметричной трехфазной цепи с потребителем, сое­динённым в звезду, схема может быть без нулевого провода или с нулевым проводом, который имеет комплексное сопротивление ZN. В обоих случаях система линейных и фазных напряжений генератора симметричны. Система линейных напряжений нагрузки останется также симметричной, так как линейные провода не обладают сопротивлением. Но система фазных напряжений нагрузки несимметрична из-за наличия напряжения смещения ней­трали UN. Трехфазная цепь при соединении приёмника в звезду представляет собой цепь с двумя узлами, расчёт подобных цепей наиболее целесообразно вести методом узлового напряжения

Расчёт трёхфазной цепи при соединении приёмника в звезду без нулевого провода. Если задана трехфазная цепь без нулевого провода, то формула для определения напряжения смещения нейтрали  не должна включать проводимость нулевого провода

Расчёт неразветвлённой цепи с несинусоидальными напряжениями и токами

Требования к оформлению курсовой работы

Линейные электрические цепи

Электрическое напряжение 2-ой закон Кирхгофа

Энергетический баланс в электрической цепи Энергия от источника переносится приемнику электромагнитным полем со скоростью распространения волны. Для воздушных линий электропередачи  эта скорость близка к скорости света с=300000 км/с, для кабельных линий она чуть меньше . Таким образом, электромагнитная волна за единицу времени (1 сек) многократно пробегает путь от источника энергии до приемника.

Теоремы и методы расчета сложных резистивных цепей Узлом электрической цепи (схемы) называется точка, в которой сходятся не менее трех ветвей. Ветвью электрической цепи (схемы) называется участок, состоящий из последовательно включенных элементов, расположенных между двумя смежными узлами. Сложной называется электрическая цепь (схема), содержащая не менее двух узлов, не менее трех ветвей и не менее двух источников энергии в разных ветвях.

Взаимное преобразование схем звезда-треугольник возникает при свертке сложных схем.

Метод законов Кирхгофа 1-й закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов ветвей в узле схемы равна нулю (). 2-й закон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений в произвольном контуре схемы равна алгебраической сумме ЭДС ().

Метод контурных токов Теоретическая база метода контурных токов – 2-ой закон Кирхгофа в сочетании с принципом наложения. Предполагают, что в каждом элементарном контуре-ячейке схемы протекает «свой» контурный ток Ik, а действительные токи ветвей получаются по принципу наложения контурных токов как их алгебраические суммы. В качестве неизвестных величин, подлежащих определению, в данном методе выступают контурные токи. Общее число неизвестных составляет m-(n-1).

Метод узловых потенциалов Теоретическая база метода узловых потенциалов – 1-ый закон Кирхгофа в сочетании с потенциальными уравнениями ветвей. В этом методе потенциал одного из узлов схемы принимают равным нулю, а потенциалы остальных (n-1) узлов считают неизвестными, подлежащими определению. Общее число неизвестных составляет (n-1).

Метод двух узлов является частным случаем метода узловых потенциалов при числе узлов в схеме n = 2

Теорема о взаимности Выделим из сложной схемы две произвольные ветви “m” и “n”, в одной из которых включен источник ЭДС E (в ветви m). Теорема о взаимности гласит, что если источник ЭДС E, включенный в ветви “m”, вызывает в ветви “n” частичный ток I , то такой же источник ЭДС E, включенный в ветвь “n”, вызовет в ветви “m” такой же частичный ток I

Теорема о линейных отношениях Формулировка теоремы: если в произвольной к-ой ветви сложной схемы изменяется ЭДС источника Ek или сопротивление резистора Rk, то параметры режима в двух других ветвях (например, 1 и 2, I1 и I2, U1 и U2, U1 и I2, I1 и U2 ) изменяются так, что между ними сохраняется линейная зависимость (и т.д.).

Пример. В схеме рис. 28 с заданными параметрами элементов (E1=100 В; E2=20 В; E3=30 В, E4=10 В; R1=R2=40 Ом; R3=R4=20 Ом; R5=R6=10 Ом) определить ток в выделенной ветви I6 методом эквивалентного генератора.

Электрические цепи переменного синусоидального тока Переменный ток (напряжение) и характеризующие его величины Переменным называется ток i(t) [напряжение u(t)], периодически изменяющийся во времени по произвольному закону. В электроэнергетике понятие ’’переменный’’ употребляют в более узком смысле, а именно: под переменным понимают ток (напряжение), изменяющийся во времени по синусоидальному закону:

Среднее и действующее значения переменного тока и напряжения Среднее значение Fср произвольной функции времени f(t) за интервал времени Т определяется по формуле :

Векторные диаграммы переменных токов и напряжений Из курса математики известно, что любую синусоидальную функцию времени, например i(t)=Imsin(wt+a), можно изобразить вращающимся вектором при соблюдении следующих условий : а) длина вектора в масштабе равна амплитуде функции Im ; б) начальное положение вектора при t = 0 определяется начальной фазой a ; в) вектор равномерно вращается с угловой скоростью w, равной угловой частоте функци

Теоретические основы комплексного метода расчета цепей переменного тока Из курса математики известно, что комплексное число Z может быть представлено в следующих трех формах: показательной, тригонометрической и алгебраической

Мощность переменного тока В сложной электрической цепи, состоящей из разнородных элементов R, L, C, одновременно происходят следующие физические процессы

Переменные ток в однородных идеальных элементах Существует три типа идеальных схемных элементов: резистор R, катушка L и конденсатор C. Рассмотрим процессы в цепи с каждым из названных элементов в отдельности.

Электрическая цепь с последовательным соединением элементов R, L и C

Электрическая цепь с параллельным соединением элементов R, L и С

Активные и реактивные составляющие токов и напряжений При расчете электрических цепей переменного тока реальные элементы цепи (приемники, источники) заменяются эквивалентными схемами замещения, состоящими из комбинации идеальных схемных элементов R, L и С.

Максимум мощности приемника имеет место при равенстве активных сопротивлений приемника и источника

Резонанс в электрических цепях Определение резонанса В электрической цепи, содержащей катушки индуктивности L и конденсаторы C, возможны свободные гармонические колебания энергии между магнитным полем катушки  и электрическим полем конденсатора . Угловая частота этих колебаний wo, называемых свободными или собственными, определяется структурой цепи и параметрами ее отдельных элементов R, L ,C.

Резонанс в цепи с параллельным соединением источника энергии и реактивных элементов L и C получил название резонанса токов

Резонанс в сложных схемах Схемы замещения реальных электрических цепей могут существенно отличаться от рассмотренных выше простейших последовательной или параллельной схем. Хотя условие резонансного режима в общем виде [ Im(Zвх)=0 и Im(Yвх)=0 ] для любой схемы сохраняется, однако конкретное содержание этих уравнений будет определяться структурой схемы замещения.

Магнитносвязанные электрические цепи

Последовательное соединение магнитносвязанных катушек

Сложная цепь с магнитносвязанными катушками В сложной цепи магнитосвязанные катушки могут находиться в любых ветвях. Так как направления токов в ветвях схемы выбираются произвольно, то токи в ветвях, содержащих магнитносвязанные катушки, могут быть направлены как согласно, так и встречно.

Линейный (без сердечника) трансформатор Схема линейного трансформатора состоит из двух магнитносвязанных катушек, к одной из которых (первичной) подключается источник ЭДС Е, а ко второй (вторичной) - нагрузка ZН

Круговая диаграмма тока и напряжений для элементов последовательной цепи

Топологические методы расчета электрических цепей

Уравнения Ома и Кирхгофа в матричной форме Если в исследуемой сложной схеме содержатся параллельно включенные ветви, то для составления матриц соединений такие ветви необходимо заменить (объединить) одной эквивалентной ветвью.

Контурные уравнения в матричной форме Вводим понятия контурных токов Iк . Контурные токи замыкаются по контурам-ячейкам графа, именуются по имени хорды, их направление совпадает с направлением хорды. Столбовая матрица контурных токов

Электрические цепи трехфазного тока. Трехфазная системаь Многофазной системой называется совокупность, состоящая из ”n” отдельных одинаковых электрических цепей или электрических схем, режимные параметры в которых (е, u, i) сдвинуты во времени на равные отрезки  или по фазе .

Достоинства трехфазной системы: Передача энергии от генератора к потребителям трехфазным током наиболее выгодна экономически, чем при любом другом числе фаз. Например, по сравнению с двухпроводной системой достигается экономия проводов в два раза (3 провода вместо 6), соответственно уменьшаются потери энергии в проводах линии.

Способы соединения фаз трехфазных приемников. Приемники трехфазного тока могут подключаться к генератору по двум схемам – звезды () и треугольника (). Как известно, на выходе трехфазного генератора получаются два напряжение (линейное и фазное), отличающиеся в Uл/Uф = раз. С другой стороны каждый приёмник энергии рассчитан на работу при определенном напряжении, которое называется номинальным. Схема соединения фаз приемника должна обеспечить подключение его фаз номинальное фазное напряжение. Таким образом, выбор схемы соединения фаз трехфазного приемника зависит от соотношения номинальных напряжений приемника и генератора (сети).

Схема треугольника применяется в том случае, если номинальное фазное напряжение приемника соответствует (равно) линейному напряжению генератора. При соединении в треугольник конец каждой фазы соединяется с началом последующей, а точки соединения (вершины треугольника) подключаются к линейным выводам трехфазного генератора  А, В, С линейными проводами

Расчет сложных трехфазных цепей Сложная трехфазная цепь, например, объединенная энергосистема, может содержать большое число трехфазных генераторов, линий электропередачи, приемников трехфазной энергии. Схема такой цепи представляет собой типичный пример сложной цепи переменного тока. Установившейся режим в такой схеме может быть описан системой алгебраических уравнений с комплексными коэффициентами, составленных по одному из методов расчета сложных цепей (метод законов Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов). Наиболее рациональным методом расчета таких трехфазных цепей является метод узловых потенциалов, при этом составление уравнений и их решение производится в матричной форме.

Мощность трехфазной цепи и способы ее измерения Активная и реактивная мощности трехфазной цепи, как для любой сложной цепи, равны суммам соответствующих мощностей отдельных фаз:

Вращающееся магнитное поле Одним из важнейших достоинств трехфазной системы является возможность получения с ее помощью кругового вращающегося магнитного поля, которое лежит в основе работы трехфазных машин (генераторов и двигателей).

Теоретические основы метода симметричных составляющих Метод симметричных составляющих применяется для расчета трехфазных цепей в несимметричных режимах. Несимметричные режимы в энергосистеме возникают при различных видах коротких замыканий. Расчет токов коротких замыканий – важная инженерная задача в электроэнергетике, которая решается методом симметричных составляющих.

Расчет режима симметричной трехфазной нагрузки при несимметричном напряжении Пусть к симметричному трехфазному приемнику, например электродвигателю, приложена несимметричная система напряжений UA, UB, UC. Для получения общих закономерностей введем в схему нулевой провод с сопротивлением ZN.

Расчет токов коротких замыканий в энергосистеме методом симметричных составляющих. В результате различного вида коротких замыканий в сложной энергосистеме возникает несимметричный режим. Расчет токов коротких замыканий в различных точках энергосистемы является важной инженерной задачей. Также расчеты выполняются методом симметричных составляющих.

Фильтры симметричных составляющих Фильтрами симметричных составляющих называются технические устройства или схемы, служащие для выделения соответствующих составляющих токов или напряжений из несимметричной трёхфазной системы векторов.

Курсовая работа по ТОЭ Анализ линейных электрических цепей выполняется курсантами в первом семестре и в дальнейшем защищается на протяжении второго семестра на практических занятиях и консультациях. Она состоит из трех частей и фактически отражает все этапы лекционного материала первого семестра.

Расчет методом узловых потенциалов Будем рассматривать установившийся режим в линейной цепи при гармоническом воздействии. Тогда справедлив символический метод расчета, применительно к схеме, рис.6. Для чего подключаем узел с номером «0» к корпусу и считаем его опорным с потенциалом равным нулю. Тогда разность потенциалов между опорным узлом и каким – либо другим дает искомое напряжение.

Расчет методом эквивалентного генератора В соответствии с заданием рассчитаем ток в пятой ветви. Крайние точки в пятой ветви обозначим буквами «а» и «b». Удаляем из электрической цепи пятую ветвь вместе с источником тока, подсоединенного параллельно ей.

Расчет электрической цепи с взваимоиндуктивными связи методом контурных токов

Расчет методом узловых потенциалов

Расчет методом контурных токов

Переходные процессы в линейных цепях Современные радиотехнические системы часто включают в себя комплекс достаточно сложных электрических цепей, среди которых разнообразные линейные цепи. В зависимости от характера воздействующих э.д.с. и назначения линейных цепей в них могут протекать самые различные процессы. Поэтому необходимо иметь ясное представление о таких процессах и уметь рассчитывать их для определенной цепи при заданном воздействии. Это относится к задачам анализа процессов в цепях. Среди них все больший интерес вызывают задачи, связанные с процессами в различных импульсных системах.

Анализ переходных процессов методом решения линейных дифференциальных уравнений

Разряд конденсатора на активное сопротивление

Разряд конденсатора в цепи .

Воздействие постоянного напряжения на L,C,R цепь

Воздействие гармонической э.д.с, на колебательный контур

Метод интегрирования по частям примеры решения задач