Курсовая работа по ТОЭ

Методика расчёта линейных электрических цепей переменного тока

Выполнению курсовой работы должна предшествовать долгая и кропотливая работа по изучению цепей переменного тока, и в результате этой работы учащиеся должны знать:

физические процессы в цепях переменного тока;

методику расчета цепей переменного тока с помощью векторных диаграмм;

символический метод расчета;

методику расчета трехфазных цепей;

методику расчета линейных цепей с несинусоидальными напряжениями и токами.

Номер варианта для заочного отделения определяется по двум последним цифрам шифра.

Для того, чтобы облегчить выполнение курсовой работы, приводим в данном пособии пример выполнения расчётов по курсовой работе.

Задание на курсовую работу

Заданы три приёмника электрической энергии со следующими параметрами: Z1 = 2 – j3 Ом, Z2 = 14 – j12 Ом, Z3 = j18 Ом. Рассчитать режимы работы электроприёмников при следующих схемах включения:

1. Присоединить приёмники последовательно к источнику с напряжением U = 65 В. Определить полное сопротивление цепи Z, ток I, напряжения на участках, угол сдвига фаз, мощности участков и всей цепи, индуктивности и ёмкости участков. Построить топографическую векторную диаграмму цепи.

2. Присоединить приёмники параллельно к источнику с напряжением U = 65 В. Определить токи в ветвях и в неразветвлённой час-

ти цепи, углы сдвига фаз в ветвях и во всей цепи, мощности ветвей и всей цепи. Построить векторную диаграмму цепи.

3. Составить из приёмников цепь с двумя узлами, включив в каждую ветвь соответственно электродвижущую силу Е1 = 100 В‚ Е2 = 65 В. Рассчитать в комплексной форме токи в ветвях, напряжения на участках, мощности источников и приёмников, составить уравнение баланса мощностей. Построить векторную диаграмму в комплексной плоскости.

Для расчёта применить методы 1, 2 и 3.

4. Соединить приёмники в звезду с нулевым проводом (ZN = - j10 Ом) и подключить его к трёхфазному источнику с линейным напряжением UЛ = 220 В. Определить фазные токи и напряжения источника, напряжение смещения нейтрали, ток в нейтральном проводе, мощности фаз и всей цепи. Построить топографическую векторную диаграмму в комплексной плоскости.

5. Соединить приёмники в треугольник и подключить его к тому же источнику трехфазного напряжения. Определить фазные и линейные напряжения и токи, мощности фаз и всей цепи. Построить векторную диаграмму цепи в комплексной плоскости.

6. Присоединить приёмники последовательно к источнику несинусоидального напряжения u = 220 Sin (ωt + 150) + 80 Sin (3ωt – 250) + 30 Sin 5 ωt. Определить действующие значения тока и напряжения, активную и реактивную мощности цепи. Записать уравнение мгновенных значений тока в цепи. Значения сопротивлений считать для частоты первой гармоники.

Частоту напряжения считать равной f = 50 Гц.

 1. Расчёт неразветвлённой цепи с помощью векторных диаграмм

В задании на курсовую работу сопротивления даны в комплексной форме. Так как расчёт цепи нужно выполнить с помощью векторных диаграмм, определяем соответствующие заданным комплексам активные и реактивные сопротивления: R1 = 2 Ом, XC1 = 3 Ом, R2 = 14 Ом, XC2 = 12 Ом, XL3 = 18 Ом.

Из заданных приёмников составляем неразветвлённую цепь (рис 1.1).

 Определяем активные и реактивные сопротивления всей цепи:

 R = R1 + R2 = 2 + 14 = 16 Ом;

X = -XC1 – XC2 + XL3 = -3 – 12 + 18 = 3 Ом.

 Полное сопротивление всей цепи тогда определяем из выражения:

Z =  =   = 16,3 Ом.

Ток в цепи будет общим для всех приёмников и определится по закону Ома:

I = U / Z = 65 / 16,3 = 3,99 A.

 Угол сдвига фаз между напряжением и током определяется по синусу

 Sin j = X / Z или тангенсу Tg j = X / R,

так как эти функции являются нечётными и определяют знак угла “плюс” или “минус”. Положительный знак угла указывает на активно-индуктивный (или чисто индуктивный) характер нагрузки, а отрицательный знак угла указывает на активно-ёмкостный (или чисто ёмкостный) характер. Таким образом, угол сдвига фаз между напряжением и током определим по синусу

Sin j = X / Z = 3 / 16 = 0,184;  j = 10,6°; Cos j = 0,983.

 Напряжения на участках цепи определяем также из формулы закона Ома:

 UR1 = I * R1 = 3,99 * 2 = 7,98 B;

 UC1 = I * XC1 = 3,99 * 3 = 12 B;

 UR2 = I * R2 = 3,99 * 14 = 55,9 B;

 UC2 = I * XC2 = 3,99 * 12 = 47,9 B;

 UL3 = I * XL3 = 3,99 * 18 = 71,8 B.


Рис.1.1

 Определяем активные и реактивные мощности участков цепи:

 P1 = I2 * R1 = 3,992 * 2 = 31,8 Вт;

 P2 = I2 * R2 = 3,992 * 14 = 223 Вт;

 QC1 = I2 * XC1 = 3,992 * 3 = 47,8 вар;

 QC2 = I2 * XC2 = 3,992 * 12 = 191 вар;

 QL3 = I2 * XL3 = 3,992 * 18 = 287 вар.

 Активная, реактивная и полная мощности всей цепи соответственно будут равны:

 P = P1 + P2 = 31,8 + 223 = 254,8 Вт;

 Q = -QC1 – QC2 + QL3 = -47,8 – 191 + 287 = 48,2 вар;

 S =  =  = 259 B*A.

 Полную, активную и реактивную мощности всей цепи можно определить также по другим формулам:

S = U * I = 65 * 3,99 = 259 В*А;

Р = S * Cos j = 259 * 0,983 = 254,8 Вт;

Q = S * Sin j= 259 * 0,184 = 47,9 вар.

Основными законами электрических цепей, наряду с законом Ома, являются законы баланса токов в разветвлениях (первый закон Кирхгофа) и баланса напряжений на замкнутых участках цепи (второй закон Кирхгофа). В соответствии с первым законом Кирхгофа, алгебраическая сумма токов в любом узле цепи равна нулю
Электрические цепи переменного синусоидального тока