Метод контурных токов Метод узловых потенциалов

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. Задание на проектирование выдается курсантам в середине первого семестра.

Вначале методами узловых потенциалов и эквивалентного генератора рассчитывается установившийся режим в электрических цепях с гармоническими источниками тока и напряжения. Во второй части анализируется схема той же структуры с учетом взаимоиндуктивных связей между тремя катушками. Системы уравнений записываются и решаются в матричной форме. Результаты расчета представляются в цифровом и графическом виде, и иллюстрируются векторными и топографическими диаграммами. Третья часть посвящена расчету более сложной электрической цепи. При формировании систем уравнений для нее используются матрично - топологические методы. Выполнение курсовой работы ориентировано на использование персонального компьютера и одного из программных пакетов: MathCAD , Mathematica, ElectronicsSolver, PSpice, Maple и др.

Даются пояснения к расшифровке заданий для курсовой работы, рекомендации по составлению расчетных схем, формированию уравнений, графическому отображению и оформлению полученных цифровых массивов, иллюстрируются примерами расчетов.

 Основные требования к оформлению пояснительной записки курсовой работы

Выполнение курсовой работы является обязательной частью учебного процесса по дисциплине «Теоретические основы электротехники». Целью выполнения курсовой работы является проверка степени усвоения изучаемого материала и умения применять полученные знания для расчёта электрических цепей с применением современных методов и методик. Метод активных и реактивных составляющих токов Этот метод предусматривает использование схемы замещения с последовательным соединением элементов. 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

Сроки выполнения курсовой работы

Курсантам предлагается решить задачи. Задачи решаются во время самостоятельной подготовки и предъявляются преподавателю на практических занятиях (консультациях).

Контрольные сроки сдачи работ (рекомендуемые): 8, 12, 16 недели второго семестра.

Контрольный срок защиты работ: последнее практическое занятие по предмету во втором семестре.

Методические указания к выполнению работ

Курсовые работы многовариантны. Номер варианта выбирается по списку группы. Курсовая работа выполняется на пронумерованных стандартных листах бумаги А4 ручным либо машинописным способом.

Каждая задача курсовой работы должна содержать: титульный лист,

условие задания, исходные данные, расчётно - графическую часть и заключение.

Титульный лист оформляется по типовому образцу, полагается уже известному (см. пример).

Условие задания и исходные данные переписываются согласно заданию без сокращений.

 В пояснительной записке следует привести текстовые пояснения, необходимые для ясного понимания существа работы, электрические схемы и их графы, основные математические формулы, системы уравнений, распечатки цифровых массивов основных результатов расчета, графические зависимости, векторные и векторно-топографические диаграммы, выводы по результатам анализа каждой электрической цени, список использованной литературы.

Расчётно - графическая часть выполняется в порядке и в соответствии с поставленными в условиях задачи вопросами. Все расчёты, построения и иные действия должны поясняться. Выполнение однотипных расчётов, решение уравнений с числовыми величинами рекомендуется сводить в таблицы и Приложения.

Схемы и таблицы выполняются с применением чертёжных инструментов.

Формулы с примерами расчётов выполняются в одну строку. Примеры счёта можно не давать только в случае расчётов на ЭВМ без последующего переписывания результатов. Единицы измерения должны указываться в системе СИ.

Графики или блок – схемы алгоритмов строятся на миллиметровке или бумаге в клеточку после соответствующего выбора стандартных масштабов по осям. Это могут быть масштабы 1*10n , 2 *10n или 5*10n физ. единиц на единицу длины (клеточка, сантиметр). Надписи по осям выполняются равномерно, без излишней плотности. Данные расчётов на графике особыми точками не выделяются. Если на одном рисунке показываются графики разных физических величин (например, ток и напряжение) то для каждой физической величины строится своя ось, располагаемая либо слева, либо справа от рабочего поля графика.

Рекомендуемая площадь графика – половина стандартного листа А4. Если в курсовой работе допущены существенные ошибки, то отчёт возвращается курсанту на доработку. Работа над ошибками выполняется на дополнительных листах, прикладываемых к отчёту, либо размещаемых внутри ранее написанного текста. Исправления по тексту работы не допустимы. Работу рекомендуется скреплять канцелярскими скрепками или представлять в папках - файлах.

Библиография

При использовании справочных материалов необходимо указывать соответствующий источник данных, оформленный по правилам библиографии.

Защита работы

Отчёт по работе подлежит защите. Защита работ осуществляется в часы практических или согласованных с преподавателем дополнительных занятий.

Защита выполненной работы заключается в собеседовании по теме работы. Преподаватель уточняет полноту и степень теоретического и практического изучения исследуемого явления, знание методологии выполнения расчётов, умение анализировать полученные данные и принимать решение о выборе приемлемого варианта расчёта. Если курсант затрудняется в ответах, ему даётся время для дополнительной подготовки.

Успешная защита работ фиксируется зачётом по курсовой работе и отметкой о теме работе в разделе «Практическая работа» зачётной книжки курсанта.

Особые условия.

Дополнительные занятия с курсантами, не выполнившими работы своевременно, осуществляются на согласованных с деканатом и преподавателем условиях.

Успешно выполнившим контрольные работы курсантам может быть предоставлено освобождение от процедуры защиты работ, иные льготы.

 1.3.Индивидуальные задания содержат типовые варианты линейных электрических цепей из шести ветвей и задаются в виде таблиц с расшифровкой конкретных номиналов элементов, токов и напряжений. Таблица 1 представляет собой 30 вариантов (заданий), номера которых соответствуют порядковому номеру курсанта в группе, а также состав элементов в ветвях, f - номинал базовой частоты в Гц, а - частотный коэффициент, n – номер ветви заданного графа схемы, э.д.с. е(t) – в В(включается последовательно в ветвь), j(t) – в А(включается параллельно ветви), Емкость С – в мкФ, R – в Ом, сдвиг фаз   в градусах, индуктивность в мГн, колонки 11, 12, 13, отражают значения коэффициентов индуктивной связи между катушками соответствующих номеров(например: 0,3 – к13 – это коэффициент связи 0,3 между катушками 1 – й и 3 – й). Таблица 2 отражает величины номиналов элементов по годам. К примеру, 22 – 8 отражает, что номер курсанта в группе 22 -й и номиналы элементов для курсантов, обучающихся в 2008 году.

2. Расчет установившихся режимов в электрической цепи, состоящей из шести ветвей

2.1. В соответствии с индивидуальным вариантом (таблица 1) нарисовать граф и развернутую электрическую схему с шестью ветвями без взаимоиндуктивных связей, в соответствии с рис.1-4. Затем выполнить следующее:

определить ток во всех ветвях методом узловых потенциалов и проверить правильность расчета токов по выполнению первого закона Кирхгофа;

рассчитать ток в n-й ветви методом эквивалентного генератора;

вычислить комплексные напряжения на каждом элементе схемы;

построить векторную диаграмму токов и векторно - топографическую диаграмму напряжений для одного из контуров;

построить временные зависимости мгновенных значений токов первой и третьей ветвей.

  2.2. Нарисовать развернутую электрическую схему с взаимоиндуктивными связями, указав на ней (например, точкой) начале обмоток катушек, а затем:

рассчитать токи во всех ветвях методом контурных токов;

вычислить комплексные напряжения на всех элементах цепи и проверить правильность расчета (баланс напряжений и ЭДС в контурах);

построить векторную диаграмму токов и векторно - топографическую диаграмму напряжений для одного из контуров.

Конфигурация и состав элементов электрической цепи

Значения параметров источников и элементов электрической цепи

Графы электрических схем с номерами ветвей к заданию для курсовых работ

 

Граф и схема электрической цепи с шестью ветвями представлены на рис.5 и рис. 6 соответственно. Здесь обозначения узлов на топосхеме обведены.

Рис.5. Граф заданной цепи  Рис.6. Схема электрическая принципиальная цепи

По данным варианта, выписанным из таблиц 1 и 2, сформируем векторы параметров пассивных элементов ветвей, причем при отсутствии в ветви резистора или катушки индуктивности в соответствующих строках векторов R и L ставим «О», а если в ветви нет конденсатора, то в строке вектора С ставим число «0200».

  Отсюда выделяем первые элементы для массивов из шести ветвей. Тогда

R:= L:= C:= Частота источника с учетом частотного коэффициента а=0,9: f=63 Гц, соответственно период Т=0,016 с., круговая частота =395,841 рад/с.

Амплитуды и начальные фазы источника соответственно:Em:=85 B, =1200 –ЭДС первой ветви; Jm:=5,5 A, := 300 – источника тока, включенного параллельно резистору пятой ветви.

Метод наложения: ток в любой ветви равен алгебраической сумме токов, вызываемых каждой из Э.Д.С. схе-мы в отдельности. Линейная электрическая цепь описывается системой линейных уравнений Кирхгофа. Это означает, что она подчиняется принципу наложения (суперпозиции), согласно которому совместное действие всех источников в электрической цепи совпадает с суммой действий каждого из них в отдельности.
Электрические цепи трехфазного тока