Цепь переменного тока содержит различные элементы резисторы индуктивности емкости образующие
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1
Задача 1 (варианты 01—00). Цепь постоянного тока содержит несколько резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи с указанием сопротивлений резисторов приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка, заданные значения одного из напряжений или токов и величина, подлежащая определению, приведены в табл. 3. Всюду индекс тока или напряжения совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток или на котором действует это напряжение. Например, через резистор R3 проходит ток I3 и на нем действует напряжение U3. Определить также мощность, потребляемую всей цепью, и расход электрической энергии цепью за 8 ч работы.
Пояснить с помощью логических рассуждений характер изменения электрической величины, заданной в таблице вариантов (увеличится, уменьшится, останется без изменения), если один из резисторов замкнуть накоротко или выключить из схемы. Характер действия с резистором и его номер указаны в табл. 3. При этом считать напряжение UAB неизменным. При трудностях логических пояснений ответа можно выполнить расчет требуемой величины в измененной схеме и на основании сравнения ее в двух схемах дать ответ на вопрос.
Указание. См. решение типового примера 1.
Задача 2 Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, емкости), включенные последовательно. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка и значения сопротивлений всех элементов, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 4.
Начертить схему цепи и определить следующие величины, относящиеся к данной цепи, если они не заданы в табл. 4: 1) полное сопротивление z; 2) напряжение U, приложенное к цепи; 3) ток I; 4) угол сдви га фаз φ (по величине и знаку); 5) активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить ее построение. С помощью логических рассуждений пояснить характер изменения (увеличится, уменьшится, останется без изменения) тока, активной, реактивной мощности в цепи при увеличении частоты тока в два раза. Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным.
Указание. См. решение типового примера 2.
Примечание. В табл. 4, б индексы буквенных обозначений следует понимать так: QL1 — реактивная мощность в первом индуктивном сопротивлении; Qc1—то же, но в емкостном сопротивлении; Рr1, — активная мощность в первом активном сопротивлении; U R1, UL1, UC1 — падения напряжения соответственно в первом активном, индуктивном, первом емкостном сопротивлениях.
Задача 3 (варианты 51—00). По заданной векторной диаграмме для цепи переменного тока с последовательным соединением элементов (резисторов, индуктивностей и емкостей) начертить эквивалентную схему цепи и определить следующие величины: 1) сопротивление каждого элемента и полное сопротивление цепи г; 2) напряжение U, приложенное к цепи; 3) угол сдвига фаз φ (по величине и знаку); 4) активную, реактивную и полную мощности (Р, Q, S) цепи/
С помощью логических рассуждений пояснить характер изменения (увеличится, уменьшится, останется без изменения), ток и угол сдвига фаз (по величине и знаку) при уменьшении частоты тока в два раза.
Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным. Данные для своего варианта принять из табл. 5.
Указание. См. решение типового примера 3, а также примечания к задаче 2.
Задача 4 (варианты 01—00). Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, емкости), образующие две параллельные ветви. Схема цепи приведена на соответствующем
рисунке. Номер рисунка, значения всех сопротивлений, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 6. Индекс «1» у дополнительного параметра означает, что он относится к первой ветви; индекс «2» — ко второй.
Начертить схему цепи и определить следующие величины, если они не заданы в табл. 6: 1) токи I1 и I2 в обеих ветвях; 2) ток I в неразветвленной части цели; 3) напряжение U, приложенное к цепи; 4) активную Р, реактивную Q и полную S мощности для всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.
Каким образом в заданной цепи можно получить резонанс токов? Если цепь не позволяет достигнуть резонанса токов, то пояснить, какой
элемент надо дополнительно включить в цепь для этого. Начертить схему такой цепи.
Указания: 1. См. решение типового примера 4. 2. См. примечание к задаче 2.
Источник
Методические указания к решению задач 2, 3,
2017-11-01
17252
Эти задачи предусматривают расчёт однофазных неразветвленных и разветвленных цепей переменного тока. Перед их решением изучите материал тем 1.4, 1.5, ознакомьтесь с методикой построения векторных диаграмм и рассмотрите типовые примеры 2, 3, 4.
Пример 2. Активное сопротивление катушки Rk=6Ом, индуктивное =10 Ом. Последовательно с катушкой включено активное сопротивление
Ом и конденсатор сопротивлением
Ом (рис. 2, а). К цепи приложено напряжение U=50В (действующее значение). Определить:1) полное сопротивление цепи Z; 2) токI; 3) коэффициент мощности cosφ; 4) активную P, реактивную Q и полную мощности S; 5) напряжения на каждом сопротивлении. Начертите в масштабе векторную диаграмму цепи.
Решение. 1. Определяем полное сопротивление цепи:
Ом
2. Определяем ток:
3. Определяем коэффициент мощности цепи:
;
по таблице Брадиса находим . Угол сдвига фаз
находим по синусу во избежание потери знака угла (косинус является четной функцией).
4. Определяем активную мощность цепи:
ВT
ВT
Здесь
5. Определяем реактивную мощность цепи:
вар
вар
6. Определяем полную мощность цепи:
В·А
В·А
7. Определяем падения напряжения на сопротивлениях цепи:
;
В;
В;
Построение векторной диаграммы начинаем с выбора масштаба для тока и напряжения. Задаемся масштабом по току: в 1 см — 10 В. Построение векторной диаграммы (рис. 2, б) начинаем с вектора тока, который откладываем по горизонтали в масштабе см.
Вдоль вектора тока откладываем, векторы падений напряжения на активных сопротивлениях и
:
;
Из конца вектора откладываем в сторону опережения вектора тока на 90° вектор падения напряжения
на индуктивном сопротивлениидлиной
. Из конца вектора
откладываем в сторону отставания от вектора тока на 90º вектор падения напряжения на конденсаторе
длиной
. Геометрическая сумма векторов
,
,
и
равна полному напряжению
, приложенному к цепи.
Пример 3. На рис. 3, а задана векторная диаграмма для неразветвленной цепи, ток I и падения напряжений на каждом сопротивлении (U1,U2 и т. д.).
Определить характер и величину каждого сопротивления, начертить эквивалентную схему цепи, вычислить приложенное напряжение и угол сдвига фаз .
Решение. 1. Из векторной диаграммы следует, что напряжение U1отстает от тока на угол 90°. Следовательно, на первом участке включен конденсатор, сопротивление которого
Ом
Вектор напряжения на втором участке U2 направлен параллельно вектору тока,
т. е. совпадает с ним по фазе. Значит, на втором участке включено активное сопротивление
Ом
Вектор напряжения на третьем участке U3 опережает вектор тока на угол 90°, что характерно для индуктивности, сопротивление которой
Ом
На четвертом участке включено активное сопротивление
Ом
Эквивалентная схема цепи приведена на рис. 3, б.
2. Из векторной диаграммы определяем, значение приложенного напряжения и угол сдвига фаз:
;
Пример 4. Катушка с активным сопротивлением R1=6 Ом и индуктивным xL1=8 Ом соединена параллельно с конденсатором, емкостное сопротивление которого xC2= 10Ом (рис. 4, а). Определить: 1) токи в ветвях I1 иI2 и дв неразветвленной части цепи I; 2) активные Pи Q реактивные мощности ветвей и всей цепи S; 3) полную мощность цепи; 4) углы сдвига, фаз между током и напряжением в каждой ветви и во всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи. К цепи приложено напряжение U=100 В.
Решение.1. Определяем токи в ветвях:
2. Углы сдвига фаз в ветвях находим по синусам углов во избежание потери знака угла:
;
Так как >0, то напряжение опережает ток,
;
т. е. напряжение отстает от тока, так как
вар;
вар.
Внимание! Реактивная мощность ветви с емкостью отрицательная, так как
7. Определяем полную мощность цепи:
Ток в неразветвленной части цепи можно определить Значительно проще, без разложения токов на составляющие, зная полную мощность цепи и напряжение:
8. Для построения векторной диаграммы задаемся масштабом по току: в 1 см — 2,5 А и масштабом по напряжению: в 1 см — 25 В.
Построение начинаем с вектора напряжения , который откладываем горизонтально (рис. 4, б). Под углом
к нему (в сторону отставания) откладываем в масштабе вектор тока
, под углом
(в сторону опережения) — вектор тока
. Геометрическая сумма этих токов равна току в неразветвленной части цепи
. На диаграмме показаны также проекции векторов токов на вектор напряжения (активная составляющая
) и вектор, перпендикулярный ему (реактивные составляющие
, и
).
Задача № 2 (варианты с 1 по 30)
Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, емкости), включенные последовательно. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка и значения сопротивлений всех элементов, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 4
Начертить схему цепи и определить следующие величины, относящиеся к данной цепи, если они не заданы в табл. 3:1) полное сопротивление z; 2) напряжение U, приложенное к цепи; 3) ток I; 4) угол сдвига фаз φ(по величине и знаку); 5) активную Р, реактивную Qи полную Sмощности цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить ее построение. С помощью логических рассуждений, пояснить характер изменения (увеличится, уменьшится, останется без изменения) тока, активной, реактивной мощности в цепи при увеличении частоты тока в два раза. Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным.
Указание. См. решение типового примера 3.
Примечание. В табл.4 индексы буквенных обозначений следует понимать так: QLl — реактивная мощность в первом индуктивном сопротивлении; QC1—то же, но в ёмкостном сопротивлении; PR1 — активная мощность в первом активном сопротивлении; UR1, UL1, Uc1 — падения напряжения соответственно в первом активном, индуктивном, первом ёмкостном сопротивлениях.
Таблица 4
Номер | Номер | R1 | R2 | ХL1 | XL2 | XC1 | XC2 | Дополнительный |
варианта | рисунка | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | параметр |
— | — | — | QL1 = 150 вар | |||||
— | — | U = 40 B | ||||||
— | — | — | I = 5 А | |||||
— | — | — | РR1 =150 Вт | |||||
— | — | S = 360 В?А | ||||||
— | — | — | I = 4 А | |||||
— | — | Р = 200 Вт | ||||||
— | — | U = 80 B | ||||||
— | — | I = 2 А | ||||||
— | Q = -192 вар | |||||||
— | — | — | U = 50 B | |||||
— | — | I = 4 А | ||||||
— | — | — | URl = 20 B | |||||
— | — | — | S = 320 B?A | |||||
— | — | Р = 400 Вт | ||||||
— | — | — | S = 160 В?А | |||||
— | — | I = 4 А | ||||||
— | — | Р = 54 Вт | ||||||
— | — | S = 180 В?А | ||||||
— | Р = 256 Вт | |||||||
— | — | — | I = 5 А | |||||
— | — | Р = 24 Вт | ||||||
— | — | — | S = 250 В?А | |||||
— | — | — | QL1 = 80 вар | |||||
— | — | Q = 64 вар | ||||||
— | — | — | U = 40 B | |||||
— | — | ULl = 60 B | ||||||
— | — | Q = 75 вар | ||||||
— | — | UR2 = 24 B | ||||||
— | QL1 = 16 вар |
Схемы к задаче 2
| |
| |
| |
| |
| |
Задача№ 3 (варианты с 1 по 30)
Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, емкости), образующие две параллельные ветви. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка, значения всех сопротивлений, а также один дополнительный параметр заданы в табл. 5 . Индекс «1» у дополнительного параметра означает, что он относится к первой ветви; индекс «2» — ко второй.
Начертить схему цепи и определить следующие величины, если они не заданы в таблице 5:
1) токи I1 и I2 в обеих ветвях;
2) ток I в неразветвлённой части цепи;
3) напряжение U, приложенное к цепи;
4) активную Р, реактивную Q и полную S мощности для всей цепи.
Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи. Каким образом в заданной цепи можно получить резонанс токов? Если цепь не позволяет достигнуть резонанса токов, то пояснить, какой элемент надо дополнительно включить в цепь для этого. Начертить схему такой цепи.
Источник
Задача 1 (варианты 01-50) Определить параметры неразветвлённой электрической цепи переменного тока
Электротехника Электрический ток
Задача 1 (варианты 01-50) Определить параметры неразветвлённой электрической цепи переменного тока.
Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, емкости), включенные последовательно. Схеме цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка и значения сопротивлений всех элементов, а также один дополнительный параметр заданы в таблице1.
Начертить схему цепи и определить следующие величины, относящие к данной цепи, если они не заданы в таблице 1: 1) полное сопротивление Z; 2) напряжение U, приложение к цепи; 3) ток I; 4) угол сдвига фаз ц (по величине и знаку); 5) активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи.
Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить ее построение. С помощью логических рассуждений пояснить характер изменения (увеличится, уменьшится, останется без изменения) тока, активной, реактивной мощности в цепи при увеличении частоты тока в два раза. Напряжение, приложенное к цепи считать неизменным.
Таблица 1 – Исходные данные
Задача 2 (варианты 01-50) Начертить эквивалентную схему цепи и определить неизвестные величины.
По заданной векторной диаграмме для цепи переменного тока с последовательным соединением элементов (резисторов, индуктивностей и емкостей) начертить эквивалентную схему цепи и определить следующие величины: 1) сопротивление каждого элемента цепи и полное сопротивление Z; 2) напряжение U; 3) угол сдвига фаз
(по величине и знаку) активную реактивную и полную мощности ( P, S, Q ) цепи. Каким образом в заданной цепи можно получить резонанс напряжений? Если цепь не позволяет достигнуть резонанса напряжений, то пояснить, какой элемент надо дополнительно включить в цепь. Начертить схему такой цепи. Данные для своего варианта принять из таблицы 2.
Таблица 2 – Исходные данные
Задача №3 (варианты 01-50) Определить параметры разветвленной электрической цепи переменного тока и начертить в масштабе векторную диаграмму.
Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, катушки индуктивности, емкости), образующие две параллельные ветви. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка, значения всех сопротивлений, а также дополнительный параметр заданы в таблице 3. Индекс «1» у дополнительного параметра означает, что он относится к первой ветви, индекс «2» – ко второй. Начертить схему цепи и определить следующие величины, если они не заданы в таблице 3: 1) токи Й1 и Й2 в обеих ветвях; 2) ток Й в неразветвленной части цепи; 3) напряжение U, приложенное к цепи; 4) активную Р, реактивную Q и полную S мощности всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.
Каким образом в заданной цепи можно получить резонанс токов. Если цепь не позволяет достигнуть резонанса токов, то пояснить, какой элемент надо дополнительно включить в цепь для этого. Начертить схему такой цепи.
Источник
Дана цепь с двумя источниками электрической энергии.
Вариант №9
Цепь переменного тока содержит различные элементы (резисторы, индуктивности, ёмкости), включенные последовательно. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке. Номер рисунка и значения всех сопротивлений приведены в таблице вариантов. В цепи протекает ток I, величина которого также задана.
Начертить схему цепи и определить следующие величины:
1) полное сопротивление цепи Z;
3) напряжение на каждом элементе;
4) коэффициент мощности;
5) угол сдвига фаз j (по величине и знаку);
6) активную Р, реактивную Q и полную S мощность, потребляемые цепью.
7) Написать аналитическое выражение тока и напряжения;
Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.
Таблица 4.
Номер варианта | Номер рисунка | R1 Ом. | R2 Ом. | XL1 Ом. | XL2 Ом. | XC1 Ом. | XC2 Ом. | I A |
9 | 29 | 10 | 6 | — | — | 8 | 4 | 4 |
Определяем полное сопротивление цепи
Напряжение приложенное к зажимам цепи
Напряжение на каждом элементе:
UC1 = XC1I = 8 × 4 = 32 B;
UR2 = R2I = 6 × 4 = 24 B;
UC2 = XC2I = 4 × 4 = 16 В;
Угол сдвига фаз
Знак « — « говорит о том, что нагрузка имеет емкостной характер.
Активная Р, реактивная Q, и полная S мощность, потребляемая цепью
Аналитическое выражение тока и напряжения
i(t) = 4 × sin (wt +φ) = 5,64 sin (314 t + 0°) A;
u(t) = 80 × sin (wt +φ) = 112 sin (314 t — 36,9°) A.
На комплексной плоскости в масштабе откладываем вектор тока в условно положительном направлении, при этом положительные фазовые углы отсчитываем от оси +1 против часовой стрелки, а отрицательные – по часовой стрелке. На топографической векторной диаграмме напряжений каждой точке диаграммы соответствует определенная точка электрической цепи. Построение векторов напряжения ведем, соблюдая порядок расположения элементов цепи и ориентируя векторы напряжения относительно векторов тока: на активном сопротивлении ток и напряжение совпадают по фазе, на индуктивном элементе напряжение опережает ток на угол p/2 , а на емкостном – напряжение отстает от тока на угол p/2. Направление обхода участков цепи выбираем, как принято, противоположно положительному направлению токов.
Задача N2.
В разветвлённой цепи, изображённой на рисунке, определить:
1) полное сопротивление цепи.
2) токи в каждой ветви.
3) ток в неразветвлённой части цепи.
4) коэффициент мощности.
5) угол сдвига фаз ( по величине и знаку ).
6) активную, реактивную и полную мощность, потребляемую цепью.
7) Написать аналитическое выражение напряжения и тока.
В масштабе построить векторную диаграмму цепи.
Таблица 5.
Номер варианта | Номер рисунка | U | f | R1 | R2 | R3 | L1 мГн (10 -3 ) | L2 мГн | C1 мкФ (10 -6 ) | C2 мкФ |
9 | 39 | 127 | 50 | 5 | 4 | 4 | — | 18 | 300 | — |
Реактивные сопротивления ветвей:
ХС1= = 10,6 Ом, где w = 2pf = 2× 3,14×50 = 314 1/c;
ХL2 = w L4 =314× 18 × 10 — 3 = 5,6 Ом.
Полные сопротивления ветвей:
Полное сопротивление цепи:
Токи в каждой ветви:
Ток в неразветвленной части цепи:
Угол сдвига фаз
Активная Р, реактивная Q, и полная S мощность, потребляемая цепью
Аналитическое выражение тока и напряжения
i(t) = 23,9 × sin (wt +φ) =33,7 sin (314 t + 44,4°) A;
u(t) = 127 × sin (wt +φ) = 179,1sin (314 t +0°) A.
Напряжения на элементах схемы замещения цепи:
UL2 = XL2I2 = 5.6 × 13 = 72,8 B;
UR3 = RI2 = 4 × 13 = 52 B.
Задача N3.
Две группы сопротивлений включены в трехфазную сеть совместно с измерительными приборами, как представлено на рисунке.
Заданы величины сопротивлений и показания одного из приборов.
Определить показания всех остальных приборов и начертить в масштабе векторную диаграмму цепи для указанной в таблице группы сопротивлений
Указать способ соединения каждой группы сопротивлений.
Таблица 7.
N вар | N рис. | r1 Ом | r2 Ом | xL1 Ом | xL2 Ом | xC1 Ом | xC1 Ом | U1 В | U2 В | I1 A | I2 A | I3 A | I4 A | вект. диагр. |
9 | 9 | 4 | 6 | 3 | 8 | — | — | — | 12.7 | Dr1xL1 |
Полное сопротивление фазы приемников:
Фазные и линейные напряжения приемников:
Фазные токи первого приемника:
Линейные токи приемников:
Оба приемника соединены по схеме «треугольник».
Задача N4
Рассчитать схему мостового выпрямителя, использовав заданный стандартный диод, параметры которого приведены в таблице 6.
Выпрямитель должен питать потребитель с напряжением U.
Определить допустимую мощность потребителя и пояснить порядок составления схемы мостового выпрямителя.
Таблица 5.
Номер варианта | Тип диода | U В |
9 | Д7Г | 200 |
Таблица 6.
Параметры стандартных диодов.
Номер | Тип диода | I доп А | U обр В |
9 | Д7Г | 0.3 | 200 |
Определяем допустимую мощность потребителя
Схема мостового выпрямителя состоит из четырех диодов, которые подключены, как показано на рисунке 7. В положительный полупериод ток проходит через диоды VD2, VD3, а в отрицательный, через диоды VD1, VD4.
Контрольной работы № 1
Задача N1.
Дана цепь с двумя источниками электрической энергии.
Определить ток в цепи.
Определить источник и потребитель. Указать ЭДС и противоЭДС.
Провести расчет напряжения и мощности на участках АВ, ВС, СА.
Определить мощность источника и потребителя. Рассчитать КПД.
№ | E1 | E2 | Rвт1 | Rвт2 | R |
29 | 110 | 320 | 30 | 14 | 200 |
Решение: Составляем уравнения по второму закону Кирхгофа, задавшись направлением тока, как показано на рис. 1.
Источником электроэнергии в данной цепи является ЭДС Е2 , потребители – Е1 , Rвт1, Rвт1, R. Соответственно: ЭДС Е2, противоЭДС Е1.
Определяем напряжения и мощности на участках АВ, ВС, СА.
Определяем мощность источника и потребителя
Задача N2.
Для цепи постоянного тока со смешанными соединениями резисторов начертить схему цепи и определить:
1) эквивалентное сопротивление цепи относительно выводов AB;
2) токи, проходящие через каждый резистор;
3) мощность выделяемую во втором и четвёртом резисторах;
4) энергию, потребляемую всей цепью за 10 часов работы.
Решение проверить, составив баланс мощностей в цепи.
Таблица 2.
Номер варианта | Номер рисунка | R1 Ом. | R2 Ом. | R3 Ом. | R4 Ом. | R5 Ом. | UAB В. |
9 | 19 | 10 | 14 | 3 | 5 | 3 | 20 |
Решение: Определяем эквивалентное сопротивление цепи относительно выводов АВ
Ток через резисторы R1, R2
Ток через резисторы R3, R4
Ток через резистор R5
Мощность, выделяемая во втором и четвёртом резисторах:
Энергия, потребляемая всей цепью за 10 часов работы:
Баланс мощностей выполняется.
Задача №4
Сколько слагаемых будет в правой части ур-ния, составленного по 2 закону Кирхгофа, для контура.
Ответ: 5 слагаемых
Сколько уравнений по 2 закону Кирхгофа необходимо составить для расчета цепи?
Ответ: 3 уравнения.
В каком уравнении, составленном по 1 закону Кирхгофа, допущена ошибка?
Ответ: Во втором I3 = I2+I6.
Сколько всего уравнений по 1 и 2 законам Кирхгофа необходимо составить для расчета цепи?
Ответ: 5 уравнений.
В каком уравнении, составленному по 2 закону Кирхгофа, допущена ошибка?
Литература
1 Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М., 2004.
2 Попов В. С. Теоретическая электротехника. — М., 1990.
3 ЛотерейчукЕ.А. Теоретические основы электротехники. — М., 2008.
4 ГилицкаяЛ.Н. Теоретическая электротехника. Курсовое проектирование. — Мн., 1992.
Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 631 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник