МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ по дисциплине ТОЭ

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ

АКАДЕМИК СӘТБАЕВ АТЫНДАҒЫ ЕКІБАСТҰЗ ИНЖЕНЕРЛІК - ТЕХНИКАЛЫҚ ИНСТИТУТЫНЫҢ КОЛЛЕДЖІ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ЕКИБАСТУЗСКИЙ КОЛЛЕДЖ ИНЖЕНЕРНО - ТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ АКАДЕМИКА САТПАЕВА

1108000 Темір жол жылжымалы құрамдарын пайдалану және

техникалық қызмет көрсету (турлері бойынша)

мамандығына (мамандықтар тобына) арналған

Электротехниканың теориялық негіздері

пәні бойынша

ТӘЖІРИБЕШІЛІК ЖҰМЫСТАРДЫ ОРЫНДАУ БОЙЫНША ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

по дисциплине

Теоретические основы электротехники

для специальности

1108000 Эксплуатация, ремонт и техническое обслуживание подвижного

состава железных дорог (по видам)

Курс

2

Семестр

3,4

Курс

Семестр

2015-16

Методические указания по выполнению практических работ составлены на основании рабочей учебной программы для средних профессиональных учебных заведений по дисциплине «Теоретические основы электротехники»

/Составил:

оқытушысы:

.

Кокаева С.О

преподаватель

подпись

пәндік-циклдiк комиссиясында мақұлданды /

Одобрено цикловой методической комиссией

Хаттама №

ЦӘК төрағасы

Хайлямова А.К.

Протокол №

Председатель ЦМК

подпись

«

»

20

15

ж/г

Келісілді / Согласовано:

директордың ОЖ бойынша орынбасары

Л.Х. Шугурова

зам. директора по учебной работе

подпись

директордың ГӘЖ бойынша орынбасары

Т.И. Иконникова

зам. директора по НМР

подпись

Рецензент:

Содержание

Введение

4

Практическая работа №1 Расчет простых электрических цепей со смешанным соединением резисторов.

6

Практическая работа №2 Расчет электрических цепей медом узловых и контурных уравнений.

8

Практическая работа №3 Определение токов методом контурных уравнений.

10

Практическая работа №4 Расчет неразветвленных цепей переменного тока.

13

Практическая работа №5 Расчет разветвленных цепей переменного тока.

16

Практическая работа №6 Расчет параметров и выполнение развернутой схемы обмотки якоря.

19

Практическая работа №7 Расчет параметров трансформатора.

21

Практическая работа №8 Расчет и построение рабочих характеристик асинхронного двигателя.

24

Список литературы

26

Введение

В современных условиях технического прогресса и широкого внедрения электронных устройств во все области промышленности особое внимание уделяется технической грамотности будущих специалистов технического профиля.

Теоретическая и практическая подготовка специалистов по специальности 1108000 Эксплуатация, ремонт и техническое обслуживание подвижного состава железных дорог (по видам) по дисциплине «Теоретические основы электротехники» позволит им выбирать необходимые электротехнические устройства и уметь их правильно эксплуатировать.

В курсе «ТОЭ» за основу берутся знания, полученные при изучении физики, высшей математики, химии, и на их базе строятся дополнительные темы, такие как основные законы электротехники, электропроводность электротехнических материалов. Особое внимание уделяется вопросам, почему и когда применяются конкретные методы расчета электрических схем, параметров электротехнических устройств. Основной целью дисциплины является формирование качественной и своевременной информации об устройстве, принципе действия, применении того или иного электротехнического оборудования

В результате изучения дисциплины учащийся должен приобрести следующие знания и умения:

Основные знания и умения:

• Знание основных законов электрических и магнитных цепей.

• Уметь применять основные электротехнические законы электротехнических цепей, анализа и расчета электрических и магнитных цепей.

• Уметь измерять электрические величины, характеризующие режим работы электрических цепей.

• Уметь определять параметры и характеристики типовых электротехнических устройств.

Иметь представление:

• Об основных принципах расчета электрических линий;

• О переходных процессах в электрических цепях и основных методах расчета электрических цепей.

Практические занятия проводятся с целью научить учащихся решать задачи по пройденным темам материала дисциплины, закрепить знания пройденные на лекциях, научить использовать формулы для определения тех или иных параметров электрических схем и электронного оборудования.

Вариант практической работы задается преподавателем.

Каждая практическая работа составлена в нескольких вариантах и уровнях сложности. При этом по одному из вариантов этих задач приводится рекомендации и указания по выбору параметров, в том числе по выполнению требуемых схем, таблиц, векторных диаграмм, графиков.

Данные методические указания по выполнению практических работ составлены на основании рабочей учебной программы для средних профессиональных учебных заведений по дисциплине «Теоретические основы электротехники» для специальности 1108000 Эксплуатация, ремонт и техническое обслуживание подвижного состава железных дорог (по видам).

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Тема: Расчет простых электрических цепей со смешанным соединением резисторов..

Цель: Определить эквивалентное сопротивление цепи с последовательным, параллельным и смешанным соединением.

Задание:

Определить эквивалентное сопротивление цепи и токи во всех ветвях схемы. Данные значений резисторов и ЭДС для каждого варианта даны в таблице №1

Таблица №1

Вар

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

№ сх 1 уров

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

№ сх 2 уров

4

5

6

4

5

6

4

5

6

5

№ сх 3 уров

7

8

9

7

8

9

7

8

9

8

U_АВ, В

100

90

80

60

75

85

95

105

100

80

R₁, Ом

7

8

10

2

5

9

5

6

4

3,2

R₂, Ом

2,5

10

5

9,7

2

3

6

6

4

5

R₃, Ом

10

12

3

6,5

7

1,2

2

4

10

11

R₄, Ом

5

5

9

5

12

4

12

12

8

8

R₅, Ом

20

14

15

10

6

10

12

8

9,2

7

R₆, Ом

1

1

0,5

0,2

1

1

2

1

2

0,3

R₇, Ом

1

3

4

2

6

1

4

6

5

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Методические указания:

Для первой схемы: эквивалентное сопротивление при последовательном соединении определяется по формуле

; так как при последовательном соединении все резисторы соединяются друг за другом без разветвлений и по ним течет один и тот же ток, то есть

Для второй схемы: эквивалентное сопротивление при параллельном соединении определяется по формуле , так как один конец каждого резистора присоединяется к одной точке электрической цепи, а другой конец каждого из тех же резисторов присоединяется к другой точке электрической цепи, то в этом случае

; ; ,

а общий ток цепи определяется по формуле

Для третьей схемы: эквивалентное сопротивление при смешанном соединении для данной схемы определяется по формуле

; ; ;

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

Тема: Расчет электрических цепей методом узловых и контурных уравнений.

Цель работы: Определить токи в ветвях схемы методом узловых и контурных уравнений.

Задание:

Дана схема разветвленной электрической цепи с несколькими источниками ЭДС. Необходимо рассчитать токи в каждой ветви. Данные взять из таблицы.

Таблица №2

1

2

3

4

5

Методические указания

1. Рассчитать количество узлов в схеме и по первому закону Кирхгофа составить необходимое число уравнений.

2. Определить число независимых контуров и составить количество уравнений по второму закону Кирхгофа.

3. Решая совместно в системе по первому и второму законам Кирхгофа, найти неизвестные токи в ветвях цепи.

4. Произвести проверку: а) путем подстановки в уравнения;

Направление токов в ветвях выбирается условно.

Направление обхода контуров одинаковое - либо по часовой стрелке, либо -против

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3

Тема: Определение токов методом контурных уравнений.

Цель работы: Определить токи в ветвях схемы методом контурных токов.

Задание:

Определить токи в ветвях схемы сложных электрических цепей постоянного тока методом контурных токов. Данные для каждого варианта даны в таблицах №3.1 и 3.2.

Таблица №3.1

Таблица №3.2

Методические указания:

Определить токи в ветвях схемы методов контурных токов для схемы

Задаемся произвольно направлением контурных токов. По второму закону Кирхгофа составляем систему из двух уравнений относительно контурных токов:

I₁₁ (R₁+ R₂) - I₂₂R₂ = E₂ -E₁

- I₁₁R₂ + I₂₂(R₂+ R₃) = E₃ -E₂

Используя формулы Крамера, находим:

R₁+ R₂ - R₂

∆ = - R₂R₂+ R₃

E₂ -E₁ - R₂

∆I₁₁ = E₃ -E₂R₂+ R₃

R₁+ R₂ E₂ -E₁

∆I₂₂ = - R₂E₃ -E₂

Контурные токи:

∆I₁₁

I₁₁ = ------

∆

∆I₂₂

I₂₂ = ------

∆

Токи в ветвях:

I₁ = - I₁₁

I₂ = I₁₁ - I₂₂

I₃ = I₂₂

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4

Тема: Расчет неразветвленных цепей переменного тока.

Цель работы: Научиться расчитывать неразветвленные цепи переменного тока и вычерчивать векторную диаграмму.

Задание:

Определить следующие величины, относящиеся к данной цепи: 1) полное сопротивление z; 2) напряжение U, приложенное к цепи; 3) ток І; 4) активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.

Таблица 4

Вар

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

№ сх 1 уров

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

№ сх 2 уров

5

6

7

5

6

7

5

6

7

5

№ сх 3 уров

8

9

8

9

8

9

8

9

8

9

R₁

5

6

8

5

2

8

8

9

6

5

R₂

2

12

10

2

14

8

15

2

11

3

X_L1

15

5

16

15

20

12

23

17

20

20

X_L2

3

5

7

5

3

5

7

5

2

5

X_C1

12

2

4

3

15

8

6

5

10

5

X_C2

7

8

2

6

3

5

7

5

2

5

I

5

4

3

5

7

5

2

5

3

5

1

2

3

5

4

6

7

8

9

Методические указания:

По заданной векторной диаграмме для цепи переменного тока с последовательным соединением элементов начертим эквивалентную схему цепи

Для полученной схемы определим

1. полное сопротивление цепи z

; ; ; ;

2. напряжение приложенное к цепи U

4. активную (Р), реактивную (Q) и полную (S) мощности цепи

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №5

Тема: Расчет разветвленных цепей переменного тока.

Цель работы: Научиться расчитывать разветвленные цепи переменного тока и вычерчивать векторную диаграмму.

Задание:

Цепь переменного тока содержит различные элементы, образующие две параллельные ветви. Определить: 1) токи I₁ и I₂ в обеих ветвях;2) ток І в неразветвленной части цепи; 3) активную Р, реактивную Q и полную S мощности для всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи. Расчет произвести методом проводимостей

Таблица 5

Вар

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

№ сх 1 уров

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

№ сх 2 уров

5

6

7

5

6

7

5

6

7

5

№ сх 3 уров

8

9

8

9

8

9

8

9

8

9

R₁

45

5

32

6

64

8

32

16

15

15

R₂

20

3

12

3

24

12

12

5

50

30

X_L1

8

1

24

8

40

6

24

2

7

8

X_L2

20

8

8

4

2

5

10

8

40

13

X_C1

5

2

5

2

8

3

16

2

15

20

X_C2

2

5

40

7

6

16

10

10

3

25

U

220

220

220

220

220

220

220

220

220

220

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Методические указания:

Дано: U = 380 B; R₁ = 3Ом, X_Ll = 7 Ом; R₂= 6 Ом; X_C2 = 4 Ом; X_C3 = 8Ом.

1. Определяются полные комплексные сопротивления ветвей:

Z_A = R₁ + jX_L1 = 3 + j7 = 7,6 e^j66,8 , Ом;

Z_B = R₂ - jX_C2 = 6 - j4 = 7,2 e^-j33,4 , Ом;

Z_C = - jX_C3 = - j8 = 8 e^-j90 , Ом.

2. Фазное напряжение.

Принять U_л = U = 380 B,

тогда

Фазные напряжения сдвинуты относительно друг друга на 120⁰, поэтому

U_А = 220 , В; U_В = 220 , В; U_С = 220 , В.

3. Токи в фазах и линейных проводах одинаковы и определяются по закону Ома:

А

А

А

4. Ток в нейтральном проводе определяется по первому закону Кирхгофа:

I_N = I_A + I_B + I_C = 11,6 - j26,5 + 1,9 - j30,5 - 25 - j14,45 =

= -11,5- j70,9= 71,87 , A.

5. Построение векторной диаграммы.

В четырехпроводной цепи, при пренебрежимо малых сопротивлениях линейных и нейтрального проводов, линейные и фазные напряжения приемника равны соответствующим напряжениям источника.

Построение векторной диаграммы целесообразно вести в следующей последовательности. Выбирается масштаб напряжений, строится равносторонний треугольник линейных напряжений U_AB, U_BC и U_CA. Соединяется центр треугольника с его вершинами, и получаются векторы фазных напряжений U_A, U_B и U_C. Затем, выбирается масштаб токов, строят векторы линейных токов I_A, I_B и I_C, ориентируя их соответствующим образом относительно векторов фазных напряжений.

Векторная диаграмма построена для случая, когда в фазу "А" включен активно - индуктивный элемент (_A > 0), в фазу "В" включен приемник, имеющий активно-емкостной характер ( _B < 0 ), а в фазу "С" - емкостной (_С = -90⁰ ).

Вектор тока в нейтральном проводе I_N построен на основании первого закона Кирхгофа: I_N = I_A + I_B + I_C.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №6

Тема: Расчет параметров и выполнение развернутой схемы обмотки якоря

Цель работы: Проверить степень усвоения знаний

Задание:

Обмотка якоря машины постоянного тока содержит элементарных пазов при числе полюсов 2р. По данным, приведенным в таблице 6, рассчитать параметры и начертить развернутую схему простой волновой (ПВ) либо простой петлевой (ПП) обмотки якоря. На схеме обозначить полюсы, расставить щетки и, задавшись направлением вращения якоря, определить полярность щеток в генераторном режиме работы машины. Выполнить схему параллельных ветвей обмотки якоря и определить ее общее сопротивление, считая при этом сопротивление одной секции равным = 0,02 Ом (секции одновитковые).

Таблица 6

Параметр

Варианты для типов обмоток

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ПВ

ПВ

ПВ

ПП

ПВ

ПП

ПВ

ПП

ПВ

ПП

17

25

33

32

23

24

29

30

27

28

2р

4

6

8

4

4

8

4

6

4

6

Методические указания

1. Шаг обмотки по коллектору (обмотка левоходная)

делений

2. Первый шаг обмотки по пазам

паза

3. Развернутая схема обмотки представлена на рисунке 6.1

Рисунок 6.1 Развернутая схема простой волновой обмотки

2р=4; Z=17; у₁ =4 паза

Выполняем схему параллельных ветвей рисунок 6.2

Рисунок 6.2 Схема параллельных ветвей простой волновой обмотки

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №7

Тема: Расчет параметров трансформатора.

Цель работы: Проверить степень усвоения знаний

Задание 7.1:

Однофазный двухобмоточный трансформатор номинальной мощностью и номинальным током во вторичной цепи при номинальном вторичном напряжении имеет коэффициент трансформации k; при числе витков в обмотках и . Максимальное значение магнитной индукции в стержне , а площадь поперечного сечения этого стержня ; ЭДС одного витка , частота переменного тока в сети = 50 Гц. Значения перечисленных параметров приведены в таблице 7.1. Требуется определить не указанные в этой таблице значения параметров для каждого варианта.

Таблица 7.1

Параметр

Варианты

1

2

3

4

5

, кВ А

-

120

-

240

600

, В

400

630

-

880

660

,

-

1800

_

-

-

-

- -

169

128

140

k

15

-

12

23,4

9,55

, В

5

-

6

-

-

, м²

-

0,018

-

0,022

-

, Тл

1,5

1,4

1,5

-

1,55

, А

172

-

140

-

-

Методические указания

1. Максимальное значение основного магнитного потока

Вб

2. Площадь поперечного сечения стержня магнитопровода

м²

3. Число витков вторичной обмотки

витков

4. Число витков первичной обмотки

витков

5. Полная номинальная мощность трансформатора

кВ·А

Задание 7.2

Технические данные трехфазных трансформаторов серии ТМ приведены в таблице 7.2 номинальная мощность , номинальные первичное и вторичное напряжения, напряжение короткого замыкания , мощность короткого замыкания , мощность холостого хода , ток холостого хода . Определить необходимые параметры и построить треугольник короткого замыкания (обмотки соединены Y/Y; параметры приведены к рабочей температуре).

Таблица 7.2

Тип трансформатора

кВ·А

кВ

кВ

,%

,

кВт

,

кВт

,%

ТМ-1000/10

1000

10

0,4

5,5

12,2

2,45

1,4

ТМ-1600/10

1600

10

0,4

5,5

18,0

3,3

1,3

ТМ-2500/10

2500

10

0,4

5,5

25,0

4,6

1,0

ТМ-4000/10

4000

10

0,4

5,5

33,5

6,4

0,9

ТМ-6300/10

6300

10

0,4

5,5

46,0

9,0

0,8

ТМ-630/10

630

10

0,4

5,5

7,6

1,56

2,0

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №8

Тема: Расчет и построение рабочих характеристик асинхронного двигателя

Цель работы: Проверить степень усвоения знаний

Задание:

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором имеет данные, приведенные в таблице 8.1: максимальное значение магнитной индукции в воздушном зазоре , диаметр расточки статора длина сердечника статора равная 0,8, число полюсов в обмотках статора и ротора 2р, число последовательно соединенных витков в фазных обмотках статора и ротора , обмоточные коэффициенты для основной гармоники статора и ротора принять равными == 0,93. Требуется определить фазные значения ЭДС в обмотке статора и в обмотке фазного ротора при неподвижном его состоянии и вращающемся со скольжением , частоту тока в неподвижном и вращающемся роторе. Частота тока в питающей сети = 50 Гц.

Таблица 8.1

Параметр

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

,Тл

1,5

1,35

1,50

1,40

1,45

1,50

1,38

1,45

1,50

1,38

, мм

180

160

228

235

160

300

280

320

360

290

, мм

141

130

180

190

130

250

250

270

300

250

2р

4

4

4

6

4

4

6

4

8

6

,

48

18

24

32

48

36

32

36

12

24

8

4

6

10

16

12

16

18

8

12

,%

8

12

10

6

5

12

8

10

6

8

Методические указания

1. Полюсное деление

мм

2. Основной магнитный поток

Вб

3. ЭДС фазной обмотки статора

Вб

4. ЭДС обмотки неподвижного ротора

В

5. ЭДС во вращающемся роторе при скольжении 8%

В

6. Частота тока в неподвижном роторе Гц. Частота тока во вращающемся роторе при скольжении 8%

Гц

Список литературы

1. Частоедов Л.А. Электротехника. М.: Высшая школа, 1989 г.

2. Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. Энергия, 1976 г.

3. Касаткин А.С. Основы электротехники. М.: Высшая школа, 1986 г.

4. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам. - М., 2005- 479 с.

5. Кацман М.М. Электрические машины. - М., 2006- 475 с.

6. Кацман М.М. Расчет и конструирование по электрических машин. - М., 1984- 359 с.

7. Куликов А.А. Сборник задач по электрическим машинам / А.А. Куликов , М.И.Немировский- М., 1961, - 199 с.

8. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / под ред. В.С. Пантюшина - М., 1979, - 254 с.