Расчет разветвленной цепи постоянного тока Расчет переходных процессов

Примеры выполнения курсовой работы по электротехнике

Баланс мощностей.

Для любой электрической цепи суммарная мощность Ри, развиваемая источниками электрической энергии (источниками тока и ЭДС), равна суммарной мощности Рп, расходуемой потребителями (резисторами).

РR = U×I = R∙I 2 = U 2/R – мощность, рассеиваемая резистором.

РЕ = ±Е∙I  – мощность источника ЭДС.

РJ = ± UJ ×J – мощность источника тока.

Мощности, рассеваемые резисторами, всегда положительны, в то время как мощности источников электрической энергии, в зависимости от соотношения направлений падения напряжения и тока в них, могут иметь любой знак. Если направление протекания тока через источник противоположно направлению падения напряжения на нём, то мощность источника положительна, т.е. он отдаёт энергию в электрическую цепь. В противном случае мощность источника отрицательна, и он является потребителем электрической энергии. Следует заметить, что направление падения напряжения всегда противоположно направлению ЭДС, поэтому для источника ЭДС условием положительной мощности является совпадение направлений ЭДС и тока.

Примеры рассмотрены в задачах 1.1 и 1.2.

Далее приведены задачи, решённые описанными выше методами расчета. Синхронный двигатель. Другие виды электроприводов Статор синхронной машины очень похож на статор асинхронной и используется для создания вращающегося магнитного поля. Ротор выполнен в виде явнополюсного или неявнополюсного электромагнита, питаемого через кольца и щетки от источника постоянного напряжения, или в виде конструкции из постоянных магнитов. Магнит увлекается полем, движется синхронно с ним, связанный “магнитной пружиной”, отставая в двигательном режиме или опережая в тормозном на угол q, зависящий от электромагнитного момента.

ЗАДАЧА 1.1

Дано: Е=100 В; R1=5 Ом; R2=15 Ом; R3=40 Ом; R4=35 Ом; R5=85 Ом.

Найти: все неизвестные токи, используя законы Кирхгофа; показать, что баланс мощностей имеет место.

Решение:

Всего в схеме три ветви рв=3, ветвей с источниками тока нет рт=0, число неизвестных токов равно р=(рв–рт)=3–0=3, количество узлов – q=2, число уравнений по первому закону Кирхгофа – (q–1)=2–1=1, число уравнений по второму закону Кирхгофа – n =p–(q–1)=3–(2–1)=2.

Выберем положительные направления токов и обозначим их стрелками. Выберем и обозначим стрелками направления обхода двух независимых контуров: I и II. Составим систему уравнений Кирхгофа

для узла 2 –I1 + I2 + I3 = 0

для контура I (R1 + R2)·I1 + R3·I2 = Е

для контура II R3·I2 – (R4 + R5)·I3 = 0

Полученные уравнения после подстановки в них числовых значений будут иметь следующий вид

.

Решение данной системы: I1 = 2 [A], I2 = 1,5 [A], I3 = 0,5 [A].

Баланс мощностей для рассматриваемой цепи

Е·I1 = R1·I12 + R2·I12 + R3·I22 + R4·I32 + R5·I32 или

100·2 = 5·22 +15·22 +40·1,52 +35·0,52 +85·0,52.

Получено тождество 200 = 200.

Ответ: I1 = 2 [A], I2 = 1,5 [A], I3 = 0,5 [A], Ри = Рп = 200 [Вт].

2.8. По данным задачи 2.3 найдите энергию магнитного поля катушки, если частота промышленная.

Ответ: 0,278 Дж.

2.9. По данным задачи 2.1 найдите параметры элементов цепи.

Ответ: R=125 Ом, С=5,95 мкФ.

2.10. В цепи, представленной на рис. 2.5, комплекс напряжения U=100 В, XL=j8 Ом, R=3 Ом, XC=-j4 Ом. Найдите составляющие комплексной мощности цепи и коэффициент мощности.

Ответ: Р=1200 Вт, Q=1600 ВАр, cosj=0,6.

2.11. Комплексные действующие значения напряжения и тока нагрузки равны U=100 В, I=16+j12 А. Найдите составляющие комплексного сопротивления и комплексной мощности.

Ответ: R=4 Ом, X= - j3 Ом.

2.12. Найдите комплексы токов во всех ветвях цепи, представленной на рис. 2.6, если U=100 В, R=14,1 Ом, XL=j14,1 Ом, XC= - j7,05 Ом.

Ответ: IC=14,1 А, IR=10e j45 А, IL=10e -j45 А.

1.10. Можно ли использовать реостат с номинальным сопротивлением 200 Ом и номинальным током 1 А для регулирования напряжения приемника, имеющего сопротивление Rп= 100 Ом, в диапазоне 75-150 В? Напряжение сети 220 В (рис. 1.7.).

Ответ: нельзя.

 


1.11. Подберите реостат для регулирования напряжения приемника в диапазоне 75-150 В. Сопротивление приемника 100 Ом, а напряжение сети 220 В. Схема включения реостата представлена на рис. 1.7.

Ответ: Rр > 193,3 Ом, IНр > 1,5 А.


Метод узловых потенциалов