МЭЦ метод. указания. Для эффективного усвоения знаний студент должен быть включен в активную учебную и творческую деятельность на основе принципа само стоятельности и сознательности
 Скачать 1.84 Mb.
|
|
Basic – поле. Вся цепь питается от источника постоянного напряжения – 4, напряжение которого контролирует- ся вольтметром – 5. Ток в цепи измеряется амперметром – 6. Источник мож- но найти в каталоге Sources – источники сигналов. Вольтметр и амперметр находятся в каталоге Indicators – индикаторные устройства. Падения напря- жения на элементах цепи контролируются вольтметрами: 7 (U 1 ), 8 (U 2 ) и 9 (U 3 ). В цепи для измерения полного сопротивления предусмотрен прибор – мультиметр, который можно извлечь из каталога Instruments – контрольно- измерительные и функциональные приборы Рабочее задание на модеоирование Проверить правильность проведенных расчетов в среде MathCad. Вставить в отчет о проделанной работе через буфер обмена результаты моделирования в среде MathCad. Собрать в среде Еlectronics Workbench схему. Установить значения параметров, указанные в табл.5.1. Подключить к схеме амперметры и вольтметры, необходимые для измерения параметров. Запустить на моделирование программу Еlectronics Workbench и вставить в отчет через буфер обмена результаты моделирования с показаниями приборов. Сравнить результаты моделирования с результатами вычисления и сделать выводы Порядок выполнения работы 1. На рабочем поле моделирующей программы набрать схему, приве- денную на рис.5.1. По данным предварительного задания установить значе- ние напряжения источника. Для этого дважды щелкнуть ЛКМ по значку ис- точника. В открывшемся диалоговом окне Battery Properties выбрать вкладку Volue. В строке Voltage(V) установить значение напряжения в вольтах. Что- бы задать параметры резистивного компонента, необходимо дважды щелк- нуть ЛКМ по значку резистора. В диалоговом окне Resistor Properties вы- брать вкладку Label. В строке Label ввести значение компонента (R1, R2 или R3 из табл.5.1). Выбрать вкладку Volue и строку Resietanse, где установить значение сопротивления в Омах. После составления схемы моделирование начинается щелчком обычного выключателя, который расположен в правом верхнем секторе диалогового окна. 75 2. При обесточенной схеме (ключ S в нижнем положении, переключе- ние осуществляется при помощи клавиши Space – “пробел”) замерить общее сопротивление цепи с помощью мультиметра. Для этого дважды щелкнуть ЛКМ по значку компонента. На лицевой панели прибора , ЛКМ щелкнуть по кнопкам и , то есть измерить сопротивление цепи при постоянном то- Рис. 5.2 Рис. 5.3 Рис. 5.1 1 2 3 4 6 5 7 8 9 11 76 ке. Записать его в табл. 1. Убедиться, что результат равен сумме сопротивле- ний этого участка. Остановить моделирование при помощи выключателя. 3. Подключить цепь к источнику (ключ S в верхнем положении, см. п. 2). Запустить моделирование при помощи выключателя. Замерить ток I (по- казание амперметра – 6) и полное напряжение U (показание вольтметра – 5). По закону Ома определить полное сопротивление цепи и сравнить с расчет- ным значением. Результаты занести в табл. 5.2. 4. Замерить и записать в табл. 1 напряжения U 1 , U 2 , U 3 на резистивных элементах схемы. Убедиться, что их сумма равна общему напряжению U. Остановить моделирование. 5. На рабочем поле моделирующей программы набрать схему (рис. 5.2). По данным предварительного задания установить значение напряжения ис- точника и значения сопротивлений R 1 , R 2 , R 3 6. При обесточенной схеме (ключ S в нижнем положении) замерить общее сопротивление цепи с помощью мультиметра и записать в табл. 5.2. Убедиться, что результат равен сумме проводимостей этого участка. 7. Подключить цепь к источнику (ключ в верхнем положении). Заме- рить ток I и полное напряжение U. По закону Ома рассчитать полное сопро- тивление цепи и сравнить с расчетом. Результаты записать в табл. 5.2. 8. Замерить и записать в табл. 5.2 токи I 1 , I 2 , I 3 на участках. Убедиться, что их сумма равна общему току I. 9. На рабочем поле моделирующей программы набрать схему (рис. 5.3). По данным предварительного задания установить значение напряжения ис- точника и значения сопротивлений R 1 , R 2 , R 3 10. При обесточенной схеме (ключ S в нижнем положении) замерить общее сопротивление цепи с помощью мультиметра и записать в табл. 5.2. 11. Подключить цепь к источнику (ключ в верхнем положении). Заме- рить ток I и полное напряжение U. По закону Ома определить полное сопро- тивление цепи и сравнить с расчетным значением. Результаты записать в табл. 5.2. 12. Замерить и записать в табл. 5.2 токи I 2 , I 3 на участках цепи и напря- жения U 1 , U 2 , U 3 . Убедиться, что сумма токов I 2 , I 3 равна I, а сумма напряже- ний равна U.Полученный результат сравнить с расчетом. Таблица 5.2 Способ соединения Результаты R 1, Ом R 2, Ом R 3, Ом R экв, Ом I 1 , А I 2, А I 3, А I, А U, B U 1, B U 2, B U 3, B Последовательное Расчета Моделирования Параллельное Расчета Моделирования 77 Смешанное Расчета Моделирования Указания по обработке результатов измерений Рациональным способом расчета простейших цепей, содержащих один источник, является метод преобразования схемы, который сводится к опре- делению эквивалентного сопротивления R экв В случае последовательного соединения (рис. 5.4) эквивалентное со- противление равно арифметической сумме последовательно соединенных сопротивлений: k R R экв Когда R экв известно и напряжение U источника ЭДС задано, примене- ние закона Ома позволяет рассчитать ток I: экв R U I При параллельном соединении (рис. 5.5)складываются проводимости параллельно соединенных участков: R 1 R 2 R 3 U 1 U 2 U 3 I Рис. 5.4 78 k G G экв , где k k R G 1 В результате эквивалентное сопротивление вычисляется как: экв экв 1 G R Когда R экв известно и напряжение U источника ЭДС задано, примене- ние закона Ома позволяет рассчитать общий ток I: экв R U I После этого по закону Ома определяются токи на остальных участках цепи. Смешанное соединение показано на рис. 5.6.Такое соединение элемен- тов представляет собой сочетание последовательного и параллельного со- единений. Эквивалентное сопротивление определяется по формулам: R 34 = 4 3 4 3 R R R R ; R экв = R 1 + R 34 Используя закон Ома, можно рассчитать токи: + - R 1 R 2 R 3 U I 1 I 2 I 3 I Рис. 5.5 79 экв R U I ; U 34 = R 34 I; 3 34 3 R U I ; 4 34 4 R U I Для сложных схем с большим количеством контуров и источников ЭДС не всегда может быть проведено такое эквивалентное преобразование. Расчет токов в таких цепях ведется с использованием других методов. Контрольные вопросы 1. Как производится расчет цепи с одним источником по методу преоб- разования? 2. В чем состоит эквивалентность преобразования? 3. Записать закон Ома для контура. 4. Записать закон Ома для участка цепи. 5. Почему при последовательном соединении ток источника меньше, чем при параллельном? Задание 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИ- НЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЯ ТРЕУГОЛЬНИКОМ Предварительное задание 1. Повторить раздел курса относящийся к трехфазным цепям с нагруз- кой соединенной треугольником. 2. Нарисовать электрическую схему для проведения эксперимента. 3. Рассчитать по данным табл. 5.3 значения фазных и линейных токов с помощью программы MathCad, результаты приложить в отчет. 4. Заготовить бланк отчета и подготовить необходимые таблицы для занесения в них опытных данных. 5. Запустить программу Еlectronics Workbench и вставить в отчет через буфер обмена результаты моделирования с показаниями приборов. Сравнить результаты моделирования с результатами вычисления и сделать выводы. + - R 1 R 2 R 3 U I 2 I 3 I Рис.5.6 U 34 U 1 80 Таблица 5.3 Вариант 1 R , Ом 2 R , Ом 3 R , Ом 1 Е , В 1 11 100 100 100 127 2 12 200 200 350 127 3 13 400 200 150 127 4 14 600 500 120 127 5 15 120 80 60 127 6 16 80 120 60 127 7 17 80 20 110 127 8 18 200 150 200 127 9 19 100 100 400 127 10 20 200 80 150 127 Схемы эксперимента На рис. 5.7 представлена модель трехфазной цепи, потребитель кото- рой соединен треугольником, где 4 сопротивление одной из фаз. Потребитель подключен к трехфазному генератору 1. Распределение токов и напряжений в цепи контролируется вольтметром 2 и амперметрами 3. Рабочее задание 1 2 3 4 Рис. 5.7 I A I B I C I AB I BC I CA A B C 81 В программе EWB создать модель трехфазной цепи рис. 5.7. Для сим- метричной и несимметричной нагрузки, для случая обрыва линейного прово- да и обрыва одной фазы записать показания приборов. Построить полную векторную диаграмму. Порядок выполнения работы 1. На рабочем поле моделирующей программы EWB собрать схему представленную на рис.5.7. 2. Настроить параметры источника трехфазного напряжения соответст- венно рис.5.7. Для этого ЛКМ дважды щелкнуть по значку компонента, от- крывается диалоговое окно. Далее открыть вкладку Value, в строке Voltage (V) установить действующее значение заданного напряжения, в строке Frequensy установить заданную частоту, в строке Phase установить началь- ную фазу. Амперметры и вольтметры настроить на переменный ток. Для это- го двойным щелчком ЛКМ по значку прибора открыть диалоговое окно. Да- лее открыть вкладку Value в строке Mode выбрать AC. 3. Установить симметричную нагрузку. Для этого настроить параметры резистивных элементов. Дважды щелкнуть ЛКМ по значку компонента. В появившемся диалоговом окне открыть вкладку Value, в строке Resistance (R) набрать значение сопротивления в омах. Ключи [K] и [О] в замкнутом положении. Положение ключа меняется нажатием клавиш указанных в квадратных скобках. Моделирование начать щелчком ЛКМ по выключателю. Записать пока- зания приборов в таб. 5.4. Моделирование закончить щелчком ЛКМ по вы- ключателю. Таблица 5.4 Режимы Результаты U ab (B) U bc (B) U ca (B) I ab (A) I bc (A) I ca (A) I A (A) I B (A) I C (A) Симметричный расчета моделиро- вания Несимметричный расчета моделиро- вания Обрыв фазы АВ расчета моделиро- вания Обрыв линии А расчета моделиро- 82 4. Повторить для несимметричной нагрузки. 5. Установить симметричную нагрузку. Ключ [О] разомкнуть, что имитирует обрыв в линии А. Записать показания приборов в таб. 5.4. 6.Замкнуть ключ [О] и разомкнуть [K], что соответствует обрыву фазы АВ. Записать показания приборов в таб. 5.4. Моделирование закончить щелчком ЛКМ по выключателю. Указания по обработке результатов эксперимента При соединении фаз приемника по схеме “треугольник” конец каждой фазы соединен с началом предыдущей, образуя замкнутый контур (рис. 5.8). Передача энергии осуществляется по трем проводам, присоединенным к вершинам треугольника. На рис.5.8 линейные напряжения, обозначены как U AB , U ВС , U СА , кото- рые одновременно являются фазными напряжениями. Следовательно, при соединение в треугольник линейные и фазные напряжения равны между со- бой. Отсюда по закону Ома фазные токи приемника равны: I ab =U AB /Z ab , I bc =U BC /Z bc , I ca =U CA /Z ca , где Z ab , Z bc , Z ca – комплексные сопротивления фаз приемника. вания А В С а b c Z ab Z bc Z ca U ab U bc U ca U AB U BC U CA I A I B I C I ab I bc I ca Рис. 5.8 83 Линейные токи I A , I В , I С по первому закону Кирхгофа равны разностям фаз- ных токов I A =I ab -I ca , I B =I bc -I ab , I C =I ca -I bc На рис.5.9 изображена векторная диаграмма, отображающая соотноше- ние между фазными и линейными токами для случая симметричной нагруз- ки. Из диаграммы видно, что Ф Л 3I I Указания по оформлению отчета Каждый студент индивидуально оформляет контрольную работу (отчет о проделанной работе), который должен содержать: - номер работы и ее название; - цель работы; - предварительное задание с помощью MathCad для каждого задания; - схему эксперимента и описание ее работы (вывести на печать набран- ные в программе EWB схемы с результатами измерений для каждого зада- ния); - таблицы, выводы. Контрольные вопросы 1. Назовите способы соединения трехфазного потребителя. 2. Протекает ли ток в обмотках трехфазного генератора, соединенного треугольником? φ А φ В φ С U AB U BC U CA I A I B I C I ab -I ab I bc -I bc I ca -I ca Рис. 5.9 84 3. Будет ли справедливо соотношение Ф Л 3I I , если во всех фазах сопротивления нагрузки будут иметь одинаковую величину, но различный характер? 4. Как рассчитать токи в фазах потребителя соединенного треугольни- ком? 5. По какому закону рассчитываются токи в линиях? Учебное издание МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Учебно-методическое пособие для студентов заочной формы обучения направления подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» 12.03.01 «Приборостроение» Составители: Вассунова Юлия Юрьевна Кафедра теоретических основ электротехники КГЭУ Редактор издательского отдела Компьютерная верстка Подписано в печать Формат 60 84/16. Гарнитура «Times». Вид печати РОМ. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж экз. Заказ № эл Редакционно-издательский отдел КГЭУ, 420066, Казань, Красносельская, 51 |