ТМТ – 08.02.09 – ТОЭ – ПР – 02
Дисциплина - Электротехника
МЕТОДИКА
Выполнения практической работы № 2
«Символический метод расчета цепей переменного тока»
| Преподаватели | Председатель комиссии энергетических дисциплин | Старший методист | Заместитель директора по учебной работе |
| Погорелов Г.М. Налимова Е.М. Остапенко М.В. | Погорелов Г.М. | Аверина Н.В. | Макаренко В.Б. |
Практическая работа №2
Символический метод расчета цепей переменного тока
Цель работы
Получение практических навыковрасчета цепей переменного тока символическим методом с применением системы компьютерной математики MathCAD и моделирования схем с заданными параметрами с помощью пакета виртуального моделирования Proteus 7 Professional.
Задание
2.1 Рассчитать параметры электрической схемы:
классическим методом;
с применением системы MathCAD;
2.2 Проверить правильность полученных значений токов по первому закону Кирхгофа.
2.3 Составить баланс мощностей;
2.4 Построить векторную диаграмму в редакторе Visio 2007;
2.5 Смоделировать схему с заданнымипараметрами с помощью пакета виртуального моделирования Proteus 7 Professional и проверить правильность полученных расчетных данных.
Исходные данные
Таблица 1 Исходные данные
| № вар. | № схем. | U | R1 | R2 | R3 | X L 1 | X L 2 | X L 3 | X C 1 | X C 2 | X C 3 | Фазный угол напря-жения φ |
| - | - | В | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | |
| - | - | 10º | ||||||||||
| - | - | 20º | ||||||||||
| - | - | 30º | ||||||||||
| - | - | 40º | ||||||||||
| - | - | 50º | ||||||||||
| - | - | 60º | ||||||||||
| - | - | 70º | ||||||||||
| - | - | 80º | ||||||||||
| - | - | 85º | ||||||||||
| - | - | 10º | ||||||||||
| - | - | 20º | ||||||||||
| - | - | 30º | ||||||||||
| - | - | 40º | ||||||||||
| - | - | 50º | ||||||||||
| - | - | 60º | ||||||||||
| - | - | 70º | ||||||||||
| - | - | 80º | ||||||||||
| - | - | 85º | ||||||||||
| - | - | 10º | ||||||||||
| - | - | 20º | ||||||||||
| - | - | 30º | ||||||||||
| - | - | 40º | ||||||||||
| - | - | 50º | ||||||||||
| - | - | 60º | ||||||||||
| - | - | 70º | ||||||||||
| - | - | 80º | ||||||||||
| - | - | 85º | ||||||||||
| - | - | 10º | ||||||||||
| - | - | 20º | ||||||||||
| - | - | 30º |
Выполнение работы
.
4.1 Вычерчиваем расчетную схему; проставляем направление и обозначение токов в каждой ветви.
Примечание: Обозначение тока необходимо производить в соответствии с индексом соответствующего элемента ветви; например, в ветви с сопротивлением R1 обозначение тока должно быть I1 и т.д.
4.2 Записываем в алгебраической форме выражения для полного сопротивления каждой ветви.
4.3 Определяем модули полного сопротивления каждой ветви
4.4 Определяем углы φ для полного сопротивления каждой ветви
4.5 Записываем в показательной форме выражения для полного сопротивления каждой ветви.
4.6 Составляем схему замещения, последовательно преобразовываем ее и находим эквивалентное сопротивление всей схемы.
4.7 Находим токи в каждой ветви схемы.
4.8 Для проверки правильности расчета токов составляем уравнения по первому закону Кирхгофа.
4.9 Находим значение полной мощности схемы и мощности каждой отдельной ветви; составляем баланс мощностей.
4.10 Строим векторные диаграммы напряжений и токов
4.11 Находим значения индуктивностей и емкостей, соответствующих заданным реактивным сопротивлениям, при условии, что частота питающего напряжения равна f=50Гц
4.12 Моделируем схему с заданными параметрами с помощью пакета Proteus
4.13 Результаты расчета, полученные классическим методом и с помощью пакета Proteus, заносим в итоговую таблицу. Совпадение результатов должно быть с точностью, достаточной для инженерных расчетов (
).
Пример выполнения работы
Таблица 2 Исходные данные
| № вар. | № схем. | U | R1 | R2 | R3 | X L 1 | X L 2 | X L 3 | X C 1 | X C 2 | X C 3 | Фазный угол напряжения |
| - | - | В | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | |
| - | - | φ=60º |
5.1 Вычерчиваем расчетную схему; проставляем направление и обозначение токов в каждой ветви.
Рисунок 1. Расчетная электрическая схема
5.2 Записываем в алгебраической форме выражения для полного сопротивления каждой ветви:
; 
;
; 
.
5.3 Определяем модули полного сопротивления каждой ветви:
;
;
;
;
5.3 Определяем углы φ для полного сопротивления каждой ветви:
5.4 Записываем в показательной форме выражения для полного сопротивления каждой ветви:
; 
;
; 
.
5.5 Составляем схему замещения 1.
Рисунок 2
5.6 Находим эквивалентное сопротивление параллельных ветвей 2, 5 и 3, 4:
Находим модуль знаменателя 
Находим угол комплекса знаменателя
5.7 Составляем схему замещения 2.
Рисунок 3
5.8 Находим эквивалентное сопротивление всей схемы:
;
Находим модуль 
Находим угол
.
5.9 Находим ток в цепи схемы замещения 2:
5.10 Находим падение напряжения на каждом сопротивлении схемы замещения 2:
5.11 Находим токи в параллельных ветвях 2, 5 и 3,4:
5.12 Для проверки правильности расчета токов составляем уравнения по первому закону Кирхгофа.
Для узла 2 схемы замещения 1: 
.
Для узла 5 схемы замещения 1: 
5.13 Находим значение полной мощности схемы:
5.14 Находим значения полной мощности каждой ветви схемы:
5.15 Составляем баланс мощностей:
5.16 Строим векторные диаграммы напряжений и токов:
Принимаем масштаб для напряжения МU=2,5В/мм; для тока М=1А/2,5мм.
Векторные диаграммы строим с применением редактора Visio 2001.
Диаграмма токов строится на основании уравнения по первому закону Кирхгофа для узла 2 схемы замещения 1: ,
т.е. 
Диаграмма напряжений строится на основании уравнения по второму закону Кирхгофа для схемы замещения 2: 
,
т.е. 
.
Рисунок 4. Векторная диаграмма токов и напряжений
5.17 Проверка правильности расчетов с помощью пакета виртуального моделирования Proteus 7 Professional.
5.17.1 Находим значения индуктивностей и емкостей, соответствующих заданным реактивным сопротивлениям, при условии, что частота питающего напряжения равна f=50 Гц:
5.17.2 Моделируем схему с заданными параметрами с помощью пакета Proteus.
5.17.2.1 В соответствии с расчетной схемой выбираем необходимые компоненты и задаем их параметры.
Примечание. Компоненты необходимо размещать таким образом, чтобы иметь возможность разместить также измерительные приборы для измерения рассчитываемых в работе токов и напряжений.
Рисунок 5. Элементы расчетной схемы в Proteus 7 Professional
5.17.2.2 Из опции «Виртуальные инструменты» набираем амперметры и вольтметры для регистрации рассчитываемых токов и напряжений и задаем им необходимые свойства.
Рисунок 6. Элементы расчетной схемы и виртуальные инструменты в Proteus 7 Professional.
5.17.2.3 Выполняем соединение элементов в соответствии с исходной схемой; наносим нумерацию узлов схемы.
Рисунок 7. Итоговый вид расчетной схемы в Proteus 7 Professional.
5.17.2.4 Щелкаем кнопку «Воспроизвести», заносим показания приборов в таблицу и сопоставляем их со значениями, полученными расчетным путем.
Таблица 3. Результаты выполнения работы
| Параметры | I12 | I25 | I34 | I56 | U12 | U2345 | U56 | Приме- чание |
| Единица измерения | А | А | А | А | В | В | В | |
| Расчетные значения | 9,66 | 4,55 | 5,185 | 9,66 | 115,92 | 46,37 | 141,12 | |
| Значения в Proteus | 9,78 | 4,60 | 5,27 | 9,78 | 48,2 | |||
| Ошибка % | -1,24 | -1,1 | -1,64 | -1,24 | -0,93 | -3,9 | -4,9 |