Указания к оформлению расчётно-графической работы.
1. Исходные данные для выполнения расчётно-графической работы студенты выбирают по последним двум цифрам зачётной книжки. Если последние цифры составляют 0-50, то данные выбирают по таблице, а если последние две цифры составляют 51-99, то данные выбирают по формуле 100-n (где n – последние две цифры зачётной книжки 51-99).
2. Электрические схемы в расчётной записке должны быть выполнены с помощью чертёжных инструментов, в строгом соответствии с действующими стандартами и содержать необходимую для расчётов информацию (принятые основные положительные направления и обозначения напряжений, токов, обозначения узловых точек, сопротивлений и т.п.)
3. В расчётной записке обязательно должны быть указаны номер варианта, исходные данные и чётко по пунктам записан объём задания.
4. Все исходные данные, промежуточные и конечные результаты расчёта приводят в соответствующих единицах по Международной системе (СИ).
5. Все вычисления в расчётной части работы следует выполнять с точностью до третьего знака после запятой.
6. Расчёт искомой величины необходимо показать сначала в общем виде, а затем представить расчётную зависимость с подставленными числовыми значениями и в итоге дать результат вычислений.
7. Векторные диаграммы вычерчивать в выбранном масштабе со строгим
соблюдением углов взаимного расположения соответствующих векторов (например: mU=1 в/мм; mI=0,5 А/мм).
8. Для наглядности векторных диаграмм совпадающие по направлению (накладывающиеся) векторы представлять параллельными близко расположенными линиями с соответстствующими обозначениями.
9. Задачи решать комплексным методом.
Задача №1.
Имеется электротермическая установка, где установлены два нагревательных элемента сопротивлениями R1, X1, R2, X2, которые подключены на напряжение U. Возможны четыре ступени регулирования температуры. Принципиальные электрические схемы указаны на рис.1.
1. Первая схема – включён только один нагревательный элемент R1 и Х1.
2. Вторая схема – включён только второй нагревательный элемент R2 и Х2.
3. Третья схема - последовательно включены два нагревательных элемента R1,Х1,R2,Х2.
4. Четвёртая схема – параллельно включены два нагревательных элемента R1,Х1,R2,Х2.
Для каждой ступени:
а) рассчитать токи, потребляемые мощности cos ϕ и построить векторные диаграммы токов и напряжений;
б) параллельно подключить конденсатор и подобрать ёмкость, чтобы
cos ϕ =1;
в) для всех случаев построить векторные диаграммы.
Исходные данные представлены в таблице №1.
Задача №2.
Имеется трёхфазная электротермическая установка с сопротивлениями Rср и Хср (симметричная нагрузка Z а= Z b= Z с= Z аb= Z bc= Z са). Трёхфазные нагревательные элементы подключены на трёхфазную сеть с линейным напряжением Uл. Исходные данные предоставлены в таблице №2. Возможны две ступени регулирования температуры: 1) по схеме треугольник; 2) по схеме звезда (рис.2).
Для каждой ступени рассчитать токи, потребляемые мощности и построить векторные диаграммы токов и напряжений.
Краткие теоретические сведения.
Регулирование температуры в электротермических установках сопротивления осуществляется путём изменения подводимой мощности
P = UI cos ϕ,
а P = Q = I 2 Rt
согласно закона Джоля-Ленца.
Изменение подводимой мощности осуществляется плавно или ступенчато. Плавное регулирование осуществляется с помощью реостатов, дросселей насыщения или автотрансформаторов со скользящими контактами.
При применении реостатов для регулирования мощности неизбежны большие потери в сопротивлении реостата. В результате чего ухудшается КПД. Поэтому реостаты применяются для регулирования мощности только в небольших лабораторных электропечах сопротивления.
Дроссели насыщения и автотрансформаторы дают плавное регулирование мощности при незначительных потерях, но при этом ухудшается cos ϕ (коэффициент мощности).
Ступенчатое регулирование мощности может быть осуществлено следующими способами:
1. Применением трансформаторов с переключением ступеней.
2. Переключением нагревательных элементов с последовательного соединения на параллельное или частичное отключение нагревательных элементов, а в трёхфазных установках с треугольника на звезду и наоборот.
3. Периодическое включение и отключение нагревательных элементов (двухпозиционное регулирование).
Наиболее широкое применение на практике получило двухпозиционное
регулирование благодаря простоте и экономичности.
Рис.1. Принципиальная электрическая схема однофазной электротермическойустановки
а) общий вид установки;
б) схема включения первого нагревательного элемента R1 и Х1; в) схема включения второго нагревательного элемента R2 и Х2; г) схема последовательного включения двух нагревательных
элементов Z 1 и Z 2.
д) схема параллельного включения двух нагревательных элементов Z 1 и Z 2.
рис.2. Принципиальная электрическая схема трёхфазнойэлектротермической установки.
а) общий вид установки; б) схема включения установки треугольником;
в) схема включения установки звездой.
Таблица №1.
| № | U | R1 | Х1 | R2 | Х2 | № | U | R1 | Х1 | R2 | Х2 | |
| (Ом | (Ом | (Ом | (Ом | (Ом | (Ом | (Ом | (Ом | |||||
| п/п | (в) | п/п | (в) | |||||||||
| ) | ) | ) | ) | ) | ) | ) | ) | |||||
| 5,0 | 0,5 | 3,0 | 0,5 | 26. | 7,5 | 3,0 | 5,5 | 1,5 | ||||
| 1. | - | 5,5 | 1,0 | 3,5 | 1,0 | 27. | - | 8,0 | 3,5 | 6,0 | 0,5 | |
| 2. | - | 6,0 | 1,5 | 4,0 | 1,5 | 28. | - | 8,5 | 4,0 | 6,5 | 1,0 | |
| 3. | - | 6,5 | 2,0 | 4,5 | 0,5 | 29. | - | 9,0 | 4,5 | 7,0 | 1,5 | |
| 4. | - | 7,0 | 2,5 | 5,0 | 1,0 | 30. | - | 9,5 | 5,0 | 7,5 | 0,5 | |
| 5. | - | 7,5 | 3,0 | 5,5 | 1,5 | 31. | 10,0 | 0,5 | 8,0 | 1,0 | ||
| 6. | - | 8,0 | 3,5 | 6,0 | 0,5 | 32. | - | 10,5 | 1,0 | 8,5 | 1,5 | |
| 7. | - | 8,5 | 4,0 | 6,5 | 1,0 | 33. | - | 10,0 | 1,5 | 9,0 | 0,5 | |
| 8. | - | 9,0 | 4,5 | 7,0 | 1,5 | 34. | - | 11,5 | 2,0 | 9,5 | 1,0 | |
| 9. | - | 9,5 | 5,0 | 7,5 | 0,5 | 35. | - | 12,0 | 2,5 | 10,0 | 1,5 | |
| 10. | - | 5,5 | 8,0 | 1,0 | 36. | - | 12,5 | 3,0 | 10,5 | 0,5 | ||
| 11. | 5,0 | 0,5 | 3,0 | 1,5 | 37. | - | 13,0 | 3,5 | 11,0 | 1,0 | ||
| 12. | - | 5,5 | 1,0 | 3,5 | 0,5 | 38. | - | 13,5 | 4,0 | 11,5 | 1,5 | |
| 13. | - | 6,0 | 1,5 | 4,0 | 1,0 | 39. | - | 14,0 | 4,5 | 12,0 | 0,5 | |
| 14. | - | 6,5 | 2,0 | 4,5 | 1,5 | 40. | - | 14,5 | 5,0 | 12,5 | 1,0 | |
| 15. | - | 7,0 | 2,5 | 5,0 | 0,5 | 41. | 10,0 | 0,5 | 8,0 | 1,5 | ||
| 16. | - | 7,5 | 3,0 | 5,5 | 1,0 | 42. | - | 10,5 | 1,0 | 8,5 | 0,5 | |
| 17. | - | 8,0 | 3,5 | 6,0 | 1,5 | 43. | - | 11,0 | 1,5 | 9,0 | 1,0 | |
| 18. | - | 8,5 | 4,0 | 6,5 | 0,5 | 44. | - | 11,5 | 2,0 | 9,5 | 1,5 | |
| 19. | - | 9,0 | 4,5 | 7,0 | 1,0 | 45. | - | 12,0 | 2,5 | 10,0 | 0,5 | |
| 20. | - | 9,5 | 5,0 | 7,5 | 1,5 | 46. | - | 12,5 | 3,0 | 10,5 | 1,0 | |
| 21. | 5,0 | 0,5 | 3,0 | 0,5 | 47. | - | 13,0 | 3,5 | 11,0 | 1,5 | ||
| 22. | - | 5,5 | 1,0 | 3,5 | 1,0 | 48. | - | 13,5 | 4,0 | 11,5 | 0,5 | |
| 23. | - | 6,0 | 1,5 | 4,0 | 1,5 | 49. | - | 14,0 | 4,5 | 12,0 | 1,0 | |
| 24. | - | 6,5 | 2,0 | 4,5 | 0,5 | 50. | - | 14,5 | 5,0 | 12,5 | 1,5 | |
| 25. | - | 7,0 | 2,5 | 5,0 | 1,0 |
Таблица №2
| № | Uл | Rф | Хф | № | Uл | Rф | Хф | № | Uл | Rф | Хф |
| п/п | п/п | п/п | |||||||||
| 5,0 | 0,5 | - | 8,0 | 3,5 | - | 11,5 | 2,0 | ||||
| - | 5,5 | 1,0 | - | 8,5 | 4,0 | - | 12,0 | 2,5 | |||
| - | 6,0 | 1,5 | - | 9,0 | 4,5 | - | 12,5 | 3,0 | |||
| - | 6,5 | 2,0 | - | 9,5 | 5,0 | - | 13,0 | 3,5 | |||
| - | 7,0 | 2,5 | 5,0 | 0,5 | - | 13,5 | 4,0 | ||||
| - | 7,5 | 3,0 | - | 5,5 | 1,0 | - | 14,0 | 4,5 | |||
| - | 8,0 | 3,5 | - | 6,0 | 1,5 | - | 14,5 | 5,0 | |||
| - | 8,5 | 4,0 | - | 6,5 | 2,0 | 10,0 | 0,5 | ||||
| - | 9,0 | 4,5 | - | 7,0 | 2,5 | - | 10,5 | 1,0 | |||
| - | 9,5 | 5,0 | - | 7,5 | 3,0 | - | 11,0 | 1,5 | |||
| - | 5,5 | - | 8,0 | 3,5 | - | 11,5 | 2,0 | ||||
| 5,0 | 0,5 | 8,5 | 4,0 | - | 12,0 | 2,5 | |||||
| - | 5,5 | 1,0 | - | 9,0 | 4,5 | - | 12,5 | 3,0 | |||
| - | 6,0 | 1,5 | - | 9,5 | 5,0 | - | 13,0 | 3,5 | |||
| 6,5 | 2,0 | 10,0 | 0,5 | - | 13,5 | 4,0 | |||||
| - | 7,0 | 2,5 | - | 10,5 | 1,0 | - | 14,0 | 4,5 | |||
| - | 7,5 | 3,0 | - | 11,0 | 1,5 | - | 14,5 | 5,0 |
Задача №3
Для обеспечения индуктивного нагрева малогабаритных железобетонных изделий сложной конфигурации применяется индуктор в виде катушки
индуктивности без сердечника, выполненной из провода сопротивлением R. При включении индуктора в сеть переменного тока с частотой 50 Гц и действующим значением напряжения ток в катушке имеет действующее значение I.(Таблица №3) [3]
Требуется:
I. Для указанных условий (рис.3.а):
1.1 Начертить эквивалентную схему катушки, включенной на переменное напряжение, и определить её полное сопротивление Z1.
1.2 Определить индуктивное сопротивление катушки ХL и построить в масштабе треугольник сопротивлений.
1.3. Определить:
− индуктивность катушки L;
− коэффициент мощности катушки cos ϕ;
− активную Р, реактивно (индуктивную) Q и полную S мощности, потребляемые катушкой.
1.4. Построить в масштабе векторную диаграмму катушки.
1.5. На треугольнике сопротивлений и векторной диаграмме указать угол ϕ 1.
II. Для изменения энергетических характеристик индуктора параллельно его обмотке подключают конденсатор С (ёмкостное сопротивление Xс дано на рис.3.б)
Требуется:
2.1. Вычертить электрическую схему включения катушки параллельно конденсатору.
2.2. Определить ток Iс, протекающий по конденсатору.
2.3. Построить в масштабе векторную диаграмму для данной цепи.
2.4. Пользуясь векторной диаграммой, графически определить значение тока в неразветвленной части I2 и ϕ 2 цепи.
2.5. Ответить письменно на вопрос: как влияет на cos ϕ цепи параллельное подключение ёмкости к индуктивной нагрузке?
III. Обмотку индуктора и конденсатор соединяют последовательно (рис.
3.в).
Требуется:
3.1. Вычертить электрическую схему последовательно соединения катушки индуктивности и конденсатора.
3.2. Определить ток I3 в цепи.
3.3. Построить в масштабе векторную диаграмму для данной цепи.