Анализ сложных электрических цепей постоянного тока и однофазного переменного тока - курсовая работа

Министерство высшего и профессионального образования

Российской Федерации

Иркутский Государственный Технический Университет

Курсовая работа

По электротехнике и электронике

Анализ сложных электрических цепей постоянного тока и однофазного переменного тока

Выполнил:

Проверила:

Василевич М.Р.

Иркутск 2006г

Содержание:

1. Анализ электрических цепей постоянного тока

Расчёт токов с помощью законов Кирхгофа

Расчёт токов методом контурных токов

Расчёт токов методом узлового напряжения

Исходная таблица расчётов токов

Потенциальная диаграмма для контура с двумя Э.Д.С

Баланс мощности

Определение показания вольтметра

2. Анализ электрических цепей переменного тока

Расчёт токов с помощью законов Кирхгофа

Расчёт токов методом контурных токов

Расчёт токов методом узлового напряжения

Исходная таблица расчётов токов

Векторная диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений на комплексной плоскости

Определение показания вольтметра

1. Анализ электрических цепей постоянного тока

=9 Ом

=7,5 Ом

=12 Ом

=22,5 Ом

=315 Ом

=10,5 Ом

=0

=12 Ом

=-

=15 В

=33 В

=-

=2 В

=0 В

В предложенной электрической цепи заменяем источники тока на источники ЭДС.

2)Выбираем условно положительное направление токов.

3)Выбираем направление обхода независимых контуров.

Находим эквиваленты:

= * / ( + ) =21

= + =0+12=12 Ом

= + =15+2=17

= + =33+0=33

1.1 Расчёт токов с помощью законов Кирхгофа

Записываем систему уравнений для расчета электрических цепей с помощью законов Кирхгофа. По 1 закону составляем (у-1) уравнение, где у количество узлов. По 2 закону Кирхгофа составляем [b-(y-1)] уравнение, где b – количество ветвей.

a) + + =0

b) - + =0

c)- - - =0

I) - + =

II) - - =-

III)- + - =-

Рассчитываем систему уравнений с помощью ЭВМ, векторы решения находятся в приложении 1.

(Данные расчета находятся в приложении 1)

После расчета на ЭВМ записываем:

=1.29 A =-0.80 A

=0.77 A =-0.52 A

=1.32 A =0.03 A

1.2 Расчёт токов методом контурных токов

Находим действующие в цепи токи с помощью метода контурных токов. Предполагается, что каждый контурный ток имеет свое собственное контурное сопротивление, которое равно арифметической сумме всех сопротивлений входящих в контур. Контурное ЭДС равно сумме всех ЭДС входящих в контур.

В каждом независимом контуре рассматривают независимые и граничащие ветви. В каждой граничащей ветви находят общее сопротивление, которое равно сопротивлению этой ветви. Составляют систему уравнений, количество которых равно количеству контурных токов. В результате расчета находят контурные токи и переходят к действующим.

1) Предположим, что в каждом независимом контуре течет свой контурный ток , , . Выберем произвольно положительное направление обхода токов в одно направление.

2)Находим полно контурное сопротивление всех контурных токов.

= + + =7,5+10,5+21=39 Ом

= + + =21+12+12=45 Ом

= + + =9+7,5+12=28,5 Ом

Находим общее сопротивление

= =

= =

= =

Находим полные контурные ЭДС

=

=

=-

Составляем систему уравнений для нахождения контурных токов

Согласно второму закону Кирхгофа

- - =

- + - =

- - + =

(Данные расчета находятся в приложении 2)

После расчета на ЭВМ записываем:

=-0.52455258749889799877 (А)

=-1.3224896411883981310 (А)

=-1.2913691263334214934 (А)

4.Ток в независимой цепи равен контурному току с учетом знаков, а ток в зависимой цепи равен алгебраической сумме.

=-I33=1.29 A

=I11-I33=-0.52455258749889799877-(-1.2913691263334214934) =0,77 A

=-I22=1.32 A

=I22-I11=-1.3224896411883981310-(-0.52455258749889799877) -0,8 A

=I11=-0.52 A

=I33-I22=-1.2913691263334214934-(-1.3224896411883981310) =0,03 A

В результате токи равны:

=1.29 A

=0,77 A

=1.32 A

= -0,8 A

= -0.52 A

= 0,03 A

1.3 Расчёт токов методом узлового напряжения

Проверяем правильность нахождения токов в заданной электрической цепи методом узловых потенциалов. Согласно этому методу предполагается, что в каждом узле схемы имеется свой узловой ток который равен алгебраической сумме всех токов за счет проводимости ветвей. Этот метод основан на первом законе Кирхгофа и законе Ома.

Заземляем узел 3, φ 3=0

Если в электрической схеме заземляется один из узлов, потенциал этой точки равен 0, а тока распределение не меняется.

Находим собственные проводимости ветвей присоединенных к оставшимся узлам 1,2,4. Собственная проводимость ветвей равна арифметической сумме проводимостей ветвей присоединенных к соответствующим узлам.

Находим взаимные проводимости, которые равны проводимости общих ветвей между соседними узлами.

Находим полный узловой ток, который равен сумме произведений ЭДС на соответствующую проводимость.

Составляем уравнение в соответствии с первым законом Кирхгофа.

(Данные расчета находятся в приложении 3)

После расчета на ЭВМ записываем:

=16,756645482734525139

-0,37345273475483642976

11,248845822938816704

1. По закону Ома находим искомые токи.

=( - )/ =(11,248845822938816704-( -0,37345273475483642976))/9=1,291367 A

=( - + )/ =((0,083333-11,248845822938816704)+17)/7,5=0,777932 A

=( - + )/ =(0-,37345273475483642976-16,756645482734525139+33)/12= 1,322492 A

=( - )/ =(0,083333-16,756645482734525139)/21=-0,79397 A

=( - )/ =(11,248845822938816704-16,756645482734525139)/10,5=-0,52455 A

=( - )/ =(0,083333-( -0,37345273475483642976))/12=0,038065 A

Округляем искомые токи до сотых долей:

=1,29 A

=0,78 A

=1,32 A

=-0,79 A

=-0,52 A

=0,04 A

1.4 Исходная таблица расчётов токов

V Составляем исходную таблицу расчетов токов всеми методами

1.5 Потенциальная диаграмма для контура с двумя Э.Д.С

VI Строим потенциальную диаграмму

∑R= =42 Ом

1.6 Определение показания вольтметра

VII Находим показания вольтметра по второму закону Кирхгофа

pV= -17+33+0,77*7.5+(-0,52)*10.5-1,32*12=

=0.475 В

1.7 Баланс мощности

XIII Составляем баланс мощности

56.62Вт=56.65Вт

2. Анализ электрических цепей переменного тока

1) Начертим электрическую цепь без ваттметра и записать данные.

=40.5 мГн

=0 мГн

=35.4 мкФ

=53 мкФ

=25 Ом

f=150 Гц

=70.5 cos(ωt+275)

’=68.5 cos(ωt-174)

’=56 sin(ωt-170)

2)Найдем сопротивление элементов входящих в цепь.

Ом

Ом

Ом

Ом

3) Находим комплексы ЭДС, входящие в цепь.

Ė= Ė’+ Ė’’

70.5 В

68.5 В

=56 В

2.1 Расчёт токов с помощью законов Кирхгофа

4)Производим расчет предложенной схемы методом законов Кирхгофа.

Выбираем условно положительное направление токов. Рассчитываем искомые токи.

Записываем систему уравнений для мгновенных значений токов и напряжений в соответствии с первым и вторым законами Кирхгофа в интегро-дифференциальной форме, причем по первому закону Кирхгофа составляем (у-1) –уравнений, а по второму закону Кирхгофа –[b-(y-1)]-уравнений.

(у-1)=1

[b-(y-1)]=2

Или в комплексной форме:

Решаем данную систему уравнений с помощью ЭВМ.

(Данные расчета находятся в приложении 4)

После расчета на ЭВМ записываем значения комплексных токов:

[A]

[A]

= =4.69 [A]

Находим действующие значения токов:

=6.37 [A]

=2.2 [A]

=4.69 [A]

2.2 Расчёт токов методом контурных токов

5. Производим расчет данной схемы методом контурных токов.

Находим полные контурные сопротивления:

j(38.15-29.99)+25=25+8.16j [Ом]

j(0-20.03)+25=25-20.03j [Ом]

Находим взаимное сопротивление:

=25 [Ом]

Находим комплексы полных контурных ЭДС:

Записываем систему уравнений:

Решаем систему уравнений с помощью ЭВМ.

(Данные расчета находятся в приложении 5)

После расчета на ЭВМ Записываем значения контурных токов:

=3.08+5.57j [A]

=1.04+4.75j [A]

Причем контурный ток равен току в независимой ветви, т.е. току . Контурный ток равен току в независимой ветви, но направлен навстречу. Искомый ток = -.

Таким образом:

=3.08+5.57j [A]

=0.24+0.82j [A]

=-1.04-4.75j [A]

2.3Расчёт токов методом узлового напряжения

6) Проверяем правильность нахождения расчета методом узловых потенциалов.

Для этого узел 2 заземляем, а для остальных составляем систему уравнений.

φ2=0

Находим полную комплексную проводимость узла.

= 0.04-0.07j

(Данные расчета находятся в приложении 6)

Находим комплекс узлового тока.

=

=

(Данные расчета находятся в приложении 7)

Находим комплексный потенциал:

В результате решения этого уравнения находим комплекс потенциала

и по закону Ома находим искомые токи.

(Данные расчета находятся в приложении 8)

По закону Ома находим искомые токи:

= [A]

(Данные расчета находятся в приложении 9)

= [A]

(Данные расчета находятся в приложении 10)

= [A]

(Данные расчета находятся в приложении 11)

2.4 Исходная таблица расчётов токов

7)Составляем сводную таблицу искомых токов:

2.5 Векторная диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений на комплексной плоскости

8) Строим на комплексной плоскости векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму напряжений и график изменения тока в неразветвленной части цепи.

1. [B]

[B]

2. [B]

3. [B]

4. [B]

=

=3.08+5.57j=6.36 [A]

= [A]

рад

(Данные расчета находятся в приложении 12)

2.6 Определение показания вольтметра

9)Определяем показания вольтметра по второму закону Кирхгофа:

pV-

pV= + =44.06-41.27j+(2.04+0.82j)*25=95.06-20.77j

pV= =97 B

Приложения

Приложение 1:

Приложение 2:

Приложение 3:

Приложение 4:

Приложение 5:

Приложение 6:

Приложение 7:

Приложение 8:

Приложение 9:

Приложение 10:

Приложение 11:

Приложение 12:

График изменения тока в неразветвленной части цепи