Методика расчета электрической цепи постоянного тока

Методы расчета электрических цепей постоянного тока

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Заведующий кафедрой РЭТЭМ

Методы расчета электрических цепей постоянного тока

Методические указания к курсовой работе по дисциплинам «Информатика-2» и « Технологии прикладного

программирования радиоэлектронных средств» 110303 «Конструирование и технология электронных средств» (бакалавриат)

Разработчик: Доцент кафедры РЭТЭМ

Цели и задачи курсовой работы .

Тематика и содержание курсового проекта .

Требования по выполнения курсовой работы .

Организация и руководство курсовой работы .

Примерная структура курсовой работы .

Правила оформления курсовых работ .

Приложение 1 – Пример оформления титульного листа.

– Пример оформления задания к курсовой работе .

– Варианты задания на курсовую работу .

– Пример листинга расчетов в среде MathCAD (законы

1 Цели и задачи курсовой работы

Курсовая работа по дисциплинам «Информатика-2» и «Технологии прикладного программирования радиоэлектронных средств» ориентирована на практическое закрепление знаний по применению персонального компьютера (ПК) в профессиональной деятельности инженера-конструктора.

Курсовая работа должна подготовить студентов к последующим этапам учебной деятельности – умению решать свои инженерные задачи с помощью ПК, применять полученные знания во всех изучаемых дисциплинах и в будущем – в выпускной квалификационной работе.

Важнейшими целями курсовой работы являются закрепление, углубление и обобщение студентами знаний, полученных во время обучения, и выработка у них умения самостоятельно применять эти знания для творческого решения конкретных практических задач, связанных с различными аспектами использования компьютерной техники при проектировании радиоэлектронных средств (РЭС) и аппаратуры связи.

Особенностью выполнения курсовой работы является реализация поставленных задач на персональном компьютере в одной или нескольких интегрированных средах (например: с помощью электронных таблиц OpenOffice Calc 2, в среде программирования Lazarus 7, с помощью пакета MathCAD 10 и т.д.).

Под руководством преподавателя студент должен самостоятельно разобраться с поставленными задачами, отладить их на персональном компьютере и продемонстрировать преподавателю выполненный результат в соответствии с вариантом задания. Работа завершается защитой полученных результатов.

2 Тематика и содержание курсового проекта

Тематика курсовой работы посвящена методам расчета линейных электрических цепей постоянного тока. Электромагнитное устройство с происходящими в нем и в окружающем его пространстве физическими процессами в теории электрических цепей заменяют некоторым расчетным эквивалентом – электрической цепью. Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток. Постоянным током называют ток, неизменный во времени. Постоянный ток представляет собой направленное упорядоченное движение частиц, несущих электрические заряды.

Для практических расчетов электрических цепей разработано несколько методов, отличающихся по затратам времени и труда:

— метод расчета цепей по законам Кирхгофа;

— метод узловых потенциалов;

— метод эквивалентного генератора;

В курсовой работе студенту предлагается выполнить расчет всеми перечисленными методами для электрической схемы постоянного тока по своему варианту задания. Особенностью курсовой работы является применение для расчетов любого ранее изученного программного комплекса: OpenOffice Calc , Lazarus , MathCAD .

Задания, выдаваемые студенту на выполнение курсовой работы, отвечают следующим требованиям:

— соответствуют уровню подготовки студентов и ограничению по времени, отведенному на его выполнение;

— содержат задачи по методам вычислений, с которыми сталкивается инженер, занимающийся расчетной и конструкторской деятельностью:

— предусматривают необходимость ознакомления с дополнительной литературой;

— допускают выбор студентом темы по иной тематике, но связанной с проблемами профессиональной деятельности инженера-конструктора, актуальной и применимой в его практической деятельности. Выбранная таким образом тема должна быть согласована с руководителем.

3 Требования по выполнения курсовой работы

При выполнении курсовой работы студенту необходимо выполнить следующее:

1. Студент должен ознакомиться с рекомендуемой учебной литературой и внимательно изучить методические указания по выполнению курсовой работы.

2. Изучить вариант задания. Разобраться с расчетными методами, входящими в вариант задания. Дать краткий обзор применяемым расчетным методам по [16].

3. Разработать математические модели для рассматриваемых расчетных методов.

4. Реализовать расчеты в программном комплексе (либо OpenOffice Calc , либо Lazarus , либо MathCAD ) по своему варианту задания.

5. Заключительным этапом оформления работы являются оформление отчета в соответствии со стандартом ОС ТУСУР 01-2013 [17] и его защита.

6. К экзамену допускаются только те студенты, которые успешно защитили курсовую работу.

4 Организация и руководство курсовой работы

1. Руководитель до начала курсовой работы подготавливает варианты

2. Во время первого занятия руководитель доводит до сведения студентов номер варианта задания и уточняет конкретное задание для каждого студента.

3. Ко второму занятию студенты должны начать работу по выполнению курсовой работы и активно консультироваться с руководителем.

4. Контроль за ходом выполнения курсовой работы осуществляется руководителем.

5. Руководитель, в соответствии с установленным графиком, осуществляет консультации, на которых студент может уточнить содержание теоретической и/или практической частей курсовой работы.

6. Защита курсовой работы производится на последней неделе семестра (на зачетной неделе). Защита позволяет выявить уровень знаний студента, степень его самостоятельности в выполнении курсовой работы. Результаты защиты оцениваются по пятибалльной системе.

7. К защите курсовой работы студент допускается при наличии печатной, скрепленной и подписанной пояснительной записки (ПЗ).

8. Завершенная ПЗ сдается руководителю в установленные учебным графиком сроки. Руководитель оценивает содержание работы, степень самостоятельности ее выполнения, уровень грамотности и определяет, допускать ли студента к защите курсовой работы.

9. Если студент не допущен к защите, то курсовая работа должна быть доработана согласно замечаниям руководителя.

5 Примерная структура курсовой работы

1. Титульный лист , на котором указывается название университета, название кафедры, название дисциплины, вид работы, тема работы, руководитель, исполнитель, дата (см. Приложение 1).

2. Реферат оформляется по [17].

3. Содержание . В содержании указывается наименование разделов ПЗ и номера страниц, с которых начинается соответствующий раздел. Заголовки оглавления должны точно повторять заголовки в тексте.

4. Введение к курсовой работе должно содержать общие сведения о теоретической и практической части курсовой работы:

— краткое обоснование актуальности темы курсовой работы; — перечень вопросов, которые раскрывают тему; наименование задачи,

которая будет решена с использованием пакета (пакетов) прикладных программ на ПК н описана в практической части курсовой работы; краткие характеристики ПК и программного обеспечения, использованных для выполнения и оформления курсовой работы.

5. Задание на курсовую работу . Приводится текст варианта задания (см. Приложение 2).

6. Теоретическая часть имеет целью углубить знания по методам расчета электрических цепей постоянного тока и показать умение студента работать с литературой и текстовыми редакторами на ПК.

План изложения теоретической части должен быть продуман и составлен студентом после проработки литературных источников и согласования с руководителем. Рекомендуется следующий план теоретической части.

— Введение , где происходит описание электрической схемы (не более одной страницы машинописного текста). В схеме выделяются токи и напряжения, которые следует вычислить.

— Основные понятия , используемые при расчете электрической схемы. Раскрываются базовые определения: ветвь, узел, энергетический баланс, напряжение холостого хода и т.д. Кратко характеризуется каждый метод расчета.

— Ход решения . Описываются особенности, составляющие основу метода расчета. При оформлении теоретической части желательно привести иллюстративный материал (блок-схемы, аналитические выражения для методов расчета, рисунки).

7. Практическая реализация решения в программном комплексе ,

показывающая правильность проведенных методов расчетов. Приводится листинг реализации по каждому методу.

8. Заключение оформляется по [17]. В этой части работы излагаются итоги компьютерного расчета электрической схемы. Оно завершается обзором перспектив изучаемой проблемы.

9. Литература . Приводится список литературных источников, которые использовались при подготовке и выполнении курсовой работы.

6 Правила оформления курсовых работ

Работа должна быть выполнена печатным способом с использованием компьютера и принтера на одной стороне листа белой бумаги одного сорта формата А4 (210 297 мм). Приводимые в работе таблицы и иллюстрации большого размера допускается выполнять на других стандартных форматах, при этом они должны быть сложены на формат А4 «гармоникой» по ГОСТ

В оформлении всех структурных элементов

следует придерживаться единообразного стиля.

Источник

Методы расчета электрических цепей

Постановка задачи: в известной схеме цепи с заданными параметрами необходимо рассчитать токи, напряжения, мощности на отдельных участках. Для этого можно использовать следующие методы:

непосредственного применения законов Кирхгофа;

Будем рассматривать первых два метода.

Метод преобразования цепи. Суть метода: если несколько последовательно или (и) параллельно включенных сопротивлений заменить одним, то распределение токов в электрической цепи не изменится.

а) Последовательное соединение резисторов. Сопротивления включены таким образом, что начало следующего сопротивления подключается к концу предыдущего (рис. 6).

Ток во всех последовательно соединенных элементах одинаков.

Заменим все последовательно соединенные резисторы одним эквивалентным(рис. 7.).

;

;

т.е. при последовательном соединении резисторов эквивалентное сопротивление участка цепи равно сумме всех последовательно включенных сопротивлений.

б) Параллельное соединение резисторов. При этом соединении соединяются вместе одноименные зажимы резисторов (рис. 8).

Все элементы присоединяются к одной паре узлов. Поэтому ко всем элементам приложено одно и тоже напряжениеU.

По Iзакону Кирхгофа:.

По закону Ома . Тогда.

Для эквивалентной схемы (см рис. 7): ; .

Величина , обратная сопротивлению, называется проводимостьюG.

;= Сименс (См).

Частный случай: параллельно соединены два резистора (рис. 9).

в) Взаимное преобразование звезды (рис.10а) и треугольник сопротивлений (рис. 10б).

— преобразование звезды сопротивлений в треугольник:

— преобразование «треугольника» сопротивлений в «звезду»:

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа. Порядок расчета:

Определить число ветвей (т.е. токов) и узлов в схеме.

Произвольно выбрать условно-положительные направления токов. Общее число уравнений должно быть равно числу неизвестных токов.

Определить, сколько уравнений должно быть составлено по Iзакону Кирхгофа, а сколько — поIIзакону Кирхгофа.

Составить уравнения для узлов поIзакону Кирхгофа и длянезависимых контуров (отличающихся друг от друга хотя бы на одну ветвь) — поIIзакону Кирхгофа.

Решить система уравнений относительно токов. Если в результате ток получился отрицательным, то его действительное направление противоположно выбранному.

Проверить правильность решения задачи, составив уравнение баланса мощности и смоделировав электрическую цепь средствами моделирующего пакета ElectronicsWorkbench.

Примечание: если есть возможность, то перед составлением системы уравнений по законам Кирхгофа, следует преобразовать «треугольник» сопротивлений в соответствующую «звезду».

Пример расчет электрических цепей постоянного тока

Расчет будем выполнять с применением законов Кирхгофа, предварительно преобразовав треугольник сопротивлений в звезду.

Пример. Определить токи в цепи рис. 11, еслиE₁=160 В,E₂=100 В,R₃=100 Ом,R₄=100 Ом,R₅=150 Ом,R₆=40 Ом.

Преобразуем треугольник сопротивлений R₄ R₅ R₆в звезду сопротивленийR₄₅ R₅₆ R₆₄, предварительно указав условные положительные направления токов в цепи (рис. 12).

Ом;

Ом;

Ом.

После преобразования электрическая цепь примет вид рис. 13 (в непреобразованной части электрической цепи направления токов не изменятся).

Вполученной электрической цепи 2 узла, 3 ветви, 2 независимых контура, следовательно, в цепи протекает три тока (по количеству ветвей) и необходимо составить систему трех уравнений, из которых поIзакону Кирхгофа – одно уравнение (на 1 меньше, чем узлов в схеме электрической цепи) и два уравнения – поIIзакону Кирхгофа:

Подставим в полученную систему уравнений известные значения ЭДС и сопротивлений:

Решая систему уравнений любым способом, определяем токи схемы электрической цепи рис. 13:

А;А;А.

Переходим к исходной схеме (см. рис. 11). По IIзакону Кирхгофа:

;

А.

;

А;

;

А.

Токииполучились отрицательными, следовательно, их действительное направление противоположно выбранному нами (рис. 14).

Правильность решения проверяем, составив уравнение баланса мощности. Мощность источников (учтем, что ЭДС источника E₂направленно встречно токуI₂, протекающему через него):

Вт.

Погрешность вычислений в пределах допустимого (меньше 5%).

Смоделируем электрическую цепь рис. 11 средствами моделирующего пакета ElectronicsWorkbench(рис. 15):

Рис. 15

При сравнении расчетных результатов и результатов моделирования, можно увидеть, что они отличаются (различия не превышают 5%), т.к. измерительные приборы имеют внутренние сопротивления, которые моделирующая система учитывает

Источник