Тема: Эквивалентные преобразования в электрических цепях

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

________________

(подпись)

«___»_________________201_ г.

Инженерные системы зданий и сооружений:

(Электроснабжение с основами электротехники)

ПРАКТИКУМ

Направление подготовки 270800.62 Строительство

Профиль подготовки «Городское строительство и хозяйство»,

«Промышленное и гражданское строительство», «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Квалификация выпускника бакалавр

Изучается в 4 семестре

СОГЛАСОВАНО:

РАЗРАБОТАНО:

Зав. выпускающей кафедрой строительство ________________ Рожков П.В. "__" _____________ 20______ г. Зав. выпускающей кафедрой теплогазоснабжение и экспертиза недвижимости ________________ Стоянов Н.И. "__" _____________ 20______ г. Директор института строительства, транспорта и машиностроения ________________ Брацихин А.А. "__" _____________ 20______ г. Рассмотрено УМК ИЭЭиН "__" _____________ 20_____ г. протокол ____________ Председатель УМК ________

Зав. кафедрой физики, электротехники и электроники ___________ Пигулев Р.В. "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры ФЭиЭ Данилов М.И., "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры АЭСиЭ Романенко И.Г., "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры АЭСиЭ Ястребов С.С. "__" ____________ 20_____ г.

Ставрополь

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

Образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Данилов М.И., Романенко И.Г., Ястребов С.С.

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ:

(ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ С ОСНОВАМИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ)

ПРАКТИКУМ

Направление подготовки 270800.62 Строительство

Профиль подготовки «Городское строительство и хозяйство»,

«Промышленное и гражданское строительство», «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Квалификация выпускника бакалавр

Ставрополь

Печатается по решению

Учебно-методического совета

Северо-Кавказского федерального

университета

Рецензенты: к-т техн. наук Юдина О.И.

к-т техн. наук Шаталов А.И.

Данилов М.И., Романенко И.Г., Ястребов С.С. Инженерные системы зданий и сооружений: (Электроснабжение с основами электротехники): учебное пособие. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014. – 109 с.

В настоящем учебном пособии приведены теоретические сведения и разработки для выполнения практических задач по дисциплине «Инженерные системы зданий и сооружений: (Электроснабжение с основами электротехники)». Учебное пособие составлено в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и программой дисциплины «Инженерные системы зданий и сооружений: (Электроснабжение с основами электротехники)» и предназначено для студентов направления подготовки 270800.62 Строительство профилей «Городское строительство и хозяйство», «Промышленное и гражданское строительство», «Теплогазоснабжение и вентиляция». Практикум дает возможность студентам приобрести навыки в решении практических задач.

федеральный университет», 2014

Оглавление

Введение 5

Практическое занятие 1. 7

Эквивалентные преобразования в электрических цепях. 7

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 11

Практическое занятие 2. 11

Анализ режимов цепей постоянного тока с использованием законов Ома и Кирхгофа 11

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 19

Практическое занятие 3. 20

Анализ режимов цепей постоянного тока методами контурных токов и узловых потенциалов. 20

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 28

Практическое занятие 4. 29

Комплексный метод анализа цепей синусоидального тока. 29

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 39

Практическое занятие 5. 39

Расчет однофазных цепей синусоидального тока. 39

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 58

Практическое занятие 6. 59

Расчет трехфазных цепей синусоидального тока. 59

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 67

Практическое занятие 7. 68

Расчет параметров трансформаторов. 68

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 75

Практическое занятие 8. 76

Расчет параметров вращающихся электрических машин. 76

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 90

Практическое занятие 9. 90

Расчет полной мощности электрооборудования и средств механизации стройплощадки. Выбор источника электроснабжения. 90

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 98

Практическое занятие 10. 99

Определение показаний амперметров, вольтметров и ваттметров в цепях постоянного и синусоидального токов. 99

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме. 108

Введение

Целью дисциплины «Инженерные системы зданий и сооружений: (Электроснабжение с основами электротехники)» является формирование набора профессиональных компетенций ПК-9, (знанием нормативной базы в области инженерных изысканий, принципов проектирования зданий, сооружений, инженерных систем и оборудования, планировки и застройки населенных мест), ПК-10 (владением методами проведения инженерных изысканий, технологией проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных прикладных расчетных и графических программных пакетов), ПК-11 (способностью проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных расчетов, разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы, контролировать соответствие разрабатываемых проектов и технической документации зданию, стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам), ПК-17 (знанием научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по профилю деятельности), ПК-19 (способностью составлять отчеты по выполненным работам, участвовать во внедрении результатов исследований и практических разработок), ПК-20 (знанием правил и технологии монтажа, наладки, испытания и сдачи в эксплуатацию конструкций, инженерных систем и оборудования строительных объектов, образцов продукции, выпускаемой предприятием), ПК-21 (владением методами опытной проверки оборудования и средств технологического обеспечения), ПК-22 (владением методами оценки технического состояния и остаточного ресурса строительных объектов, оборудования) будущего бакалавра по направлению 270800.62 Строительство. Практикум направлен на развитие у студентов навыков практических расчетов согласно компетенций дисциплины по темам, изучаемым в лекционном курсе. Дисциплина относится к профессиональному циклу Б3.Б.6 ООП ВПО. В ходе выполнения практикума у студента формируются указанные выше компетенции, приобретаются практические навыки расчета однофазных и трехфазных электрических цепей, параметров электрических машин и электрооборудования, типовых схем строительных объектов, основ электроизмерений.

Практическое занятие 1

Тема: Эквивалентные преобразования в электрических цепях

Цель: Научиться рассчитывать эквивалентное сопротивление при различных схемах соединения резисторов: последовательном, параллельном, треугольником и звездой.

В результате выполнения практического занятия у студента формируются компетенции ПК-10 (умение проводить инженерные изыскания), ПК-17 (умение применять знание научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по профилю деятельности).

Актуальность темы практического занятия заключается в необходимости проводить эквивалентные преобразования при расчетах электрических цепей.

Теоретическая часть

Эквивалентные преобразования в электрических цепях используют для упрощения схемы и проводимых расчетов. В разветвленных электрических цепях можно выделить последовательное, параллельное соединение сопротивлений, а также соединение звездой и треугольником.

При последовательном соединении сопротивлений рисунок 1.1

Рисунок 1.1 – Последовательное соединение сопротивлений

Сопротивление на участке цепи между точками a и b

. (1.1)

Напряжение на участке ab

Ток одинаков во всех элементах цепи.

Параллельное соединение сопротивлений показано на рисунке 1.2.

Проводимость на участке цепи между точками a и b

. (1.2)

Рисунок 1.2 – Параллельное соединение сопротивлений

Напряжение одинаково во всех элементах цепи.

Ток в неразветвленной части электрической цепи равен сумме токов ветвей

Пример. При параллельном соединении двух сопротивлений и между точками a и b, общее сопротивление

(1.3).

Ток через сопротивление при известном токе в неразветвленной части электрической цепи

Не всегда можно упростить разветвленную электрическую цепь до требуемого уровня, используя преобразования для последовательного и параллельного соединения сопротивлений.

В таком случае необходимо использовать взаимные преобразования соединения сопротивлений звезда в соединение сопротивлений треугольник (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Соединение сопротивлений , и звездой; соединение сопротивлений , и треугольником

При взаимном преобразовании треугольника сопротивлений в звезду имеем:

, , . (1.4)

При взаимном преобразовании звезды сопротивлений в треугольник имеем:

, , . (1.5)

Примечание. При вычислении входного (эквивалентного) сопротивления необходимо помнить, что источники энергии заменяются внутренними сопротивлениями. Внутреннее сопротивление идеального источника ЭДС равно нулю. Внутреннее сопротивление идеального источника тока равно бесконечности.

Задания

1. Для цепи, изображенной на рисунке 1.4, найти эквивалентные сопротивления между зажимами a и b, с и d, d и f. Значения сопротивлений представлены на схеме в Омах. (r _ab= 12 Oм, r _cd= 4 Oм, r _df = 4 Oм)

Рисунок 1.4

2. Для цепи, изображенной на рисунке 1.5, определить эквивалентное сопротивление цепи между точками a и b при разомкнутом и замкнутом ключе k. Если r1 = r2 = r3 = r4 = r5 = r6 = r7 = 10 Ом. (r_ab = 12 Oм, rab = 8,33 Oм)

Рисунок 1.5

3. Для цепи, изображенной на рисунке 1.6, J =12 A, E ₁ = 30 B, E ₂ = 40 B, значения сопротивлений в Омах указаны на схеме. Найти входное сопротивление относительно выводов источника тока, применив преобразования: 1) треугольника сопротивлений в звезду; 2) звезды сопротивлений в треугольник. (3,25 Ом)

Рисунок 1.6

Контрольные вопросы

1. Как определяется общее сопротивление при последовательном соединении сопротивлений? при параллельном соединении?

2. Как определяется напряжение на участке электрической цепи с последовательными сопротивлениями, падения напряжения на которых известны?

5. Как определить токи в двух параллельных ветвях по известному току в неразветвленной части электрической цепи?

3. При каком соединении сопротивлений ток через все сопротивления равен?

4. При каком соединении сопротивлений напряжение на них одинаково?

6. В каком случае необходимо использовать взаимные преобразования соединения сопротивлений звезда в треугольник?

7. Формулы преобразования звезды в треугольник, треугольника в звезду.

Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме

Основная литература

1. Немцов М.В. Электротехника и электроника (6-е изд., стер.) учебник. –М: Академия, 2013. – 480 с. – ISBN: 9785446804320.

2. Электротехника и электроника: Учебное пособие для вузов / В.В. Кононенко [и др.]; под ред. В.В. Кононенко. – Изд. 6-е – Ростов н/Д: Феникс, 2010. – 784 с. (Высшее образование). – ISBN 978-5-222-17568-2.

Дополнительная литература

3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. – 10-е изд. – М.: Гардарики, 2002. – 638 с.

4. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники: учеб. пособие для студентов / под ред. П. А. Ионкина. – М.: Энергоиздат, 1982. – 768 с.

Практическое занятие 2