Расчет цепей постоянного тока

2



Федеральное агентство образования и науки Российской Федерации 

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра системы управления











Контрольная работа ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКе























Руководители: 

Яковлев В.А. 

Выполнила: студентка группы ПС-286

Левшунова Ю. ______________

Работа защищена на оценку____

"___",_______________2007г







Челябинск, 2007


Контрольное задание №1 "Расчет цепей постоянного тока"



Задача 1. В схеме (рис.1) R1 = 2 Ом, R2 = 3 Ом, R5 = 2 Ом, I3 = 1,5 A. Остальные исходные данные приведены в таблице 1. На схемах показаны принятые положительные направления токов в ветвях; номера токов соответствуют номерам ветвей. 

Пользуясь законами Кирхгофа и законом Ома, определить все неизвестные токи и сопротивления, величину и полярность ЭДС E и величину напряжения U, приложенного к схеме. Для проверки правильности расчета составить уравнение баланса мощностей. Определить показание вольтметра. 



 Рис.1



Таблица 1

Варианты

R3, Oм

R4, Oм

R6, Oм

I1, А

I2, А

I5, А

I6, А

9

 - 

4,5

2,7

 - 

1,8

 - 

0,3



Задача 2. В схеме (рис.2) Е1 = 60 В, E6 = 120 В, Е11 = 90 В, R1 = 4 Ом, R2 = 65 Ом, R3 = 9 Ом, R6 = 12 Ом, R8 = 48 Ом, R9 = 5 Ом. Значения остальных сопротивлений даны в таблице 2. Начертить расчетную электрическую схему, получающуюся при замыкании ключей, указанных в таблице 2. 


 

Рис.2



Таблица 2

Вар. 

R4, Ом

R5, Ом

R7, Ом

R10,Ом

R11, Ом

Замкнуты ключи

9

16

28

4

24

15

S2, S3, S7



Упростить схему, заменяя последовательно и параллельно соединенные сопротивления эквивалентными, используя при необходимости преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду. Полученную схему с двумя узлами рассчитать методом узлового напряжения, определить величину и направление токов в источниках. Зная токи источников, используя законы Ома и Кирхгофа, определить все токи и напряжения в исходной расчетной схеме. Для проверки правильности расчета составить для исходной схемы уравнение баланса мощностей. 


Задача 1





Рис. 3 Исходная схема. 



Дано: R1 = 2 Ом, R2 = 3 Ом, R4 = 4.5 Ом, R5 = 2 Ом, R6 = 2.7 Ом, 

I2 = 1.8 А, I3 = 1.5 А, I6 = 0.3 А. 

Найти: I1, I5, R3, U, E, Ub-c. 

По первому закону Кирхгофа (для узлов): 

для узла а: I1 = I3 + I2=> I1 = 3.3 A

для узла d: I5 = I6 + I2=> I5 = - 1.5 A

Вывод: так как I5 < 0 то направление тока I5 противоположно показному на схеме (рис.3) 

По второму закону Кирхгофа (для контуров): 

для контура I : U = R1*I1 + R3*I3

для контура II+III: E = - R5*I5 – R3*I3 + (R2 + R4) *I2

для контура IV: - E = R6*I6 + R5*I5=> E = 2. 19 В

Из уравнений для II +III контура выразим R3: 

R3 = (-R5*I5 + (R2 + R4) *I2-E) / I3=> R3 = 9.54 В

U = R1*I1 + R3*I3 => U = 20.91 В

Рассчитаем Ub-c по второму закону Кирхгофа для контура II: 

Ub-c = R3*I3 – R2*I2 => Ub-c = 8.91 В

Проверка результатов: 

по первому закону Кирхгофа для узла b: I1 = I3 - I5 + I6 = 3.3 A

по второму закону Кирхгофа для контура II+III+IV: 

0 = - I3*R3 + I2*(R2 + R4) + I6*R6 = 0 

составим уравнение баланса мощностей: 

U*I1 + E*I5 = R1*I12 + (R2 + R4) *I22 + R3*I32 + R5*I52 + R6*I62 =>

72.288 = 72.288

Вывод: проведённые проверки подтверждают что результаты решения задачи 1 верны. 

Найдено: I1 = 3.3 А, I5 = 1.5 А и протекает в противоположном показному на схеме(рис.3) направлений, R3 = 9.54 Ом, U = 20.91 В, E =2. 19 В, Ub-c=8.91 В. 



Задача 2





Рис.4 Исходная схема. 



Дано: R1 = 4 Ом, R3 = 9 Ом, R4 = 16 Ом, R5 = 28 Ом, R7 = 4 Ом, R8 = 48 Ом

R10 = 24 Ом, R11 = 15 Ом, E1 = 60 B, E11 = 90 B. 

Объединим сопротивления: 

R(1,3) = R1 + R3, => R(1,3) = 13 Ом 

R(5,7) = R5 +R7, => R(5,7) = 32 Ом

R(8,10) = (R8*R10) / (R8 + R10). => R(8,10) = 16 Ом




Рис.5 Схема после объединения сопротивлений. 



Преобразуем треугольник сопротивлений R4, R(5,7), R(8,10) в эквивалентную звезду: 

R(4-5,7) = (R4 * R(5,7)) / (R4 + R(5,7) + R(8,10)) =>

R(4-5,7) = 8 Ом

R(5,7-8,10) = (R(5,7) * R(8,10)) / (R4 + R(5,7) + R(8,10)) =>

R(5,7-8,10) = 8Ом

R(4-8,10) = (R(4) * R(8,10)) / (R4 + R(5,7) + R(8,10)) =>

R(4-8,10) = 4 Ом





Рис. 6 Схема после преобразования треугольника в звезду



По первому закону Кирхгофа: 

для узла а: I3 = I1 +I2 (1) 

По второму закону Кирхгофа: 

для контура I: E1 = (R(4-5,7) + R(1,3)) *I1 + R(4-8,10) *I3(2) 

для контура II: - E11 = - R(4-8,10) *I3 – (R(5,7-8,10) + R11) *I2(3) 

Запишем уравнения для Ua-b: 

Ua-b = R(4-8,10) *I3(4) 

из (2) выразим I1 = (E1 - R(4-8,10) *I3) / (R(4-5,7) + R(1,3)) (5) 

из (3) выразим I2 = (E11 - R(4-8,10) *I3) / (R(5,7-8,10) + R11) (6) 

подставим в (1) 

I3 = (E1 - R(4-8,10) * I3) / (R(4-5,7) + R(1,3)) + 

+ (E11 - R(4-8,10) * I3) / (R(5,7-8,10) + R11) 

 => 

I3 = 4.962 A

из (5) I1 = 1.912 A

из (1) I2 = 3.05 A

из (4) Ua-b = 19.848 В

Проверка результатов: 

по первому закону Кирхгофа для узла b: I3 = I1 +I2 = 4.962 A

по второму закону Кирхгофа для контура I+II: 

E1-E11=(R(4-5,7) +R(1,3)) *I1+R(4-8,10) *I3-R(4-8,10) *I3-(R(5,7-8,10) +R11) *I2

30 ≈ - 30

составим уравнение баланса мощностей: 

E1*I1 + E11*I2 = (R(4-5,7) +R(1,3)) *I12 + R(4-8,10) *I32 + (R(5,7-8,10) +R11) *I22

397,2 ≈ 397,2 

Вывод: проведённые проверки подтверждают что результаты решения задачи 2 верны. 

Найдено: I1 = 1.912 А, I2 = 3.05 А, I3 = 4.962 А, Uа-b = 19.848 В. 

Определим остальные токи и напряжения в схеме, для этого зададимся направлениями токов в схеме. 




Рис.7 Исходная схема с обозначенными токами. 



По первому закону Кирхгофа (для узлов): 

для узла с: I1= - I5 + I4(7) 

для узла d: I2= - I5 + I8 + I10(8) 

По второму закону Кирхгофа: 

Ue-c = E1 - R(1,3) *I1=> Ue-c = 35.144 B

Ue-d = E11 - R11*I2=> Ue-d = 44.249 B

По закону Ома: 

I4 = Ue-c / R4=> I4 = 2. 197 A

I10 = Ue-d / R10=> I10 = 1.844 A

I8 = Ue-d / R8=> I8 = 0.922 A

из(7) I5 = 0.285 А

На данном этапе мы рассчитали все токи в исходной схеме теперь по закону Ома заполним таблицу 3



Таблица 3. 

-

R1

R3

R4

R5

R7

R8

R10

R11

R(Oм) 

4

9

16

28

4

48

24

15

U(B) 

7.65

17.21

35.15

7.98

1.14

44.256

44.256

45.75

I(A) 

1.912

1.912

2. 197

0.285

0.285

0,922

1,844

3.05

P(Вт) 

14.62

32.9

77.23

2.27

0.23

40.8

81.61

139.54



Проверка результатов: 

составим уравнение баланса мощностей для исходной схемы

E1*I1 + E11*I2=P1 + P3 + P4 + P5 + P7 + P8 + P10 + P11

397,23 ≈ 389.87

Вывод: проведённые проверки подтверждают что результаты решения задачи 2 верны. 

Найдено: Все найденные величины приведены в таблице 3. 

Рассчитаем схему (Рис.6) методом узлового напряжения. 

Запишем формулу для Ua-b: 



Ua-b = 19.85 В

из формулы (4) выразим I3 и найдём его I3 = 4.962 A

используя формулы (4) и (5) найдём I1 = 1.912 A

используя формулы (4) и (6) найдём I2 = 3.05 А 

Вывод: результаты расчёта схемы методами узлового напряжения и по законам Кирхгофа получились идентичными что говорит о том что результат независим от метода расчётов.