Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Воронежской области
«Воронежский техникум строительных технологий»
Методические указания по выполнению расчётно-графической работы №1 «Расчет электрической цепи постоянного тока»
по дисциплине Основы электротехники
для специальности 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы
Воронеж
2016
Одобрено
Предметной (цикловой)
комиссией специальности 08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация
электрооборудования промышленных и гражданских зданий
Протокол заседания №____
от «___»________2016г.
Председатель ПЦК
______________( )
«____»_____________2016г.
Приведены общие требования, объём, структура, методические приёмы, алгоритмы расчёта и правила оформления внеаудиторной самостоятельной работы студентов на тему «Расчёт электрической цепи постоянного тока» в виде расчётно-графической работы по дисциплине Основы электротехники .
Составитель: , преподаватель
1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Целью работы является: углубление и расширение теоретических знаний, полученных студентами при изучении дисциплины « Основы электротехники»; выработка навыков применения этих знаний для комплексного решения вопросов, связанных с проектированием цифровых устройств и средств вычислительной техники; формирование самостоятельности мышления ;формирование и развитие общих компетенций, определённых в ФГОС СПО.
Тема расчётно-графической работы предусматривает разработку схемы электрической цепи постоянного тока с одним или несколькими источниками питания с использованием обозначений по ЕСКД и её расчет по основным параметрам : электродвижущей силе источников питания (ЭДС ), внутреннему сопротивлению источников питания, сопротивлению нагрузки.
Расчётно-графическая работа (РГР) является одним из видов внеаудиторной самостоятельной работы. На её выполнение отводится время в количестве 9 часов. Название работы озвучивается студентам на последнем теоретическом занятии изучения раздела Линейные электрические цепи постоянного тока дисциплины. Первым этапом успешного выполнения данной самостоятельной работы является выполнение аудиторных и домашних заданий по данному разделу.
Последовательность выполнения РГР должна быть такой:
- Спроектировать и графически представить схему электрической цепи постоянного тока либо с одним источником питания, либо с несколькими источниками, но с обязательным смешанным соединением потребителей (нагрузки). Выбор схемы определяет студент самостоятельно, в соответствии со своими накопленными знаниями и умениями по данному разделу дисциплины. Графическое изображение представляется с использованием компьютерной техники с самостоятельным выбором графического редактора в Формате А4 ,в масштабе, с учётом выбора количества источников питания, сложности электрической цепи постоянного тока, с учётом количества контуров, узлов и т. д. Все элементы и соединения электрической цепи должны быть представлены в соответствии с принятым обозначением ЕСКД (см. Приложение А).
- Выбрать электрические параметры изображённой электрической цепи: ЭДС источников питания, внутреннее сопротивление источников питания, сопротивление нагрузки.
-Произвести расчёт электрических параметров цепи: тока в ветвях, напряжение на клеммах источников .
- Проанализировать полученные результаты и произвести проверку расчета.
Расчётно-графическая работа проверяется и оценивается преподавателем по пятибалльной системе с выставлением оценки в журнал.
2 СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЁМ РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
Расчётно-графическая работа состоит из графической и расчётно-пояснительной части.
Расчётно-пояснительная часть может занимать по объему от 3-4 страниц формата А4 в текстовом редакторе MSWord. Все страницы должны быть пронумерованы.
Условные, буквенные и графические обозначения должны соответствовать существующим стандартам. Буквенные обозначения, которые используются студентом в расчётных формулах, расшифровываются в тексте за приведенной формулой. Формулы следует нумеровать порядковой нумерацией в пределах всего текста арабскими цифрами в круглых скобках в крайнем правом положении на строке.
Содержание РГР должно излагаться кратко, четко, с соблюдением единой терминологии дисциплины «Основы электротехники». Сокращение слов в тексте работы не допускается.
Титульный лист выполняется в соответствии с Приложением Б и является первым в РГР.
3 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ РАБОТЫ
3. 1 На основании графического изображения (представления) выбранной электрической схемы, необходимо охарактеризовать её, т. е. указать тип электрической цепи(простая или сложная).
Простая электрическая цепь-это цепь, содержащая один или два источник питания в одной ветви.
Сложная электрическая цепь-это цепь, содержащая несколько источников питания в разных ветвях.
3.2 Выбрать параметры электрической цепи с указанием их единиц измерения: ЭДС источника (источников) питания, внутреннее сопротивление источника(источников) питания, сопротивления нагрузки.
3.3 Необходимо определиться с методом расчёта электрической цепи. Если представленная схема электрической цепи является простой, то используется расчёт цепи методом свёртывания, который заключается в следующем:
-На схеме отмечаются все токи и узловые точки;
-Группы резисторов с последовательным или параллельным соединением заменяются эквивалентными и определяются их сопротивления по формулам:
Для последовательного соединения резисторов:
Rэкв.=R1+R2+…Rn (1)
Для параллельного соединения резисторов:
+
+
=
(2)
Замена производится до получения простейшей схемы, для которой элементарно определяется общее (эквивалентное) сопротивление всей цепи (как сумма сопротивлений отдельных групп резисторов).
По заданному напряжению источника и вычисленному общему сопротивлению всей цепи определяется ток в неразветвленной части цепи, т. е. общий ток по закону Ома для всей цепи:
I= 
(3)
Определяются падения напряжения на участках цепи по закону Ома для участка цепи:
I=
(4)
Ток каждого резистора определяется по первому закону Кирхгофа:
=0 (5)
Пример расчёта электрической цепи методом свёртывания рассмотрен на странице 48 основного источника дисциплины [1] .
Если представленная схема электрической цепи является сложной, то расчёт цепи производят либо методом наложения, либо методом узловых и контурных уравнений, либо методом контурных токов.
Сущность метода наложения заключается в следующем:
- В каждой ветви спроектированной сложной электрической цепи направление тока выбирается произвольно;
- Количество расчётных схем цепи равно количеству источников питания в спроектированной схеме;
- В каждой расчётной схеме методом свёртывания определяют частичные токи в каждой ветви цепи. Частичным называется условный ток, протекающий в ветви под действием только одного источника питания. Направление частичных токов в ветвях зависит от полярности источника.
- Искомые токи каждой ветви спроектированной схемы определяются как алгебраическая сумма частичных токов для этой ветви. При этом частичный ток, совпадающий по направлению с искомым, считается положительным, а несовпадающий - отрицательным. Если алгебраическая сумма частичных токов имеет положительный знак, то направление искомого тока в ветви совпадает с произвольно выбранным. Если же алгебраическая сумма частичных токов имеет отрицательный знак, то направление тока противоположно выбранному. Пример расчёта электрической цепи методом наложения рассмотрен на странице 58 основного источника дисциплины [1].
Метод узловых и контурных уравнений подразумевает составление системы уравнений по законам Кирхгофа. При составлении системы уравнений должно учитываться следующее:
- Количество уравнений равно числу токов в электрической цепи (число токов равно числу ветвей в спроектированной цепи), направление токов в ветвях выбирается произвольно;
- По первому закону Кирхгофу составляется (n-1) уравнений, где n-число узловых точек в схеме;
- Остальные уравнения составляются по второму закону Кирхгофу.
В результате решения системы уравнений определяются искомые величины для сложной электрической цепи (например, все токи при заданных значениях ЭДС источников – E (В) и сопротивлениях резисторов –R(Ом) . Если в результате расчета какие-либо токи получаются отрицательными, это указывает на то, что их направление противоположно выбранному на схеме. Пример расчета электрической цепи методом узловых и контурных уравнений рассмотрен на странице 64 основного источника дисциплины [1].
Метод контурных токов позволяет составить уравнения только по 2-му закону Кирхгофа.
Число необходимых уравнений определяется по формуле:
m -(n-1) (6)
где:
m - число ветвей
n-число узлов.
Уравнения составляются только для «собственных» контуров. Контурным током называется ток, проходящий по всем участкам замкнутого контура. Собственные контуры обязательно имеют ветвь, не входящую в другие контуры. В таких ветвях контурные токи являются действительными токами. Ветви, принадлежащие двум смежным (соседним) собственным контурам, называются смежными ветвями, по ним проходит два контурных тока; их алгебраические суммы составляют действительный ток в смежной ветви.
На электрической схеме указывают едиными стрелками направление обхода контура и выбранное направление контурного тока. При составлении уравнений по 2-му закону Кирхгофа в левой части равенства алгебраически суммируются ЭДС источников, включенных в собственный контур; в правой части равенства алгебраически суммируются напряжения на сопротивлениях, входящих в собственный контур, учитывая также напряжение на сопротивлениях смежной ветви, определяемое по контурному току соседнего контура. Пример расчёта электрической цепи методом контурных токов рассмотрен на странице 66 основного источника дисциплины[1].
Студент выбирает метод расчёта электрической цепи самостоятельно. Этапы расчёта выбранным методом необходимо представлять соответствующими пояснениями.
3.4 Проанализировать полученные результаты расчёта, провести проверку расчёта электрической цепи, сформулировать вывод по работе.
4 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(Обязательное)
УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ
НАИМЕНОВАНИЕ | УСЛОВНЫЕ ЗНАКИ |
Источник электрической энергии, источник ЭДС |
|
Химический источник энергии |
|
Электрическая лампа накаливания |
|
Приёмник электрической энергии, резистор |
|
Реостат регулируемый |
|
Реостат переменный |
|
Конденсатор: Постоянной ёмкости Переменной ёмкости |
|
Катушка индуктивности: Без магнитопровода С магнитопроводом |
|
Провод, кабель, шина электрической цепи |
|
Соединение электрическое | |
Соединение разъёмное |
|
Амперметр |
|
Вольтметр |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(Обязательное)
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Воронежской области
«Воронежский техникум строительных технологий»
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
(Наименование)
по дисциплине Основы электротехники
специальности 09.02.01 Компьютерные системы и комплексы
студента группы (Ф. И.О.)
Воронеж
2016
