Построение векторной диаграммы
Содержание
1 Задача 1 (Расчёт цепи постоянного тока)
1.1 Составление на основании
законов Кирхгофа системы
1.2 Определение токов методом контурных токов
1.3 Составление баланса мощности
1.4 Определение токов методом эквивалентного преобразования
1.5 Определение токов методом узлового напряжения
1.6 Определение токов методом наложения
2 Задача 2 (Расчет цепи переменного тока)
3 Задача 3 (Расчет трёхфазной цепи)
3.1 Определение токов трёхфазной цепи при соединении потребителей звездой
3.2 Определение токов трёхфазной цепи при соединении потребителей треугольником
3.3 Построение векторной диаграммы
4 Литература
5 Перечень используемых ГОСТов
ПриложенияИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
1
КР 2-360331-0101. 0294 ПЗ
ПЗ
Разраб.
ПрикотенкоА.к
Провер.
Шевелева Л. П.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Курсовая работа по ТОЭ
Лит.
Листов
«МПЭК» Группа 7
Задача 1 (Расчет цепи постоянного тока)
Определить токи ветвей
Дано:
E1 = 30 В; E2 = 40 В;
R1 = 26 Ом; R2 = 64 Ом;
R3 = 43 Ом; R4 =35 Ом;
R5 = 51 Ом; R6 = 16 Ом;
Рисунок 1 – Схема электрической цепи
1.1 Составление на основании
законов Кирхгофа системы
В данной цепи 4 узла, 6 ветвей, 6 неизвестных токов. Направление токов и обхода контуров выбираются произвольно. По двум законам Кирхгофа нужно записать 6 уравнений, так как 6 неизвестных токов. По первому – 3 уравнения, так как узлов – 4; по второму – 3 уравнения, так как 6-3=3
Для узла “a”: I1 = I3 + I4
Для узла “b”: I6 = I4 + I2
Для узла “c”: I3 = I2 + I1
Для узла “d”: I2 = I3 + I5
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
2
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
Остальные три уравнения записываем по второму закону КирхгофаИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
Для контура “1”
E1 = I4R4+ I6R6 + I1R1
Для контура “2”
-E1 = -I1R1 – I3R3 + I5R5
Для контура “3”
-E2 = -I2R2 - I5R5 - I6R6
Система уравнений имеет
вид
I1 = I3 + I4
I6 = I2 + I4
I2 = I3 + I5
E1 = I4R4+ I6R6 + I1R1
-E1 = -I1R1 – I3R3 + I5R5
-E2 = -I2R2 - I5R5 - I6R6
После подстановки значений сопротивления ЭДС ,система уравнений имеет вид
I1 = I3 + I4
I6 = I2 + I4
I2 = I3 + I5
30 = 26 I1 +35 I4 +16 I6
30 = 26 I1+43 I3 -51 I5
40= 64 I2 + 51 I5 + 16 I6
1.2 Определить токи во всех узлах схемы методом контурных токов
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
Рисунок 2 – Схема электрической цепи с контурными токами
По второму закону Кирхгофа составляем три уравнения для данной схемы, используя контурные токи
Для контура “1”
E1 = Ik1 (R1 + R4 + R6) + Ik2R1 + Ik3 R6
Для контура “2”
E1 = Ik2 (R1 + R3 +R5) + Ik1R1 - Ik3 R5
Для контура “3”
E2 = Ik3 (R6 + R5 + R2) + Ik1 R6 - Ik2 R5
Система уравнений имеет вид
30= Ik1 (26 + 35 + 16) + Ik226 + Ik316
30 = Ik2 (26 + 43 +51) + Ik126 - Ik343
40 = Ik3 (16 + 51 + 64) - Ik1 16 + Ik2 51
30 = 77 Ik1 + 64 Ik2 + 16 Ik3
30 = 26 Ik1 + 120 Ik2 - 51 Ik3
40 = 16 Ik1 - 51 Ik2 + 131 Ik
Систему уравнений решаем, используя определители КрамераИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
77 64 16 77120131 + 64(-51)16 + 1626(-51) - 1612016 -
∆ = 26 120 -51
= -6426131- 77(-51)(-51)=1210440-52224-
16 -51 131 -30720-217984-200277=688019
30 64 16 30 120 131 + 64(-51) 40 + 16 30 (-51) -
∆Ik1 = 30 120 -51 = - 16 120 40 – 64 30 131 – 30 (-51) (-51) =
40 -51 131 =471600
– 130560 – 24480 – 76800 – 251520 -
77 30 16 77 30 131 + 30 16 (-51) + 16 26 40 –
∆Ik2 = 26 30 -51 = - 16 30 16 - 30 26 131 - 77 40 (-51) =
16 40 131 = 302610 – 24480 + 16640 – 7680 – 102180 +
+ 157080 = 341990
77 64 30 77 120 40 + 64 30 16 +30 26 (-51) -
∆Ik3 = 26 120 30 = - 30 120 16 - 26 64 40 - 77 30 + (-51) =
16 -51 40 = 369600 + 30720 – 39780 – 57600 – 66560 +
+ 117810 = 354190
Контурные токи
Ik1 = = - = -0,1305 А
Ik2 = = = 0,497 А
Ik3 = = = 0,514 А
Действительные токи ветвей находятся как алгебраическая сумма контурных токов
I1 = Ik1 + Ik2 = -0,1305 + 0,497 = 0,366 A
I2 = Ik3 = 0,514 A
I3 = Ik2 = 0,497 A
I4 = Ik1 = -0,1305 A
I5 = Ik3 - Ik2 = 0,514 - 0,497 = 0,017 А
I6 = Ik1 + Ik3 = Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
-0,1305 + 0,514 = 0,3835А
1.3 Составление баланса мощности
Мощность источников Pист = ∑EI
Мощность потребителей Рпорт = ∑I2R
∑EI = ∑I2R
E1I1 + E2I2 = I12R1 + I22R2 + I32R3 + I42R4 + I52R5 +I62R6
10,995 + 20,56 = 3,492 + 16,908 + 10,621 + 0,596 + 0,0147 + 2,353
31,555 Вт = 31,389 Вт, баланс мощности выполняется.
- Определение токов в ветвях методом эквивалентного преобразования при закороченном источнике Е2 (Приложение 1, рисунок 1)
Преобразуем треугольник сопротивлений R2 R3 R5 в эквивалентную звезду (Приложение 1, рисунок 2)
Находим сопротивление ветвей
Ra = = = 24,916 Ом
Rb = = = 7,816 Ом
Rc = = = 6,229 Ом
R3 и Rd, R1 и Rc, R4 и Rb–включены последовательно(Приложение 1, рисунок 3)
R3d = R3 + Rd = 43 + 24.916 = 67.916 Ом
R1c = R1 + Rc = 26 + 6.229 = 32.229 Ом
R4b = R4 + Rb = 35 + 7.816 = 42.816 Ом
R3d и R4b – включены параллельно, поэтому
R3d4b = = = 26.26 Ом
Ток по закону Ома
I = = = 0.512 AИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
- Определение токов методом узлового напряжения
При закороченном R5 схема имеет вид (Приложение 2, рисунок 1)
Проводимости ветвей
G1 = = = = 0.0238 См
G2 = = = 0.009 См
G3 =
Узловое напряжение
Uad =
Токи ветвей
I1 = = = 0.576 A
I2 = = = 0.427 A
I3 = = = 0.164 А
- Определение токов ветвей для схемы п.1.5 методом наложения (Приложение 2, рисунок 1)
Для определения частичных токов по очереди закорачивают источники
Закорачиваем E2 (Приложение 2, рисунок 3)
После замены последовательно включеных R1 и R6, R2 и R3
Приложение 2, рисунок 4
R16 = R1 + R6 = 26 + 16 = 42 Ом
R23 = R2 + R3 = 64 + 43 = 107 Ом
R234 = = = = 26.373 ОИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
м
Находим частичный ток I1҆
I1 ҆ = = = = 0.438 А
Напряжение разветвления
Uab = I1 ҆ R234 = 0,438 26,373 = 11,551 B
Частичные токи
I3 ҆ = = = 0.33 A
I2 ҆ = = = 1079 A
Проверка по первому закону Кирхгофа
I1’ = I2’ + I3’ = 0.438=0.33+0.1079
Закоротим E1 (Приложение 2, рисунок 5)
R4 и R16 соединены параллельно, поэтому общее сопротивление
Rab = = =19.09 Ом
Частичный ток
I2'' = = = 0.317 А
Напряжение разветвление
Uab = I2'' Rab = 0,317 19.09 = 6.055 B
Частичные токи ветвей
I3'' = = = 0,173 А
I1'' = = = 0,144 А
Проверка по первому закону Кирхгофа
I2'' = I3'' + I1'' ; 0.317=0.173+0.144
Значение токов ветвей методом наложения, занесём в таблицу 1
Таблица 1-Значение частичных токов
I1 = 0,582 ↓ |
I2 = 0.4249 ↑ |
I3 =0.157 ↑ |
I1҆ = 0,438 ↓ |
I2҆ = 0.1079 ↑ |
I3҆ = 0,33 ↑ |
I1” = 0,144 ↓ |
I2” = 0.317 ↑ |
I3” = 0.173 ↓ |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
I1 = I1҆ - I1” =0.438 + 0.144 = 0.585 A
I2 = I2”- I2҆ = 0,1079 + 0,317 = 0,4249 A
I3 = I3҆ + I3” = 0,33 - 0,173 = 0,157 A
Значение токов с двумя узлами ,разными способами расчёта занесём в таблицу 2
Таблица 2-Значение частичных токов
Метод расчёта |
I1 |
I2 |
I3 |
|
Метод узлового напряжения |
0,576 |
0,427 |
0,164 |
Метод наложения |
0,582 |
0,4249 |
0,157 |
Проверяем расчет составлением баланса мощности
Мощность источника Рист = ∑EI
Мощность потребителя Рпотр = ∑I2R
∑EI = ∑I2R
E1I1 + E2I2 = I12 (R1+R6) + I2(R2 + R3 )+ I32 R4 )
18,52+9,553 = 12,2 + 15,217 + 0,521
28,073 Вт = 27,938 Вт
Баланс мощности выполняется
2 Задача 2 (Расчёт цепи переменного тока)
L3 = 31,8 мГн.
Рисунок 3 – Схема цепи переменного тока
Реактивные сопротивления в цепи
XL1 = 2пfL 10-3 = 2 3,14 50 15,9 10-3 = 5 Ом
XL3 = 2пfL 10-3 = 2 3,14 50 31,8 10-3 = 10 Ом
XC2 = = = 10 Ом
Схема замещения ( Приложение 2,рисунок 4)
Полные сопротивления ветвей схемы
Z1 = R1 + jXL1 = 5 + j5 ,Ом
Z2 = R2 – jXС2 = 10 – j10 ,Ом
Z3 = R3 + jXL3 = 80 + j10 ,Ом
Сопротивление разветвления
Z23 = = = =
=10- j7.777 ,Ом
Полное сопротивление цепи Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
Zобщ = Z1 + Z23 = 5 + j5 + 10 – j7.777 =15 – j2.777 ,Ом
Общий ток цепи
I1 = = = = =
= 3.222+j0.596 = e jarctg = 3.276 j10.4 ,A
Напряжение разветвления
U23 = I1 Z23 = (3,222+j0.596) = 32.22- j25.057+ j5.96+ +4.635= =36.855- j19.09= e jarctg = 41.505 e j-27.3 ,В
Напряжение до разветвления
U1 = I1 Z1 = (3,222+j0.596) (5 + j5) = 16,11+j16.11 + j2.98 + 2.98=
=19.09 + j19.09 = e jarctg = 26,997e j45 ,В
Токи разветвления
I2 = = = = 2,797+j0.888= e jarctg = 2,934e j17,6 ,А
I3 = = = = = =0,482- j0.291= e jarctg = 0,562 ej-31,1 ,A
Проверка по первому закону Кирхгофа
I2 + I3 = I1
2.797+j0.888 +0,482- j0.291=3,222 + j0.596 ,A
3.279 + j0.596 = 3.222 + j0.596 ,А
Активные мощности в цепи
P1 = I12 R1= 3,2762 5 = 53,66 Вт
P2 = I22 R2= 2,934 2 10 = 86,083 Вт
P3 = I32 R3= 0,5622 80 = 25,267 Вт
P = P1 + P2 + P3= 53,66 +86,083 +25,267 =167,01ВтИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
Реактивные мощности в цепи
Q1 = I12 XL1 =3.2762 5 = 53,66 Bap
Q2 = I22 XC2 =2,934 2 10 = 86,083 Bap
Q3 = I32 XL3 = 0,5622 10 = 3,158 Bap
Q = Q1 + Q3 - Q2 = 53,66 -86,083 +3,158 = -29,265 Bap
Полная мощность в цепи
S = U I1 =50 (3,222 –j0,596) = 161,1 –j29,8 ,BA
Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы тока и напряжения
mI =2,5 A/см mU = 5 B/см
Длины векторов
LI1 = 13,1 см LU1 = 5,3 см
LI2 = 11,7 см LU23 = 8,3 см
LI3 = 2,2 см
Векторная диаграмма имеет вид (приложение 3,рисунок 1) (приложение 3,рисунок 2)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
3 Задача 3 (Расчет трёхфазной цепи)
3.1 Определение токов трёхфазной
цепи при соединении
Схема соединения
XС2 = 4 Ом; XL3 = 6 Ом;
Рисунок 4 – Схема соединения потребителей звездой
Полные сопротивления фаз
ZA = RA – jXCA =8 – j6 = e jarctg = 10 e -j36,8
ZB = RB –jXCB =8 – j4 = e jarctg = 8,994 e –j26.5 ,Ом
ZC = RC +jXLB =7 + j6 = e jarctg = 9.219 e j40.6 ,ОмИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
Фазные напряжения
UФ = 220 В
UA = 220 B UB = 220 e –j120 В UC = 220 e j120 В
Фазные токи
IA = = =22e j36.8 = 22(cos 36.8+jsin36.8)= 22(0.8+j0.599) =
= -17.6+j13.178, A
IB = = = 24.597 e j( -120+26.5) = 24.597e –j93.5 =24.597(cos(-93.5) + +jsin(-93.5)) = 24.597(-0,061 + j(-0.998)) = -1.5 – j24.547,А
IC = = = 23.863e j(120-40.6) = 23.863e j79.4=23.863(cos 79.4+ jsИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
in 79.4) =
= 23.863(0,183+ j0,982) = 4.366 + j23.433,А
Ток в нулевом проводе
IN = IA + IB + IC
IN = 17.6 + j13.178 + (-1.5) – j24.547 + 4.366 + j23.433= 20.466+j12.064 = e jarctg = 23.757 e j30.5, A
Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы тока и напряжения
mU = 20B/см
Длины векторов
LUф = 5,5 см = LUA = LUB = LUC LIA = 3,6 см LIC = 3,9 см
Векторная диаграмма имеет вид (приложение 4,рисунок 1)
Активные мощности фаз и соединений
PA = IA2 RA = 21,9862 8 = 3867,073 Bт
PB = IB2 RB = 24,5972 8 = 4840,099 Вт
PC = IC2 RC = 23,8632 7 = 3986,099 Вт
P = PA + PB + PC = 3867,073+ 4840,099+3986,099= 12693,271 Вт
Реактивные мощности фаз и соединений
QA = IA2 XA = 21.9862 6 = 2900.305 Вар
QB = IB2 XB = 24.5972 4 = 2420.049 Вар
QC = IC2 XC = 23.8632 3 = 3416.656 Вар
Q = QA + QB + QC = -2900.305 – 2420.049 + 3416.656= -1903.698 Вар
Полные мощности фаз и соединенийИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
SA =UA IA= 220
21,986e – j36,8=4836,92e –
j36,8 =4836,92(cos(-36.8)+jsin(-36.
SB = UB IB = 220 e – j120 24.597 e j93.5 = 5411.34 e j-26.5 =5411.34 (cos(-26.5)+
+jsin(-26.5)) = 5411.34(0.894 – j0.446) = 4837.737 – j2413.457 BA
SC = UC IC = 220 e j120 23.863 e –j79.4 =5249.86 e j40.6 = 5249.86(cos40.6 +
+jsin 40.6) =5249.86(0.759 + j0,65) = 3984.64 + j3412.409 ,ВА
S = = = 12834.964 ВА
Задача 3 (Расчет трёхфазной цепи)
Определение токов трёхфазной цепи при соединений потребителей треугольником
Схема соединения
Дано: UЛ = 220 В; RAB = 4 Ом;
RBC = 3 Ом; RCA = 11.5 Ом;
XAB = 3 Ом; XBC = 4 Ом;
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
ZCA=7.65 Ом.
Рисунок 5 – Схема соединения потребителей треугольником
Полные сопротивления фаз
ZAВ = RAB +jXAB = 4 + j3 = e jarctg = 5 e j41 Ом
ZBC = RBC - XBC= = 3 – j4 = e arctg = 5 e-j59 Ом
ZCA = RCA = 11,5 + j7.65 = e arctg = 13.812 e j37.3 Ом
Фазные напряжения
UAB = 220 B; UBC = 220 е - j120 B; UCA = 220 e j120 B
Фазные токи
IAВ = = = 44 e – j41 = 44(cos (-40.9) + j sin (-40.9)) =
=44(0,755 – j0,0.654) = 33.22 – j28.776 ,А
IBС = = = = = 44 (cos(-61) + j sin(-61)) = =44(0,484 – j0,654)= 33.22 – j 28.776 ,А Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
ICА = = = = 15.928 (cos82.7 + jsin82.7) =
=15.928(0.127 + j 0.991)= 2.022 + j 15.784 ,А
Линейные токи
IA = IAВ - ICА = (33.22 – j28.776) – (2.022 + j15.784) = 31.198 – j44.56=
= e jarctg = 54.395 e – j55 ,А
IВ = IВС – IАВ = (21.296 – j38.456) – (33.22 – j28.776)= -11.924 – j9.68= = e jarctg = 15.358 e j219 , A
IС = IСА – IВС = (2.022 + j15.784) – (21.296 – j38.456) = -19.274 + j54.24=
= e jarctg = 57.562 e j110 А
Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы тока и напряжений
mU = 40 B/см
Длины векторов
LU = 5.5 см = LUAВ = LUBС = LUCА LIA =5.4см LIAB = 4.4 см
Векторная диаграмма имеет вид (приложение 4,рисунок 2)
Активные мощности фаз и соединений
PAВ = IAВ2 RAВ = 442 4 = 7744 Вт
PBС = IBС2 RBС = 442 3 = 5808 Вт
PCА = ICА2 RCА = 15.928 2 11.5 = 2917.563 Вт
P = PAВ + PBС + PCА = 7744 + 5808 + 2917.563 = 16469.563 Вт
Реактивные мощности фаз и соединений Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
КР 2-360331-0101. 0296 ПЗ
QAВ = IAВ2 XAВ = 442 3 = 5808 Вар
QBС = IBС2 XBС = 442 4 = 7744 Вар
QCА = ICА2 XCА = 15.9282 = 1940 Вар
Q = QAВ + QBС + QCА = 5808 – 7744 + 1940 = 4 Вар
Полные мощности фаз и соединений
SAВ = UAВ IAВ = 220 44 e j40.9 = 9680 e j40.9 = 9680 (cos 40.9 + jsin 40.9) =
=9680 (0.755 + j0.654) = 7308.4 + j6330.72 ,ВА
SBС = UBС IBС = 220 e– j120 44 e j61 =6980 e j-59 = 9680 (cos(-59) + jsin(-59))= =9680 (0,515 – j0,857)= 4985.2 – j8295.76 ,ВА
SCА = UCА ICА =220 e j120 15.928 e –j82.7 =3504.16 e j37.3 = 3504.16 (cos 37.3 + +jsin 37.3) = 3504.16 (0.795 +j0.605)= 2785.807 + j2123.48 ,ВА
S = = = 16469.563 ВА