Контроль знаний по модулю 1

Электронный учебно-методический комплекс разработан для изучения теоретической
части и проведения лабораторных работ по курсу "Общая Электротехника" для студентов
направления "Приборостроение" с учетом опыта преподавания на кафедре ИТ АлтГТУ и
предназначен для автоматизации процесса обучения и включения его в дальнейшем в
систему дистанционного обучения.
Модуль 1
Целями освоения модуля 1 дисциплины «Общая электротехника» является:



формирование чётких представлений о фундаментальных положениях электротехники, основанных
на законах электричества и магнетизма и определяющих важнейшие свойства и методы анализа и
расчёта линейных и нелинейных электрических цепей;
обучение основам аналитических и численных методов расчёта и анализа схем замещения
линейных электрических цепей с источниками постоянного, синусоидального и импульсного токов
и напряжений в установившихся и переходных режимах;
ознакомление с особенностями и методами анализа и расчёта схем замещения электрических цепей,
содержащих линейные элементы;
Модуль
дисциплины
Модуль 1
Физические
основы и законы
Результаты
освоения
дисциплины
Знает:
основные
определения и
топологические
параметры
электрических цепей
(ОК-1, ПК-1)
Технологии
формирования
компетенций
Лекция №1
Лекция №2
Средства и
технологии
оценки
Контрольный
опрос
Самостоятельная
работа
Зачёт
Умеет:
использовать схемы
замещения
источников питания,
работать с
элементами
топологии: узел,
ветвь, контур.
(ПК-1, ПК-4).
Владеет:
определять
топологические
параметры
цепей
(узел, ветвь, контур)
(ПК-7, ПК-25).
Лабораторная
работа №1
Объем
в ЗЕТ
Защита отчета
по лабораторной
работе №1
1,55
Самостоятельная
работа
Решение задач,
расчет с
использованием
программных
сред
Зачёт
Проверка
решения
задания,
построения схем
замещения
электрической
цепи
Зачёт
1 Теоретическая часть
1.1 Обобщенный закон Ома для участка цепи с ЭДС
Рассмотрим приведённый на рисунке 1.1 неразветвлённый фрагмент электрической цепи,
считая ток через все элементы одинаковым, а общее напряжение определяется из суммы
напряжений, падающих на элементах, составляющих данный фрагмент цепи.
Рисунок 1.1 – Неразветвленная цепь с источниками ЭДС
- Направление от точки с высоким потенциалом в точку с более низким
потенциалом;
– направление тока.
(1.1)
где
- суммарное сопротивление участка схемы;
- напряжение между выводами рассматриваемого участка;
- алгебраическая сумма ЭДС действующих на данном участке. Если ЭДС
совпадает по направлению с током, то ставится знак «+», если не совпадает - «-».
Вывод: ток участка цепи с источниками ЭДС равен алгебраической сумме его напряжения
и ЭДС, деленной на сопротивление участка.
См. также: Закон Ома
1.2 Простейшие преобразования в электрических цепях
1.2.1 Последовательное соединение сопротивлений
Рассмотрим рисунок 1.2, на котором представлен фрагмент электрической цепи,
состоящий из последовательно соединённых сопротивлений. Будем принимать во
внимание, что ток идущий в цепи одинаков в любой точке.
Рисунок 1.2 - Эквивалентное сопротивление при последовательном соединении
сопротивлений
Учтём также, что общее напряжение на выделенном участке цепи складывается из
напряжений на участках цепи:
(1.2)
Эквивалентное сопротивление последовательно соединенных элементов цепи равно
сумме сопротивлений отдельных элементов.
1.2.2 Параллельное соединение сопротивлений
Рассмотрим рисунок 1.3, на котором представлен фрагмент электрической цепи,
состоящий из параллельно соединённых сопротивлений. Будем принимать во внимание,
что ко всем элементам приложено одинаковое напряжение.
Рисунок 1.3 - Параллельное соединение сопротивлений
Значения токов в цепи определяются следующим образом:
,
(1.3)
.
(1.4)
Для эквивалентного сопротивления запишем формулы:
(1.5)
Эквивалентное сопротивление цепи, состоящей из параллельных составляющих, всегда
меньше меньшего из сопротивлений цепи. Следовательно, при параллельном
соединении эквивалентная проводимость цепи равна сумме проводимостей отдельных
ветвей.
1.2.3 Замена источника тока источником ЭДС
Нередко электрическая цепь может содержать одновременно источники ЭДС и источники
тока. Для упрощения анализа таких цепей желательно выполнить эквивалентную замену,
так, чтобы в ней остались только однотипные источники. Рассмотрим рисунок 1.4
поясняющий принцип эквивалентной замены.
Рисунок 1.4 - Замена источника тока источником ЭДС
Баланс мощности различается в этих схемах, поскольку через сопротивление R течет
разный ток. Результат решения задачи всегда должен приводиться к исходной схеме. Для
схемы с источником тока справедливо следующее соотношение:
J - Iобщ - IR=0 .
(1.6)
Замена источника тока источником ЭДС должна рассматриваться лишь как временная
эквивалентная замена, Окончательное решение электрической цепи должно приводиться
к исходному варианту топологии.
Практическая часть
Описание лабораторной установки
Для выполнения лабораторной работы потребуется ПК с установленной ОС Windows XP.
Необходимым программным обеспечением являются следующие программные
продукты: MathSoft Mathcad версии 13 и выше, Spectrum Software MicroCap версии 7 и
выше, Microsoft Office 2007.
Методика проведения работы
В таблице 1.1 представлены варианты заданий по лабораторной работе. Для
электрической схемы, выбираемой по вариантам, выполнить следующее:
-упростить схему, используя правило последовательного и параллельного соединения
сопротивлений. Заменить источник тока источником ЭДС;
-рассчитать токи во всех сопротивлениях исходной схемы;
-составить баланс мощностей для исходной схемы.
Порядок выполнения задания:
-в системе MicroCap выполнить построение исходной схемы. Определить все токи,
узловые напряжения, мощности;
-выполнить упрощение исходной схемы, так, чтобы она стала неразветвленной.
Рассчитать ток и напряжение в ней;
-используя полученные значения рассчитать токи во всех сопротивлениях исходной
схемы;
-отдельно просуммировать мощности генерируемые источниками и потребляемые
сопротивлениями.
Рисунок 1.5
Рисунок 1.6
Требования к отчёту о лабораторной работе
- отчёт оформляется на сброшюрованных листах формата А4 (210297мм);
- отчёт составляется каждым студентом;
- рекомендуется представлять отчёт о лабораторной работе в электронной версии;
- отчёт, должен включать следующие структурные элементы:
а) титульный лист
б) цель работы;
в) основную часть;
г) выводы;
д) список использованной литературы (при необходимости).
Отчёт по лабораторной работе оформляются в соответствии с требованиями СТП 12 5702006.
Контроль знаний по модулю 1
Представьте выкладки обобщенного закона Ома для участка цепи с ЭДС для фрагмента
электрической цепи в рассчитанном варианте;
Обоснуйте порядок применения простейших преобразований в электрической цепи
рассчитанного варианта;
Согласно заданию практической части требовалась замена источника тока источником
ЭДС. Предложите алгоритм преобразований исходной электрической цепи, если
изначально применить замену источника ЭДС на источник тока;
Укажите способ подключения измерительных приборов для контроля токов, напряжений
и мощностей элементов электрической цепи в рассчитанном варианте.
Ранние темы
el201
Если резонансная частота ω0=628рад/c, то величина ёмкости С составляет . . .[мкФ]
Ответ 50
el206
Источники ЭДС работают в следующих режимах
A) E1 – источник, а E4,E6 - приёмник
B) все в режиме приёмника
C) E1 – приёмник, а E4,E6 - источник
D) все в режиме источника
Ответ C
Модуль 1 .........................................................................................................................................1
1 Теоретическая часть ...............................................................................................................2
1.1 Обобщенный закон Ома для участка цепи с ЭДС .........................................................2
1.2 Простейшие преобразования в электрических цепях ..................................................3
1.2.1 Последовательное соединение сопротивлений ...................................................3
1.2.2 Параллельное соединение сопротивлений ...........................................................4
1.2.3 Замена источника тока источником ЭДС ................................................................5
Практическая часть ....................................................................................................................5
Описание лабораторной установки .....................................................................................5
Методика проведения работы .............................................................................................5
Порядок выполнения задания: ............................................................................................6
Требования к отчёту о лабораторной работе .....................................................................6
Контроль знаний по модулю 1 .................................................................................................7