АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ  

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ 1,2

Расчет установившихся и переходных процессов в линейных электрических цепях.

 Методические указания и задания к выполнению курсовой работы

для студентов всех форм обучения специальности 050702 – Автоматизация и управление

  

 

 

Алматы 2009 

СОСТАВИТЕЛЬ: С.Ю. Креслина. ТОЭ 1,2. Расчет установившихся и переходных процессов в линейных электрических цепях. Методические указания и задания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 050702 – Автоматизация и управление. – Алматы: АИЭС, 2009.-  16 с.

Методические указания к курсовой работе содержат требования к выполнению и оформлению курсовой работы, задания, схемы и параметры электрических цепей, в которых происходят переходные процессы. Задания к курсовой  работе соответствуют типовой программе по ТОЭ 1,2.

 

Содержание

1 Требования к выполнению и оформлению курсовой работы………………………………4

2 Задание 1. Расчет переходных процессов классическим методом….....6

3 Задание 2. Расчет переходных процессов операторным методом……..8

Приложение ..................................................................................................12

Список литературы.......................................................................................13        

 

1 Требования к выполнению и оформлению курсовой  работы

 

1.Курсовая работа должна включать следующие разделы:

а) титульный лист;

б) задание;

в) содержание;

г) введение;

д) основную часть;

е) заключение (выводы);

ж) список литературы;

з) приложения.

1.2 Текст задания (условие задачи) должен быть переписан полностью, со всеми рисунками и числовыми значениями для своего варианта.

1.3 Каждый этап курсовой работы должен быть озаглавлен.

1.4 Курсовая работа выполняется рукописным способом, а также с применением компьютерной печати (в программе Microsoft Word, шрифт высотой 14 пунктов с интервалом 1,0-1,5). Текст пишется на одной стороне листа белой бумаги формата А4. По всем четырем сторонам листа оставляются поля: левое - не менее 30 мм, правое – не менее 10 мм, верхнее и нижнее – 20 мм.

1.5 Все листы курсовой  работы должны иметь сквозную нумерацию, начиная с титульного листа, включая приложение. Номер листа пишется в правом верхнем углу без точки.

1.6 Расчеты должны сопровождаться пояснениями. Нельзя приводить только расчетные формулы и конечные результаты. Курсовые работы, в которых вычисления и пояснения приводятся сокращенно, к защите не допускаются и возвращаются студентам на доработку.

1.7 Рисунки, графики и схемы должны быть выполнены карандашом  с применением линейки и циркуля. Рисунки должны быть пронумерованы.

 1.8 На графиках обязательно указываются названия изображаемых величин, их единицы измерения. Масштабы необходимо  подбирать так, чтобы было удобно пользоваться графиком или диаграммой. В соответствии с выбранным масштабом подписываются шкалы графиков и диаграмм.

 1.9 У параметров, имеющих определенные размерности, писать в окончательных результатах соответствующие единицы измерения.

1.10 Введение. Указать причины возникновения переходных процессов. Законы коммутации. Методы расчета переходных процессов в линейных цепях.  

1.11 Заключение: провести анализ методов расчета переходных процессов, использованных в курсовой работе: сравнить результаты, полученные классическим и операторным методами; определить время, которое требуется для завершения переходного процесса на практике; для этого момента времени определить в процентах отношение переходного тока к принужденному току . 

 

2 Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях классическим методом

 

Задание 1. Расчет переходных процессов классическим методом

 

Электрическая цепь (рисунки 2.1-2.10), состоящая из источника  постоянной ЭДС, резистивных сопротивлений, индуктивности и емкости, находится в установившемся режиме. В момент времени   путем замыкания или размыкания ключа (согласно заданному варианту) в цепи осуществляется коммутация.

Определить законы изменения токов в ветвях электрической цепи после коммутации классическим методом.

Номер рисунка электрической цепи, значения Е  и параметры цепи приведены в таблицах .

 

Таблица 2.1

Год поступления

Последняя цифра зачетной книжки

Четный

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

№ схемы

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.10

50

40

30

10

20

80

70

90

60

70

10

30

15

10

25

20

18

22

14

12

 

Таблица 2.2

Год поступления

Предпоследняя цифра зачетной книжки

Четный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Нечетный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

55

45

35

15

25

85

75

95

65

75

Е, В

100

80

50

70

90

60

110

120

140

130

 

Таблица 2.3

Год поступления

Первая буква фамилии

Четный

АВМ

Б0Ю

НПЯ

ГРЩ

ДИС

ЖУШ

ЧХЛ

КЦЭ

ЕТ

ЗФ

Нечетный

НПЯ

ГРЩ

ДИС

ЖУШ

ЧХЛ

АВМ

ЕТ

ЗФ

Б0Ю

КЦЭ

80

10

70

20

60

50

40

90

30

100

0,25

0,5

0,15

0,35

0,55

0,6

0,3

0,45

0,2

0,4

 

 

Порядок расчета токов  в ветвях разветвленных цепей классическим методом, заключается в следующем:  

      -  по законам коммутации для цепи при  определяем  независимые начальные условия;

     - находим принужденные составляющие  тока после коммутации;

      - составляем уравнения входного сопротивления  Z(p)  (в цепи с  источником ЭДС) для послекоммутационного режима и приравниваем нулю. При этом реактивные сопротивления должны представляться в операторной форме ( или );

           -   после  преобразования  получаем  характеристическое уравнение,  куда

подставляем  значения заданных параметров и находим корни  и , которые определяют вид свободных составляющих .

 - записываем уравнение тока в общем виде:                                                  

 - для  расчета необходимо еще одно уравнение, для  чего возьмем первую производную  тока  по времени ;                              

 -  записываем уравнения тока  и его производной  при ;

- по законам коммутации и уравнениям Кирхгофа для цепи после коммутации при  определяем зависимые начальные условия, находим закон  изменения тока во времени  в конкретной ветви схемы.

 

3 Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях операторным методом

 

Задание 2. Расчет переходных процессов операторным методом

 

Электрическая цепь (рисунки 2.1-2.10), состоящая из источника  постоянной ЭДС, резистивных сопротивлений, индуктивности и емкости, находится в установившемся режиме. В момент времени   путем замыкания или размыкания ключа (согласно заданному варианту) в цепи осуществляется коммутация.

Определить законы изменения токов в ветвях электрической цепи после коммутации операторным методом.

Сравнить полученные результаты токов классическим и операторным методами.

Построить графики зависимости искомых величин от времени. График построить на интервале времени .  

 

Порядок расчета токов  в ветвях разветвленных цепей операторным методом, заключается в следующем:  

- заменить заданную цепь расчетной операторной схемой замещения, в ко-

торой вместо ЭДС источников также стоят их операторные изображения;

- рассчитать схему замещения любым из известных методов (для расчета токов в ветвях предпочтителен – метод контурных токов);

- переходя от операторных функций к оригиналам, найти действительные токи в ветвях цепи при переходном режиме.

 

4 Методические указания к расчету переходных процессов

 

4.1 Классический метод расчета переходных процессов

 

 

Определение независимых начальных условий.

Независимые начальные условия: ток в индуктивности i3(0) и напряжение на емкости uc(0) в момент времени t=0.

Так как э.д.с Е постоянная, то и токи  и напряжения в электрической цепи в принужденном режиме до коммутации также постоянные, поэтому ток в емкости и напряжение на индуктивности равны нулю:

i2-=i2пр-=0,  uL- = uLпр-=0.

Для определения характера свободной составляющей необходимо получить характеристическое уравнение цепи после коммутации. Наиболее простой способ составления характеристического уравнения - это метод входного сопротивления.

Запишем входное сопротивление цепи после коммутации в комплексной форме . Входное сопротивление цепи можно рассматривать относительно любой ветви, кроме ветви с источником тока.

Комплексное входное сопротивление цепи  относительно ветви с источником  э.д.с. имеет вид:

 

 

В формуле  заменим  на  и полученное выражение  приравняем нулю:  

 

Приравняем к нулю числитель выражения

Полученное уравнение является характеристическим уравнением цепи.

 

Значения  токов при t=0 находят путем решения уравнений, составленных для цепи после коммутации по законам Кирхгофа, рассматриваемых при , и подставляя в них независимые начальные условия .

 

 

4.2 Операторный метод расчета переходных процессов      

 

Эквивалентная операторная схема.

Независимые начальные условия равны:

Задача имеет ненулевые начальные условия. Эквивалентная операторная схема содержит внутренние э.д.с.  и , положительные направления этих дополнительных внутренних э.д.с. приняты совпадающими с положительным направлением тока в данной ветви. Эквивалентная операторная схема изображена на рисунке 4.2.

 

 

Токи  можно найти, используя законы Кирхгофа в операторной форме, метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод эквивалентного генератора.

Определим токи методом контурных токов. Так как  и  , контурные уравнения запишутся в виде:

 

Решив эти уравнения, найдем токи .

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ СВЯЗИ

 

Кафедра Теоретических основ электротехники

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине ТОЭ 1,2

_________________________________________________________________

(полное наименование работы)

_________________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     Работа выполнена _______________________

                                                                                     (дата выполнения)

                                      

                                          Студентом______________________________

                                                                           (фамилия и инициалы)

                                                        ______________________________

                                                                    (номер зачетной книжки)

 

                                           Группа ______________________________                                                                   

                                                                                       (шифр группы)

                                           

                                         Отчет принят__________________________

                                                                                (дата принятия отчета)

                                         Преподаватель_________________________

                                                                                                      (Ф.И.О.) 

 

Алматы 20...

  

Список литературы

 

1.     Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Т.1. – Санкт-Петерберг. Питер, 2003.-463с.

2.      Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Т.2. – Санкт-Петерберг. Питер, 2003.-576с.

3.      Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат, 1989.-528с.

4.     Шебес М. Р., Каблукова М. В. Задачник по теории линейных электрических цепей. – М.: Высшая школа, 1990.-544с

5.     Сборник задач по теоретическим основам электротехники /Л.Д.Бессонов, И.Г.Демидова, М.Е.Заруди и др.-М.: Высшая школа, 2003.-543с.

6.     Денисенко В.И., Зуслина Е.Х. Теоретические  основы электротехники: Учебное пособие. – Алматы.: АИЭС, 2000. – 83 с.