Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра теоретических основ электротехники
ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ №1-3
для специальности 5В071900- Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2013
Составители: З.И. Жолдыбаева, Т.Д. Иманбекова ТЭЦ. Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ №1-3. – Алматы: АУЭС, 2013.- 21 с.
Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ №1-3 содержат общие положения к выполнению и оформлению расчетно-графических работ, задания, схемы и параметры электрических цепей. Задания к расчетно-графическим работам соответствуют рабочей программе по ТЭЦ.
Ил. 36, табл. 9, библиогр.- 9-назв.
Рецензент: проф. каф. АЭС Байкенов А.С.
Печатается по плану издания Некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013 г.
ÓНАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013г.
Ведение
Дисциплина «Теория линейных электрических цепей» является основным базовым обязательным курсом для подготовки бакалавров в области радиотехники, электроники и телекоммуникаций.
Цель дисциплины: изучение установившихся процессов в электрических цепях постоянного и однофазного синусоидального тока и при несинусоидальных воздействиях, а также резонансных режимов в электрических цепях. Этот курс, базирующийся на курсах физики и высшей математики, содержит различные методы расчета электрических цепей постоянного, синусоидального и несинусоидального токов. Он имеет исключительное значение для формирования научного кругозора специалистов по радиотехнике, радиосвязи и телекоммуникационным системам. Задача дисциплины – подготовить на основе знаний качественных и количественных сторон процессов, происходящих в различных электротехнических устройствах, студента для успешного и грамотного решения задач, которые ставят специальные радиотехнические дисциплины.
По дисциплине «Теория линейных электрических цепей » выполняется три расчетно-графических работы по темам: «Линейные электрические цепи постоянного тока с зависимыми источниками», «Линейные электрические цепи синусоидального тока» и «Линейные электрические цепи с несинусоидальными источниками».
Решение расчетно-графических работ помогает студентам проверить степень усвоения ими курса, вырабатывает навык четко и кратко излагать свои мысли
В результате изучения дисциплины студент должен освоить:
- методы расчета установившихся процессов в линейных электрических цепях;
-расчет цепей при периодических несинусоидальных воздействиях.
1 Требования к выполнению и оформлению расчетно – графических работ
Расчетно – графическая работа должна быть выполнена в соответствии с фирменным стандартом «Работы учебные», АИЭС, 2002г. и включать:
а) титульный лист (образец прилагается);
б) содержание;
в) введение;
г) задание;
д) основную часть;
е) заключение (выводы);
ж) список литературы;
к) приложения.
1.2 Текст задания должен быть переписан полностью, со всеми рисунками и числовыми значениями для своего варианта.
1.3 Каждый этап расчетно–графической работы нужно озаглавить.
1.4 Работа выполняется рукописным способом или 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 должны иметь сквозную нумерацию, начиная с титульного листа. Номер пишется снизу в середине листа без точки.
1.6 Расчеты должны сопровождаться пояснениями. Нельзя приводить только расчетные формулы и конечные результаты. 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 аккуратно и 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, необходимо писать в окончательных результатах соответствующие единицы измерения. Все обозначения электрических величин должны соответствовать ГОСТу.
1.10 Во введении обосновать необходимость изучения данного раздела.
1.11 В заключение провести анализ методов расчета, использованных в расчетно – графической работе; сравнить результаты, полученные разными методами.
1.12 Расчетно – графическая работа должна быть сдана на проверку в срок, указанный в силабусе. В случае нарушения студентом срока сдачи работы, ему выдается дополнительное задание или другой вариант (по усмотрению преподавателя), а также снижается итоговый балл за работу.
РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра теоретических основ электротехники
Расчетно – графическая работа №
по дисциплине ТЭЦ _________________________________________________________________
(полное наименование работы)
Работа выполнена
Студентом______________________________
(фамилия и инициалы)
______________________________
(номер зачетной книжки)
Группа ______________________________
(шифр группы)
Отчет принят__________________________
(дата принятия отчета)
Преподаватель_________________________
(Ф.И.О.)
Алматы 201…
2 Расчетно-графическая работа №1. Расчет цепей постоянного тока с зависимыми источниками
В цепи действуют независимые источники напряжения с
ЭДС 
, источник тока 
и зависимый источник
напряжения 
,
управляемый током. Номер схемы определяется по таблице 2.1, числовые значения
параметров цепи приведены в таблицах 2.2 и 2.3.
Таблица 2.1
|
Год поступления |
Первая буква фамилии |
|||||||||
|
Четный |
А БВ |
ГДЕ |
ЖЗИ |
КЛ |
МН |
ОПР |
СТУ |
ФЧЦ |
ХШЩ |
ЭЮЯ |
|
Нечетный |
КЛ |
ОПР |
СТУ |
ФЧЦ |
АБВ |
ГДЕ |
ЖЗИ |
МН |
ЭЮЯ |
ХШЩ |
|
№ схемы |
2.1 |
2.2 |
2.3 |
2.4 |
2.5 |
2.6 |
2.7 |
2.8 |
2.9 |
2.10 |
Таблица 2.2
|
Год поступления |
Последняя цифра зачетной книжки |
|||||||||
|
Четный |
0 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
Нечетный |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
|
30 |
20 |
15 |
40 |
20 |
25 |
40 |
30 |
10 |
15 |
|
|
10 |
15 |
25 |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
20 |
25 |
|
|
25 |
30 |
16 |
20 |
30 |
20 |
25 |
15 |
30 |
10 |
|
|
3 |
5 |
2 |
6 |
4 |
10 |
8 |
5 |
3 |
5 |
|
|
10 |
20 |
15 |
16 |
25 |
30 |
35 |
40 |
15 |
20 |
Таблица 2.3
|
Год поступления |
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
|||||||||
|
Четный |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Нечетный |
0 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
|
10 |
12 |
15 |
20 |
10 |
60 |
50 |
40 |
30 |
15 |
|
|
15 |
30 |
20 |
12 |
20 |
10 |
20 |
25 |
40 |
20 |
|
|
20 |
16 |
25 |
35 |
30 |
20 |
30 |
16 |
10 |
30 |
|
|
30 |
20 |
30 |
40 |
15 |
40 |
15 |
50 |
16 |
60 |
|
|
6 |
10 |
8 |
10 |
25 |
15 |
35 |
20 |
15 |
18 |
|
Rх(МЭГ) |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R1 |
R2 |
Требуется:
а) составить уравнения по законам Кирхгофа;
б) рассчитать токи во всех ветвях методом контурных токов;
в) рассчитать токи во всех ветвях методом узловых потенциалов. Сравнить с результатами, полученными в п.б и свести в одну таблицу;
г) рассчитать ток в ветви с сопротивлением Rх методом эквивалентного генератора (см. таблицу 2.2);
д) определить напряжение на зажимах источника тока;
е) проверить баланс мощности.
Рисунок 2.1 Рисунок 2.2
Рисунок 2.3 Рисунок 2.4
Рисунок 2.5 Рисунок 2.6
Рисунок 2.7 Рисунок 2.8
Рисунок 2.9 Рисунок 2.10
3 Расчетно-графическая работа №2. Расчет линейной электрической цепи синусоидального тока
Дана электрическая цепь, в которой действуют источники
синусоидальной эдс 
и
синусоидального тока 
(см. рисунок 3.1-3.10). Действующие
значения эдс 
и
тока источника тока 
,
а также начальные фазы 
приведены в таблице 3.2. Параметры
электрической цепи приведены в таблицах 3.1,3.3.
Требуется:
а) записать уравнения по законам Кирхгофа в дифференциальной и комплексной формах;
б) определить комплексные действующие значения токов во всех ветвях методом контурных токов и методом узловых потенциалов. Свести результаты расчетов в одну таблицу;
в) определить комплекс действующего значения тока в
сопротивлении 
методом
эквивалентного генератора (см. таблицу 3.3);
г) проверить баланс комплексных мощностей в цепи;
д) записать мгновенные значения токов всех ветвей и
построить график одного из токов i(
) (см. таблицу 3.3).
Таблица 3.1
|
Год поступления |
Первая буква фамилии |
|||||||||
|
Четный |
А БВ |
ГДЕ |
ЖЗИ |
КЛ |
МН |
ОПР |
СТ У |
ФХЦ |
ЧШ Щ |
ЭЮ Я |
|
Нечетный |
КЛ |
ОПР |
СТ У |
ФХЦ |
АБ В |
ГД Е |
ЖЗИ |
МН |
ЭЮ Я |
ЧШЩ |
|
№ схемы |
3.1 |
3.2 |
3.3 |
3.4 |
3.5 |
3.6 |
3.7 |
3.8 |
3.9 |
3.10 |
|
|
3 |
10 |
20 |
10 |
40 |
10 |
40 |
20 |
10 |
40 |
|
|
5 |
2 |
30 |
20 |
16 |
20 |
10 |
60 |
20 |
5 |
|
|
8 |
6 |
25 |
5 |
20 |
40 |
30 |
10 |
50 |
12 |
|
|
2 |
16 |
65 |
25 |
15 |
100 |
50 |
40 |
40 |
18 |
|
|
4 |
25 |
20 |
10 |
8 |
10 |
10 |
10 |
30 |
30 |
|
|
10 |
10 |
15 |
30 |
15 |
25 |
40 |
5 |
60 |
40 |
|
|
6 |
5 |
20 |
8 |
5 |
20 |
20 |
18 |
40 |
10 |
|
|
18 |
10 |
30 |
20 |
8 |
50 |
30 |
10 |
20 |
30 |
Таблица 3.2
|
Год поступления |
Последняя цифра зачетной книжки |
|||||||||
|
Четный |
0 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
Нечетный |
2 |
5 |
6 |
1 |
3 |
4 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
|
10 |
20 |
15 |
30 |
25 |
16 |
12 |
30 |
40 |
18 |
|
|
20 |
12 |
18 |
28 |
30 |
35 |
40 |
15 |
8 |
25 |
|
|
30 |
15 |
20 |
10 |
16 |
15 |
45 |
50 |
30 |
20 |
|
|
35 |
20 |
15 |
25 |
10 |
18 |
32 |
40 |
42 |
35 |
|
|
10 |
15 |
8 |
5 |
20 |
10 |
6 |
12 |
3 |
4 |
|
|
30 |
40 |
25 |
45 |
-40 |
-60 |
0 |
35 |
50 |
70 |
|
|
120 |
80 |
90 |
-30 |
-60 |
40 |
30 |
-10 |
-20 |
-90 |
|
|
130 |
150 |
180 |
-45 |
-30 |
-60 |
-90 |
40 |
15 |
20 |
|
|
0 |
20 |
90 |
-60 |
-45 |
-50 |
45 |
70 |
30 |
120 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Таблица3.3
|
Год поступления |
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
|||||||||
|
Четный |
2 |
3 |
4 |
8 |
0 |
1 |
5 |
7 |
6 |
9 |
|
Нечетный |
8 |
2 |
0 |
7 |
6 |
4 |
3 |
5 |
9 |
1 |
|
|
60 |
100 |
40 |
50 |
80 |
20 |
15 |
25 |
30 |
12 |
|
|
50 |
45 |
90 |
40 |
30 |
25 |
10 |
20 |
18 |
6 |
|
|
6 |
10 |
8 |
15 |
20 |
30 |
25 |
40 |
60 |
10 |
|
|
120 |
100 |
80 |
60 |
40 |
20 |
10 |
8 |
15 |
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
График тока |
i1 |
i2 |
i3 |
i4 |
i1 |
i2 |
i3 |
i4 |
i1 |
i2 |
Рисунок 3.1 Рисунок 3.2
Рисунок 3.3 Рисунок 3.4
Рисунок 3.5 Рисунок 3.6
Рисунок 3.7 Рисунок 3.8
Рисунок 3.9 Рисунок 3.10
4 Расчетно-графическая работа №3. Расчет линейной электрической цепи несинусоидального тока
В
цепи действует источник несинусоидальной периодической эдс е(t). Электрические
схемы приведены на рисунках 4.1 
4.10. Несинусоидальные периодические эдс
е(t) представлены на рисунках 4.11-4.16. Максимальные
значения эдс Еm, частота эдс источника f, параметры
элементов приведены в таблицах 4.1-4.3.
Требуется выполнить:
а) Определить гармонический состав несинусоидальной периодической э.д.с. и построить спектр амплитуд для трех гармоник.
б) Рассчитать мгновенные и действующие значения несинусоидальных токов по трем гармоникам во всех ветвях электрической цепи.
в) Рассчитать активную P, реактивную Q и полную S мощности, потребляемые электрической цепью.
г) Построить спектр амплитуд одного из токов и график мгновенных значений этого тока (см. таблицу 4.3).
Таблица 4.1
|
Год поступления |
Первая буква фамилии |
|||||||||
|
Четный |
АБВ |
ГДЕ |
ЖЗИ |
КЛ |
МН |
ОПР |
СТУ |
ХФЦ |
ЧШЩ |
ЭЮЯ |
|
Нечетный |
ЭЮЯ |
ЧШЩ |
ХФЦ |
СТУ |
ОПР |
МН |
КЛ |
ЖЗИ |
ГДЕ |
АБВ |
|
№ схемы |
4.1 |
4.2 |
4.3 |
4.4 |
4.5 |
4.6 |
4.7 |
4.8 |
4.9 |
4.10 |
|
Форма кривой э.д.с. |
4.11 |
4.12 |
4.13 |
4.14 |
4.15 |
4.16 |
4.11 |
4.12 |
4.13 |
4.14 |
|
Em, B |
45 |
50 |
40 |
35 |
30 |
25 |
20 |
55 |
40 |
60 |
|
f,кГц |
1,5 |
0,8 |
1,2 |
2,0 |
0,6 |
1,2 |
0,5 |
1,5 |
2,0 |
1,5 |
Таблица 4.2
|
Год поступления |
Последняя цифра зачетной книжки |
|||||||||
|
Четный |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Нечетный |
0 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
|
50 |
40 |
60 |
70 |
100 |
45 |
50 |
80 |
100 |
75 |
|
|
60 |
70 |
100 |
150 |
85 |
90 |
60 |
65 |
45 |
50 |
|
|
100 |
60 |
50 |
40 |
30 |
80 |
65 |
50 |
80 |
40 |
|
|
10 |
8 |
5 |
6 |
3,5 |
4 |
3 |
10 |
8 |
5 |
|
C1, мкФ |
2,0 |
2,5 |
1,5 |
1,2 |
0,8 |
1,6 |
1,5 |
2,0 |
3,0 |
3,5 |
Таблица 4.3
|
Год поступления |
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
|||||||||
|
Четный |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Нечетный |
0 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
|
5,0 |
6,0 |
4,0 |
3,5 |
2,5 |
2,0 |
3,0 |
4,5 |
5,0 |
4,0 |
|
|
3,0 |
10 |
3,0 |
4,0 |
2,0 |
10 |
6,0 |
8,0 |
5,0 |
2,5 |
|
|
1,5 |
2,0 |
1,0 |
2,5 |
1,6 |
3,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
0,5 |
|
|
1,0 |
0,3 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,5 |
2,0 |
1,6 |
2,5 |
2,0 |
|
График тока и спектр амплитут |
i1 |
i2 |
i3 |
i1 |
i2 |
i3 |
i1 |
i2 |
i3 |
i1 |
мГн
мГн
Рисунок 4.1 Рисунок 4.2
Рисунок 4.3 Рисунок 4.4
Рисунок 4.5 Рисунок 4.6
Рисунок 4.7 Рисунок 4.8
Рисунок 4.9 Рисунок 4.10
Рисунок 4.11
Рисунок 4.12
Рисунок 4.13
Рисунок 4.14
Рисунок 4.15
Рисунок 4.16
5. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ
5.1 Расчет электрических цепей постоянного тока с зависимыми источниками.
Для расчета цепей, содержащих зависимые источники,
применимы все методы, известные для расчета цепей с независимыми источниками.
Наиболее часто используются методы контурных токов (МКТ) и узловых потенциалов
(МУП). Все уравнения составляются так же, как и при наличии в цепи независимых
источников, число уравнений не изменяется. При составлении уравнений напряжения
или токи зависимых источников выражаются через неизвестные величины,
относительно которых составляются уравнения. К примеру, в уравнении зависимого
источника напряжения, управляемого током 
ток I заменяется соответствующим
контурным током 
в
методе контурных токов, а в методе узловых потенциалов этот ток выражается
через соответствующие потенциалы согласно закону Ома. При этом матрица
сопротивлений (МКТ) и матрица проводимостей (МУП) оказываются несимметричными
относительно главной диагонали.
При
использовании метода эквивалентного генератора необходимо ветвь, в которой
определяется ток, разомкнуть и определить напряжение на разомкнутых зажимах. Затем
относительно последних определить входное сопротивление. Необходимо обратить
внимание на то, что при наличии зависимых источников определить входное
сопротивление цепи по виду схемы не представляется возможным. Чтобы рассчитать
входное сопротивление цепи 
относительно разомкнутых зажимов,
необходимо задаться произвольным напряжением на входе и любым методом
рассчитать ток во входной ветви 
. Отношение 
и есть входное сопротивление относительно
разомкнутых зажимов. При этом зависимый источник остается в схеме.
К примеру, для цепи, содержащей зависимый источник, входное сопротивление можно определить по формуле:
.
Согласно закону Ома,
, тогда 
Или, закоротив ветвь с искомым током, любым методом расчета
определить
тогда
.
5.2 Расчет электрических цепей с несинусоидальными источниками.
Периодическая негармоническая функция f(t), удовлетворяющая условиям Дирихле, может быть разложена в ряд Фурье:
,
где ω=2π/T, ak, bk – коэффициенты ряда, определяемые уравнениями.
Величина 
-представляет среднее за период значение
функции f(t) и
называется постоянной составляющей или нулевой гармоникой.
Ряд Фурье можно представить и в другой форме
,
где 
, 
Выражение f(t) следует понимать так, что периодическую функцию
можно представить в виде суммы постоянной составляющей 
и гармонических колебаний с
частотами kω, амплитудами ck
и начальными фазами ψk. Если на оси абсцисс отметить
частоты гармонических составляющих kω и из этих точек
восстановить перпендикуляры, длина которых равна ck,
то такой график представляет собой амплитудно- частотный спектр функции f(t). Аналогичный график, на котором показаны начальные
фазы ψk, - фазо-частотный спектр функции f(t). Периодические функции f(t) имеют дискретные спектры.
Если периодическое несинусоидальное напряжение
подключено к цепи, то расчет токов и напряжений на элементах цепи производится
для каждой из гармоник отдельно символическим методом. При этом индуктивные и
емкостные сопротивления для k-й гармоники равны 
, 
Расчет постоянной составляющей
производится по методам расчета цепей постоянного тока, причем катушка для
постоянного тока представляет собой короткозамкнутый участок, а ветвь с
конденсатором – разомкнутый участок. Применив принцип наложения, мгновенное
значение тока в ветви находят как сумму мгновенных значений составляющих токов
где I0-постоянная составляющая тока ;
Imk- амплитуда тока k-ой гармоники;
Ψik-начальная фаза тока k-ой гармоники.
Действующее значение периодического несинусоидального тока I определяется действующими значениями его гармоник Ik
Аналогично определяется действующее значение напряжения
Активная мощность периодического негармонического сигнала – равна сумме активных мощностей отдельных гармоник
Аналогично определяется реактивная мощность
Полная мощность определяется как произведение действующих значений тока и напряжения
.
Список литературы
1.Бакалов В. П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.Е. Основы теории цепей: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 2000.-592 с.
2.Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. - т.1. – Санкт-Петербург: Питер, 2003.
3.Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. - т.2. – Санкт-Петербург: Питер, 2003.
4.Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат, 1989.-528 с.
5.Шебес М. Р., Каблукова М. В. Задачник по теории линейных электрических цепей. – М.: Высшая школа, 1990.-544 с.
6. Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х., Коровченко Т.И. Теория электрических цепей 1. Конспект лекций. – Алматы: АИЭС, 2007. – 79 с.
7. Жолдыбаева З.И., Коровченко Т.И. Теория электрических цепей. Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2007. – 77 с.
8. Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х. ТЭЦ2. Примеры расчета установившихся и переходных режимов в линейных электрических цепях с сосредоточенными и распределенными параметрами.:Учебное пособие. – Алматы:2010.-80 с.
9. Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х. Применение MathCad в теории электрических цепей: Учебное пособие. – Алматы:2012.-83 с.
Содержание
Введение 3
1 Требования к выполнению и оформлению расчетно-графических работ 4
2 Расчетно-графическая работа №1. Расчет цепей постоянного тока с зависимыми источниками 6
3 Расчетно-графическая работа №2. Расчет линейной электрической цепи синусоидального тока 9
4 Расчетно-графическая работа №3. Расчет линейной электрической цепи несинусоидального тока 12
5 Методические указания к выполнению расчетно-графических работ 17
Список литературы 20